Version du 6 décembre 2013 à 23:21

ABC de la thermographie infrarouge

Cet article est destiné à faire un bref résumé de l'histoire et de la théorie thermographique ainsi que de son vocabulaire. Notez également que la thermographie mesurant des rayonnements en dehors de la lumière visible, elle est donc d'office en échelle de gris puisque ces nuances ne reflètent que la traduction d'une puissance de rayonnement et tout le reste est donc en couleurs artificielles, pour aider à l'analyse.

Définitions

Le premier paradoxe de la thermographie qui en contient beaucoup est que sa définition ne fait pas vraiment consensus et que malgré son origine, démarche et raisonnement, il s'agit d'une technique ou d'une discipline scientifique mais pas d'une science ne fut-ce qu'à cause de l'importance de l'environnement et des qualités du thermographe qui opère l'analyse ainsi que de celui qui va exploiter, analyser et traiter les données des relevés.

Voici cependant quelques unes des définitions officielles:

• « Technique permettant d'obtenir, au moyen d'un appareillage approprié, l'image thermique d'une scène observée dans un domaine spectral de l'infrarouge », AFNOR
• "Ensemble des procédés donnant une image caractérisant l'émissivité des corps dans l'infrarouge", Larousse
• "La thermographie infrarouge est la discipline qui permet de mesurer à distance et sans contact la température d'un corps à partir de ses émissions d'infrarouges.", Wikipédia
• ...

Voir aussi: Définitions de la thermographie

Un peu d'histoire

Les infrarouges ont été découverts vers 1800 par William Herschel, un astronome anglais d'origine allemande qui regardait la chaleur apportée par la lumière et eut la curiosité de regarder si si chaque couleur apportait la même chaleur. À l'aide d'un prisme optique, il décomposa la lumière du soleil et l'appliqua sur un thermomètre. C'est là qu'outre la constatation que la couleur rouge était la couleur la plus chaude, il découvrit qu'à côté de celle-ci, de manière invisible, il existait une zone plus chaude que toutes les autres. Ne pouvant la percevoir, il décida de la nommer infrarouge. Ce fut aussi la première expérience démontrant que la chaleur pouvait se transmettre sans rayonnement visible.^[1]

Le vocabulaire du thermographe

Quelques termes qui reviennent souvent dans le monde de l'analyse thermique: ^[2]

Scène thermique

Il s'agit simplement du cadrage de votre observation donc du choix des éléments qui apparaîtront dans votre relevé de thermographie, comme en photo classique sauf que la nature des reflets est différentes ainsi que les réglages de contraste. C'est ici plus techniques qu'artistique mais la lisibilité est primordiale ainsi que d'éviter les pollutions inutiles. La composition de la scène désigne les éléments qui la compose.

Gain ou plage thermique

Il s'agit des bornes de températures observées, le minimum et le maximum. Généralement, cette mesure est automatique mais débrayable en manuel, cette mesure est essentielle lors de l'analyse sur place et vitale si vous ne savez pas prendre des thermogrammes éditables mais des images thermiques figées car elles ne pourront alors plus être modifiées par après.

Niveau

Ce concept est celui de la température moyenne de votre gain, c'est simplement le milieu de votre échelle thermique.

Isotherme

Dans ce cadre-ci, il s'agit de la mise en évidence, dans l'image et par un contraste d'une plage de température bien définie pour l'isoler du reste de la scène, c'est en quelque sorte un gain secondaire dans le gain principal.

Thermogramme versus image thermique

Sans pour autant que cette notion fasse consensus, nous entendrons dans ce site qu'un thermogramme est une image thermographique contenant sa matrice de température voire d'autres données radiométriques permettant son retraitement ultérieur tandis qu'une image thermique est simplement une vision statique d'une scène thermique.

Voir aussi: Thermogramme vs image thermique

Flou/netteté

C'est une optique classique sur un capteur sensible à une certaine longueur d'onde des infrarouges donc la netteté de l'image est semblable à l'optique classique mais va aussi jouer sur la précision de la mesure, une image floue est plus imprécise.

Émissivité

Cube de Leslie

Après Herschell, c'est un écossais, John Leslie, qui va mettre en évidence que chaque matériau émet la chaleur selon sa nature propre: géméotrie, surface, propreté mais également un facteur pshysico-chimique: l'émissivité:L'émissivité d'un matériau est un nombre sans dimension donc sans unité de mesure. C'est la capacité d'un matériau à émettre de l'énergie par rayonnement: rapport entre l'énergie rayonnée par un matériau et l'énergie rayonnée par un corps noir à une même température. Un corps noir est l'idéal théorique avec une émissivité de 1 (ε = 1) alors que n'importe quelle matériau réel à une émissivité inférieure à 1 (ε < 1)..

L'invention majeure de Leslie, dans ce domaine, est un cube de métal portant son nom, rempli d'eau chaude mais dont la nature de 4 de ses faces est différente et permet donc l'observation mais aussi la mesure de l'émissivité de chaque matériau.

Température apparente

La thermographie est une mesure de chaleur mais notre technologie ne fournit encore que la température apparente, non corrigée sur l'émissivité de l'objet ce qui signifie que toutes les valeurs observées sont faussées, généralement seulement légèrement mais parfois la nature de certains objets impose leur analyse recouverts, peints ou leur écartement de l'analyse (cuivre, corrosion, inox, ...)

Voir aussi : Émissivité et thermographie: la zone interdite

Bruit

Cette notion est également proche de celle de l'optique, c'est le grain, en réalité, c'est la sensibilité de votre caméra thermique.

Palette de couleurs

C'est un outil du thermographe permettant une lisibilité et/ou une mise ne évidence plus claire de la situation, les plus utilisées sont fer(lisibilité) et arc-en-ciel(mise en évidence des contrastes). Ceci permet de convertir l'échelle de gris d'origine est des matrices d'analyse colorées. Souvent, quand on dispose de thermogramme, ce facteur est modifiable à posteriori.

Voir aussi: Les palettes de couleur des thermogrammes

Conductibilité

Facilité à transmettre ou à emmagasiner l'énergie thermique d'un matériau.

Loi de Fourier modifiée

IFOV

Instantaneous Field Of View, c'est en optique l'ampleur de la zone géométrique observée à une certaine distance et qui caractérise la performance de l'optique. En thermographie, cela correspond au nombre de mm couverts par un pixel sur une surface observé à un mètre de la caméra, approximativement mais il peut même être différent en horizontal et en vertical.^[3]

MFOV

C'est en réalité 3x3 IFOV, il exprime la taille du plus petit objet observable à 1 mètre de distance (à adapter sur simple règle de 3). Cette mesure est en fait la dimension et la précision de votre analyse car va déterminer la taille d'objet dont la caméra va vous fournir la température moyenne apparente.

Voir aussi: Distance et thermographie

TRF

Thermo Regulation Frequencies est en fait une action de prendre la température de l'environnement pour en extraire le rayonnement parasite moyen afin de corriger la scène

^[4]

Utilisation de la thermographie

Il n'y a pas réellement de limites dans l'utilisation des caméras thermographiques seulement des limitations matérielles.

La plage de température d'observation civile la plus courante est le 8-13 μm mais l'on observe aussi sur 2-5 μm pour des raisons techniques, scientifiques ou militaires, la zone entre 5 et 7,5 μm étant généralement bannie car la vapeur d'eau est vue opaque dans ces longueurs d'onde ce qui vu son omniprésence sur Terre ne permet plus les relevés.^{[5] [6]}

Références

1. ↑ Infrarouge, Wikipédia
2. ↑ Certification niveau I, Infrared Training Center
3. ↑ thermographie IR
4. ↑ Thermography in dentistry revisited by S. Sudhakar
5. ↑ Infrarouge, Wikipédia
6. ↑ Ouvrages de référence