Mesures par caméra thermique : compte rendu d'un stage CERPEP chez Fluke

26/01/2018
Auteurs : Franck Le Gall
Publication 3EI 3EI 2018-91
OAI : oai:www.see.asso.fr:1044:2018-91:22158
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Mesures par caméra thermique : compte rendu d'un stage CERPEP chez Fluke

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Mesures par caméra thermique : compte rendu d'un stage CERPEP chez Fluke La Revue 3EI n°91 Janvier 2018 18 Thème Mesures par caméra thermique : compte rendu d'un stage CERPEP chez Fluke FRANCK LE GALL ISEN YNCREA OUEST, Rue Cuirassé Bretagne, 29200, Brest 1. Introduction Les stages et visites CERPEP [1] (anciennement CERPET) sont bien connus des enseignants des domaines technologiques dans les établissements du secondaire. Ils permettent aux collègues de rencontrer des professionnels et ainsi de maintenir à jour leurs connaissances du milieu professionnel. Pour l'année scolaire 2017-2018, environ 5000 stages courts, limités à quelques jours, sont proposés. Dans cet article, nous présentons le compte-rendu d'un stage de deux jours sur les mesures par infra-rouge proposé par l'entreprise FLUKE. Ces deux jours de formation ont eu lieu dans les locaux de l'entreprise dans la zone d'activité de Roissy Charles de Gaulle. Le premier jour était consacré à l'exposé des principes de la mesure tandis que le second a permis de découvrir l'étendue des applications couvertes par ce type de mesures et de manipuler les caméra et thermomètres infra-rouges mis à disposition. Ce texte est très largement inspiré des documents fournis lors du stage [3, 4]. 2. Un intérêt croissant pour l'utilisation des thermomètres infrarouges Les thermomètres infrarouges sont de plus en plus utilisés au niveau de la fabrication, pour le contrôle qualité et la maintenance. La surveillance de la température permettant d'améliorer les processus de fabrication. Les progrès de ces dernières années ont permis de démocratiser l'utilisation de ces appareils autrefois réservés à certains domaines de l’industrie et de la recherche. On retrouve donc maintenant des thermomètres infrarouges et/ou des caméras dans des domaines aussi variés que le bâtiment, la surveillance des moteurs électriques ou thermiques, les process … Les avantages de cette technologie sont principalement : • La mesure instantanée (en millisecondes) pour des procédés rapides. • La mesure de cibles en mouvement. • La mesure de cibles difficilement accessibles ou situées dans des endroits dangereux. • La mesure de températures supérieures à 1300°C. Elle n’est sensible ni au vieillissement ni à la corrosion alors que les thermomètres de contact ne résistent qu’un certain temps à de telles températures. • La mesure sur les matériaux à mauvaise conductibilité thermique comme le plastique et le bois. • La mesure dans des conditions hygiéniques sans action mécanique sur la surface à mesurer. Toutefois, cette technologie nécessite quelques précautions d'emploi : • L’objet à mesurer doit être optiquement visible pour le thermomètre infrarouge. Les poussières, les fumées denses, les obstacles altèrent la mesure. • L’optique de la tête de mesure doit être maintenue propre. • En règle générale, on ne peut mesurer que les températures de surface, mais il est important de tenir compte des différentes caractéristiques de réflexion et de transmission des matériaux. • Respecter la température ambiante d’utilisation du capteur. 3. Système de mesure par infrarouge Un thermomètre infrarouge est comparable à l’œil humain. La pupille de l’œil correspond à l’optique qui focalise les radiations (le flux photonique) de l’objet à mesurer vers le détecteur (la rétine). Ce dernier transforme l’information reçue en un signal qu’il transmet vers l’affichage (le cerveau). La figure 1 montre un système de mesure par infrarouge. Résumé: Dans le cadre du CERPEP, la société Fluke propose chaque année un stage de deux jours sur les mesures de températures par caméra thermique. Dans cet article nous proposons un bref compte-rendu de cette formation en exposant les caractéristiques de cette technique de mesure. Mesures par caméra thermique : compte rendu d'un stage CERPEP chez Fluke La Revue 3EI n°91 Janvier 2018 19 Thème Figure 1 : Schéma de principe de la mesure par infra-rouge 3.1. La cible Caractéristiques d’émissions Tout corps ayant une température (T) supérieure au zéro absolu (-273°C ou 0 K) émet, selon sa température, une énergie infrarouge spécifique. En effet, à une température donnée, le mouvement des molécules d'un corps donné implique le mouvement de charges qui sont sources de radiations électromagnétiques. Les photons associés à ces radiations se déplacent à la vitesse de la lumière et obéissent aux lois de l'optique. On peut les diriger, les focaliser à l’aide de lentilles ou les réfléchir à l’aide d’un miroir. Pour les moyennes et basses températures, le spectre de cette radiation se situe sur une longueur d’onde comprise entre 0,7 et 1000 µm ; c'est à dire hors du domaine du visible pour l'œil humain (figure 2). Figure 2 : Puissance surfacique du rayonnement électromagnétique d'un corps noir en fonction de la longueur d'onde pour différentes températures. Les radiations caractéristiques d’un corps noir (objet idéal qui absorberait parfaitement toute l'énergie électromagnétique qu'il reçoit, sans en réfléchir ni en transmettre [2]) dépendent de la température (figure 2). Les corps chauds dégagent une énergie partiellement visible (l'œil humain peut voir les objets dont la température de surface est supérieure à 600 °C). La partie invisible du spectre contient jusqu’à 100.000 fois plus d’énergie. Ce sont ces radiations que la technique infrarouge utilise. L'étude de la figure 2 nous permet de mettre en évidence plusieurs caractéristiques des rayonnements infrarouges : • La loi d’évolution de la puissance surfacique rayonnée par un corps noir en fonction de la température absolue est donnée par la loi de Stefan-Boltzmann :