Comment bien choisir votre caméra thermique
Choisir votre caméra thermiqueBien comprendre avant de faire son choix
Une caméra thermique est un œil. Il ne capte pas les ondes visibles, mais les ondes infrarouges de longueurs d'ondes plus élevées que le spectre visible.
Tout notre environnement émet dans le spectre visible mais également dans le spectre infrarouge.
Seuls certains serpents disposent d'une perception infrarouge, les humains en sont dépourvus mais sont capables de ressentir néanmoins la chaleur dans un environnement proche.
Sur une partie du spectre infrarouge correspondant à la bande 8 à 14 µm, les scientifiques ont découvert que l'énergie émise augmentait en fonction de la température et du matériau de l'objet observé.
Pour cela ils utilisent un capteur appelé "bolomètre".
La caméra infrarouge serait donc comparable à un œil dont la rétine serait une matrice de bolomètres avec une possibilité de réglage fin en fonction du matériau observé (réglage d'émissivité).
Le vocabulaire employé : Selon les fabricants et leurs pays d'origine on parle de caméra thermique, thermographique, ou infrarouge, tous ces termes désignent la même chose en réalité à partir du moment ou l'on parle bien de technologie par capteurs infrarouge.
Une seule différence cependant existe entre les imageurs et les caméras bien qu'elle ne soit pas délimitée officiellement par une définition rigoureuse et nette. En règle générale un imageur est une caméra avec une matrice constituée de beaucoup moins de capteurs infrarouge qu'une caméra classique, l'image est parfois compensée par des points résultants d'algorithmes mathématiques Ainsi, par exemple, avec une matrice de capteurs de 16 x 16, par extrapolation vous pouvez obtenir artificiellement une image de 64 x 64. Par conséquent, les imageurs thermiques sont théoriquement plutôt plus économiques, mais n'atteignent pas le niveau de qualité d'une caméra qui fournit un pixel par capteur.
Remarque : Ne pas confondre une caméra infrarouge et une caméra de vison nocturne. La caméra à vision nocturne fonctionne sur un autre principe (intensificateur de lumière ou réflexion infrarouge par LED) et n'est pas conçue pour mesurer des températures mais pour vous proposer une image de surveillance.
Les applications des caméras infrarouges sont multiples, quelques exemples :- Bâtiment : Contrôlez l'isolation thermique, vérifiez un chauffage au sol, température du chauffage ou de la distribution d'eau, détection de fuite ou de dysfonctionnement de vanne, ...
- Maintenance industrielle : visualisez les échauffement des moteurs ou des composants électromécaniques, ...
- Maintenance électrique et électronique : contrôle des éléments de tableaux, de composants, échauffement des câbles, ...
- Maintenance automobile : Température des pneus et composants moteurs, ...
- Santé : Détection de température corporelle et des échauffements musculaires, ...
- Sécurité incendie : détection de points chauds, ...
La gamme de température
C'est le premier paramètre à vérifier afin qu'il corresponde correctement à votre utilisation. Ainsi pour contrôler l'isolation thermique d'un bâtiment, il est inutile d'avoir une caméra qui mesure jusqu'à 600°C par contre, pouvoir mesurer des températures négatives est indispensable. Les limites des gammes de température disponibles évoluent avec la technologie, on peut cependant estimer qu'il existe aujourd'hui des modèles qui mesurent jusqu'à -40°C au plus bas ou +1000°C au plus haut.
Quelques exemples :
- CA1900 de +30°C à +45°C
- Fluke PTi120 de -20°C à +150°C
- Testo 868S de -30 à + 650°C
La dimension de la matrice du capteur infrarouge ou micro bolomètre
Chaque pixel de votre image infrarouge est un thermomètre en puissance, donc plus la matrice est grande, plus votre image à de résolution. Vous vous apercevrez rapidement que c’est aussi clairement un facteur de cout de fabrication des caméras thermiques.
Attention à ne pas confondre dans les documentations commerciales la résolution de la matrice infrarouge et la résolution de l'écran qui peut parfois être supérieure.
Il peut y avoir deux raisons à cela : des points ont été ajoutés par formules mathématiques (mode parfois appelé "Super résolution") ou bien la caméra dispose simplement d'une fonction appareil photo visible de plus haute résolution.
NF521 :
Matrice infrarouge 32 x 32
Ecran 2 MPixel
HIKMICRO E1L :
Matrice infrarouge 160 x 120
Ecran 320 x 240 pixels
Fluke TiX580 :
Matrice infrarouge 640 x 480
Ecran 640 x 480 pixels
La sensibilité
La sensibilité ou NETD (Noise Equivalent Température Difference) est le seuil à partir duquel les capteurs voient une différence de température, elle est souvent exprimée en millikelvin ou en °C, 1 mK valant 0,01°C.
Quelques exemples :
- Sefram 9831. NETD < 40 mK
- Fluke Tis20+. NETD - 60 mK
Champ de vision
Le champ de vision est le plus souvent exprimé par le FOV (Fiels Of View) et l'IFOV (Instant Field Of View) en degré, L'IFOV représente le plus petit objet qu'une caméra thermique peu distinguer et mesurer et le FOV l'image complète à l'écran.
Le FOV sera important pour les contrôles de vue d’ensemble comme l’isolation d’un bâtiment par exemple, et l’IFOV pour déterminer la température d’un objet de taille réduite. Ces paramètres sont donnés le plus souvent sous forme d’angle en millirad (mrad). Pour simplifier 1 mrad = 1 mm à 1 mètre de distance.
Fréquence de rafraîchissement de l’image
Toutes les caméras infrarouges ont une fréquence de rafraîchissement d’image exprimée en Hertz, soit le nombre d’image par seconde sur votre écran. Selon la réglementation de certains pays, les USA en particulier, les fréquences élevées (>9Hz) sont assimilées à des utilisations potentiellement militaires (suivi de cible en mouvement) et sont donc soumis à des restrictions quant à leurs commercialisations. On trouve actuellement sur le marché essentiellement du 9 Hz, du 25 Hz sous la marque HIKMICRO et du 50 Hz avec ou sans conditions de vente selon le fabricant
Format du boitier
Il existe 5 types de format de caméras thermiques :
Type de mise au point
- Focale fixe, utilisée pour les modèles économiques, elle suffit pour des contrôles de vue d’ensemble
- Focale réglable manuellement : via une mollette sur l’objectif ou par boutons comme les appareils photo numériques
- Auto focus : pour les clients qui ont besoin de rapidité et de précision
Mode de visualisation
Mode fusion :
La possibilité de fusionner avec pondération (de 0 à 100% par palier) image visible et image infrarouge. Ce mode très pratique permet de mieux se repérer sur l’image infrarouge.
Mode isotherme :
Le mode isotherme qui permet sur une image visible de ne signaler en couleur que les zones qui sont hors seuils prédéfinis.
Mode contour :
Le mode contour, qui ajoute le contour des objets présents dans l’image infrarouge. Par exemple, le mode MSX chez Flir
Mémorisation et consultation des données
Deux types d’images peuvent être stockées :
- Les images standards du type recopies d’écran qui selon les cameras peuvent être sous différents formats JPEG, MP4, BMP ou autres
- Les images radiométriques ; la température de chaque point et son émissivité sont mémorisées. Un logiciel dédié constructeur en libre téléchargement ou payant pourra alors relire ses images et données en vue de les étudier en détail, voire de les modifier.
Certaines caméras "haut de gamme" disposent également de la fonction vidéo.
Les images et vidéos sont stockées soit sur une mémoire interne, soit sur une carte de type SD ou micro SD. Les caméras sont en général équipées, pour pouvoir transférer ses images, de port USB, plus rarement de connectivité Wifi ou Bluetooth.
Les marques
FLIR : USA, créée en 1978, fabricant, leader mondial de la conception, de la fabrication et de la commercialisation de caméras thermiques
Lien : https://www.flir.fr/about/company-history/
FLUKE : USA, créée en 1947, fabricant, acteur majeur de la thermographie depuis le début des années 2000 années pendant lesquelles ils ont intégré au groupe des constructeurs spécialisés en infrarouge comme la société allemande Raytek en 2003 puis la société américaine Infrared Solutions en 2005.
HIKmicro : Chine, créée en 2016, fabricant, jeune entreprise à croissance rapide et déjà n° 1 en Asie, spécialisée dans la vision nocturne et la thermographie.
Testo : Allemagne, crée en 1957, fabricant, créateur du premier thermomètre électrique et acteur important dans la thermographie depuis 2008.
Chauvin Arnoux : France, crée en 1893, unique fabricant français de caméras thermiques
Sefram, Peaktech : Importateurs respectivement basés en France et en Allemagne
Conseils d’utilisation d’une caméra thermique
L’émissivité
Chaque matériau et son état de surface dispose d’un paramètre spécifique appelé "Emissivité"
L’émissivité caractérise le pouvoir d’émission et de réflexion des ondes infrarouges du matériau dans un contexte défini.
Cette émissivité est en général réglable sur votre caméra thermique, elle va vous permettre de corriger vos mesures de température en fonction de vos cibles.
La plupart des caméras thermiques sont préréglées avec une émissivité de 0,95 ce qui correspond par défaut à un usage général. Cependant pour effectuer des mesures plus précises comme celle de tuyau en cuivre poli par exemple, il faudra impérativement paramétrer une émissivité de 0,03.
Les problèmes de réflexion de l’infrarouge
Toute surface lisse ou réfléchissante est susceptible de réfléchir les ondes infrarouges et donc de perturber la mesure de température. Il suffit de se placer devant une paroi en verre pour voir son image sur l’écran de la caméra thermique. Il est alors conseillé de changer de position pour éviter son propre reflet.
Pour ce type de surface plane, concave ou convexe, il est conseillé de la traiter en partie avec une peinture mate foncée (de préférence) afin d’avoir une mesure plus précise.
La plupart des objets solides ne permettent pas aux rayons infrarouges de les traverser, ainsi en ciblant une paroi en verre, on mesure la température de cette paroi et en aucun cas nous ne pouvons mesurer une cible qui se situerait derrière cette paroi. Par contre certain matériau très fin comme les sacs plastiques laisse passer les infrarouges
Au niveau industriel : une application courante nécessite de mesurer la température à l’intérieur d’un four via une ouverture de type hublot. Un hublot en verre ne conviendrait pas pour faire des mesures, mais ils existent des hublots spécifiquement fabriqués, à base de silice le plus souvent, pour permettre l’utilisation de caméras thermiques.
La transmission
La température ambiante
Les capteurs infrarouges et leur électronique sont très sensibles à la température ambiante.
Les premiers modèles de caméra disposaient d’un circuit de refroidissement interne assurant une stabilité de la température des circuits. Depuis, la technologie évoluant, les caméras sont équipées d’un système de recalibration automatique qui s’adapte aux variations de la température ambiante. Ne vous étonnez donc pas lorsque vous changez brutalement d’environnement d’avoir un temps de latence avant que la caméra ne se stabilise.
Vérifier le FOV et l’IFOV avant d’investir dans une caméra thermique afin qu’elle corresponde à votre application. Ainsi pour une expertise d’isolation de bâtiments, on privilégiera un FOV plus grand et pour contrôler des disjoncteurs d’une armoire électrique un IFOV plus petit.
Perturbations liées aux salissures
A l’instar d’un appareil photo, Il est essentiel de préserver la qualité de l’objectif de votre caméra thermique de toute saleté, poussière ou rayure. Votre caméra mesurant la température du premier objet solide dans son champ de vision, toute occultation sur son objectif ou même sur la cible perturbera les mesures.
Taille de l’objet à mesurer