Erreurs en thermographie : Différence entre versions

Version du 18 juin 2016 à 17:57

Erreurs en thermographie

Cet article sera consacré à des erreurs faites en thermographie, cela pourrait être long mais sera consacré essentiellement à des grands thèmes

Les panachés

Serons repris ici les thermographies qui vont cumuler plusieurs erreurs.

Vision de toitures plates

Cette thermographie provient pourtant d'un laboratoire de recherche sur l'énergie verte et d'un docteur en sciences disposant d'un PhD de Berkely en énergie et en environnement.

• Netteté: l'avant-plan n'est pas net donc sa mesure de température est faussée en SP1, il n'est d'ailleurs pas possible actuellement en thermique d'avoir une netteté acceptable sur une profondeur de champ aussi importante.
• Alignement des scènes: les scènes sont alignées dans l'axe vertical et non dans l'axe horizontal, nous passons d'un gros plan à des plans éloignés de plus de 50 mètres (voir aussi article Distance et thermographie) ce qui signifie que les valeurs de SP5 sont extrêmement grossières alors qu'il s'y trouve des contrastes thermiques.
• Pas de rectification de l'émissivité: chaque matériau affiche froidement une température alors que leur émissivité peut-être extrêmement différente: le gravier a une émissivité de 0.28 bien souvent alors que le sol en terre est compris entre 0.92 et 0.95 selon son degré d'humidité mais que l'herbe a une émissivité de 0.8 à 0.74 selon sa nature mais aussi son humidité ^{[1] [2]}
• Pas de détail de nature de certaines surface en SP2, SP3 ou SP4. Selon le cas cela pourrait être un bitume blanc, un polypropylène, un zinc, ... Sauf que pour ces surface, l'émissivité est extrêmement différente.
• Donner l'illusion de travailler en qualitatif précis: ce type de présentation donne une impression de précision ce qui, même avec de meilleures précautions expérimentales, ne sera jamais le cas car des prises de vues extérieures sur des surfaces salies par les éléments. On pourra travailler en comparatif mais en gardant à l'esprit que la marge d'erreur est très grande.

Ce type de comparaison est impossible alors?

Non bien entendu mais on peut alors travailler avec un plan large où les surface s'alignent horizontalement donc à des distances comparables mais, surtout, travailler en mettant des échantillons de surfaces dans la scène de la prise de vue mais, surtout, rectifier chaque objet sur sa propre émissivité afin d'avoir des valeurs réalistes mais qui seront toujours approximatives.

Comparaison de matériaux

J'ai hésité à publier cette image ratée particulièrement horrible mais elle rassemble finalement tous les errements possibles ou presque à vouloir comparer des situations:

Il s'agit d'une simple boîte métallique remplie d'eau chaude sur laquelle on a collé deux pièces d'isolant mince réfléchissant mais pas sur la même face mais ces surfaces ont également été recouvertes de simple papier blanc mais a malheureusement été légèrement mouillé lors du remplissage de la boîte. Le premier problème ici est l'absence de surface de référence avec une émissivité stable ou bien connue, tout est dans l'aléatoire et il n'y a pas de vraie référence. Le second problème est que en comparant des matériaux souples, ils doivent être parfaitement collés sinon il y a des bulles ou des plis et donc les surface sont hétérogènes à cause de cela. Le troisième problème est que l'eau qui a coulé provoque des changements d'émissivité mais aussi de conduction des matériaux, c'est devenu illisible ou presque.

Par contre, quand on veut comparer le pouvoir d'isolant de plusieurs matériaux différents, il faut les recouvrir par une surface de référence de nature identique, ce qui est ici correct même si mal exécuté. Regardez ici comment vous pouvez frauder le coefficient d'isolation d'un matériau simplement parce que son émissivité est très basse, cet isolant mince semblerait presque absolu à la caméra quand ile st posé dans le bon sens. Mais, bémol, les surfaces de recouvrement montre que cet isolant mince a strictement le même coefficient d'isolation, peu importe son sens de pose.

Notez également que comme les poudres colorés utilisées ici qui sont généralement des oxydes métalliques, leurs émissivités peuvent être différentes alors qu'une teinture dans la masse ne génère généralement pas de différence d'émissivité.

Les angles d'observation

On le dit toujours,ne prendre en compte que les éléments thermographiés entre 3° et 50°, se méfier de tout le reste et se déplacer pour une autre prise de vue car ces résultats deviennent aléatoires.

Cependant, sur site et dans des cas compliqués, sous la pression et le désir de trouver à tout prix, on peut oublier les règles de base. Ici, dans une recherche d'infiltrations, j'ai oublié pendant 5 minutes cette règles fondamentale et j'ai recherché un tuyau fantôme. Que s'est-il passé? Par hasard, la zone humide était entre moi et un radiateur dont l'alimentation remontait le long du mur. Si l'on ne remarque pas que l'on est face à un mur dont le sol est un parquet lisse, on va alors voir dans le parquet un reflet du tuyau d'alimentation du radiateur et donc avoir l'illusion de découvrir la trace d'une tuyauterie sous le parquet mais qui disparaît dès que l'on se déplace. Finalement après 10 angles de vue, un détecteur de métal et deux d'humidité, soudain la mémoire revient. D'autant aussi que sur place l'écran des caméras est très petit et que la forme est moins distincte.

De même, que l'on observe un paroi, un plancher ou un plafond, l'aspect spéculaire (miroir) d'un matériau n'est pas toujours aussi évident que l'on pourrait le penser. Ci-dessous un simple plafond recouvert de plaques d'unalite peintes et anciennes. À nos yeux, tout ceci est mat et passé. Un opérateur couché au sol donc à 2m40 du plancher se reflète parfaitement dans le plafond même pour ses parties habillées signifiant que le moindre appareil électrique en fonction, radiateur ou autre peut venir parasiter l'image. Ceci illustre aussi la délicatesse à utiliser à l'intérieur des objectifs "grand angle" alors que le standard génère déjà des risques de reflets.

Les moisissures

Cela paraît une évidence mais une caméra thermique ne verra que l'humidité encore présente donc si une zone a séché, les spores peuvent être invisible et déshydratée mais prêtes à être réactivées à la prochaine occasion. La caméra détecte le refroidissement causé par l'évaporation des zones humides, certaines différences d'émissivité si la moisissure est visible en surface mais elle ne voit pas la moisissure, elle se contente de détecter les différence de température et de surface.

La présentation en image double ci-dessus illustre bien combien dans certains cas, la caméra thermique peut passer à côté de la réalité, elle n'a vu, ici, que 50% du problème de cette scène.

Voir la présentation en anglais de InspectApedia sur la moisissure.

Les changements d'état

On peut déjà facilement faire l'erreur de confondre température d'un objet et température de surface, erreur qui est proportionnelle à la conductivité du matériau observé. Mais il est une erreur qui peut devenir énorme: celle de confondre la température de surface avec celle d'un objet en train de fondre. L'exemple de la glace est encore le plus parlant:

L'eau a un pouvoir de tension hygroscopique si élevé, combinant au pouvoir "collant" de la glace qu'elle peut enrober totalement d'une pellicule d'eau liquide légèrement mouvante de la glace en train de fondre. en fait, l'eau en surplus va s'écouler en flaque au pied de la glace mais tout le glaçon reste mouillé. Vous ne voyez donc que l'interface d'échange thermique et plus la surface du glaçon. Le glaçon ci-dessus est encore encore en-dessous de -10°C à coeur pourtant vous venez de produire une image de glaçon donc d'eau solide à une température de l'ordre de +2°C!

C'est bien entendu impossible. La thermographie des objets qui changent d'état physique, peu importe le sens, est à prendre avec d'extrêmes précautions voire est inexploitable sauf cas particuliers.

Les erreurs de matériaux

L'erreur la plus commune est de se tromper en visant un matériau inapproprié.

Émissivité trop basse

Cette pièce affiche largement plus froide que sa température réelle, son émissivité étant parfois inférieure à 0,2 (inox et alliage cuivré).

Effet miroir

La vision thermique ici d'un bardage en zinc offre plus la thermographie de la façade du voisin que de la cible, le bardage.

Les transparents

Parfois, en thermographie, on peut se tromper de sens et prendre la mesure du matériau de l'autre côté parce que le matériau visé est transparent aux infrarouges:

La vision thermographique ci-dessus montre une fenêtre dont le pan supérieur et celui d'extrême droite ont reçu un film polyéthylène pour isoler. Or les deux parties sont plus froides à la caméra que les parties laissées en simple vitrage libre, pourquoi?

Simplement parce que ces films plastiques sont quasiment transparents aux longueurs d'onde des infrarouges longs donc sur les vitrages isolés, je mesure la température du carreau de verre et non celle du film plastique or il est logique qu'étant désormais séparé de l'intérieur, il soit plus froid. La mesure de ce type de montage doit donc se faire depuis l'extérieur pour une mesure d'efficacité, la mesure intérieure est intéressante mais faussée puisqu'il est désormais quasiment impossible d'obtenir la température intérieure sans risquer de déchirer le film.

Sans compter que le verre étant spéculaire, prendre sa température requiert un recouvrement par un tape ou du papier.

Thermographie médicale

Il faut un protocole rigoureux en thermographie médicale, sinon, on obtient des résultats aberrants. Outre l'acclimatation et un environnement stable, les attitudes des personnes sont essentielles.

Voir aussi: thermographie et imagerie médicale: conditions

Un geste à éviter car stimulant la circulation et recouvrant d'humidité:

À droite, mauvaise posture ayant pollué la thermographie, résultat non pertinent et inexploitable.

Les non-sens

Parfois utiliser une caméra thermique n'a absolument aucun sens sauf à une éventuelle recherche esthétique. L'image thermique suivante est celle de la thermographie d'un simple bassin pris en journée nuageuse:

La leçon est rude dans cette image thermique, la partie ensoleillée est plus froide que celle reflétant l'image du mur et tout est largement plus froid que le bord du bassin. En fait, la voûte céleste même en pleine journée peut être si froide que son reflet sur l'eau va se surexposer à la température de l'eau et que la chaleur du mur donnera un reflet chaud. Exemple d'une image inexploitable parce que ne contenant finalement rien d'identifiable ou d'analysable. Même les feuilles de nénuphar vont rester indistinctes.

Images illustratives à faible lisibilité

Il est assez souvent dit que l'image thermique a un côté hypnotique, high-tech et peut impressionner un auditoire qui ne pourra bien souvent penser d'une thermographie que ce que le présentateur lui aura expliqué ce qu'il doit en penser.

Ci-dessous, une petite thermographie peu lisible, pas très contrastée et utilisée comme argument de démonstration du réchauffement climatique:

D'abord une seule thermographie ne démontre que rarement une évolution, encore moins une vitesse et ensuite il faut la développer pour la rendre lisible, c'est donc ici un usage publicitaire et non technique.

Simulation par ordinateur

Cette vue-ci est décourageante, pour une fois que quelqu'un faisait l'effort d'intégrer la thermographie dans un jeu, il se contente de convertir des palettes des couleurs alors que la construction d'une image thermique est une combinaison de la température des matériaux, de leur émissivité et de leur forme (principalement). Même la palette de couleur ne correspond pas à un des standards du métier. ^[3]

Et un de nos coupables est en fait Adobe dont voici le programme de conversion:

Voici maintenant une vraie conversion de vue digitale vers une vue en thermographie:

Ce qui se passe ici, c'est que l'appareil qui prend en vision nocturne et celui qui prend en thermographie n'est pas le même, la vision nocturne est en échelle de gris, comme la thermographie de base mais les nuances sont basée sur la luminosité pour la vision nocturne et sur la température apparente pour la thermographie. Il n'est pas technique possible actuellement de convertir une photo vers une version thermique simplement parce que la longueur d'onde d'observation n'est pas la même et que même les appareils spéciaux sauvent en réalité deux versions distinctes de l'image.

Les images ci-dessus ne sont donc pas des conversions mais bien des images prises dans les 3 modes distincts, même la conversion de la vue digitale en vue vision nocturne n'est pas techniquement faisable, le terme conversion est donc, dans ce cadre, usurpé.

Références

1. ↑ Régime thermique du sol, École Polytechnique de Lausanne, Pr A. Mermoud
2. ↑ Émissivité, Wikipedia
3. ↑ ShaderLab