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Caisson à cavités
La base
En m'inspirant du cube de Leslie, j'ai monté un dispositif destiné non à déterminer les émissivités de ses différentes faces mais à observer les résistivités thermiques des matériaux inclus donc observer les qualités réelles d'isolation de matériaux.
Deux des faces comprennent des cavités avec sur une face les cavités systématiquement traversantes. Dans ce cas-ci évidemment, impossible de le remplir d'eau chaude ce qui n'était d'ailleurs pas le but vu le poids que cela occasionnerait car pour étudier la tenue d'un isolation, il ne doit pas être mouillé mais également sur une surface suffisante. La source de chaleur choisie pour l'instant est une simple lampe halogène d'une puissance de 350 watts ce qui crée un intense flux thermique mais également un rayonnement infrarouge puissant venant de l'ampoule.
Les cavités sur les faces forment une grille, visible en infrarouge permettant de se repérer sur les face mais également de positionner les éléments et de voir les températures intérieures depuis l'extérieur avec un effet cavité augmentant la précision de la mesure.
Le caisson est actuellement en aggloméré plaqué blanc de 18 mm avec des trous de 3 mm et 6 mm basés sur 4 grilles de 16x12 cm ce qui me permet aussi une meilleur appréciation de l'échelle de mesure, la température intérieure atteint 55-56°C fournissant ainsi un ΔT de plus de 30° ce qui est largement suffisant pour l'analyse.
Vues avant et intérieure du caisson à cavité que la caméra thermique va utiliser pour des prises de vue thermographiques de qualité d'isolant.
Ce prototype est encore grossier mais est probablement suffisant pour des premières estimations.
Cependant, il n'est pas aisé à manipuler pour deux raisons: la chaleur monte et l'orientation du projecteur halogène peut biaiser les résultats. Ce n'est pas en l'état actuel un outil de grande précision mais il apporte néanmoins des précisions jusqu'ici absentes.
Observons cette vue latérale donc dans le sens du projecteur qui se situe à droite et du matériau à tester qui se situe à gauche, en cible. Pour éviter les problèmes, on voit bien qu'il vaut mieux tester avec des bandes verticales et faire des comparaisons horizontales.
Cette vue thermographique de coin permet de bien visualiser les contrastes et aussi les soucis de mise en oeuvre. Comme il s'agit ici d'un isolant mince, la chaleur a légèrement décollé une partie ce qui se voit à l'image thermique.
Un thermomètre à avec une sonde à thermocouple est collé contre la surface intérieure à analyser et fournit une idée de la température intérieure.
Ce caisson servira dans une série d'article à venir et qui seront rangés sous la catégorie catégorie:caisson à cavités.
Premières expériences
D'emblée se pose plusieurs problèmes:
- La durée nécessaire de l'analyse afin d'atteindre la T° maximale stable et que chaque matériau épuise son inertie thermique. Le matériel actuel semble suggérer que 30 minutes suffiraient
- Il ne semble pas possible de travailler autrement qu'en qualitatif, la précision nécessaire au quantitatif est absente dont des valeurs d'émissivités suffisamment précises (le caisson semble avoir une émissivité de l'ordre de 0.88 par exemple)
- La taille des objets est primoriale, la matrice de 16x12 cm semble appropriée, en tous les cas, les effets de coin observés au passage de matériau suggèrent qu'il n'est pas possible d'analyser des objets plus petits que 10 cm
- Les trous permettent une mise au point efficace mais ont une très légère influence périphérique qui interdit des mesures dans certaines zones
Par contre, les résultats obtenus par cette méthode sont déjà étonnants mais le protocole doit être affiné.
Voici une vision d'une des expérience en gif animé thermographique:
Cet exemple montre une situation acceptable dès 20 minutes de chauffe mais il faudra néanmoins 45 minutes pour que les fibres de bois finissent de démontrer leur supériorité (même si elle font 9 cm dépaisseur contre les 4 cm de styrodur).
Mais si nous passons en analyse qualitative, malgré les inévitables, erreurs expérimentales, nous apercevons qu'en fait c'est le styrodur qui n'a pas fini de s'échauffer:
Résultat, selon ce graphe, il faudrait, pour ces matériaux, de l'ordre de 60 minutes pour atteindre leurs points d'équilibre thermiques.
Le test à vide
Ce test a été un peu angoissant car il semblait montrer que l'idée des cavités causait trop de disparités et que le mode de chauffage n'était pas assez diffusés.
Bon, après utilisation, l'effet de cavité disparaît quasiment dès qu'un matériaux est posé contre la paroi et la disparité de chaleur/rayonnement est relativement diffusée mais il vaut mieux tester des matériaux côte à côte , de minimum 10 cm de large et maximum 16 cm. La technique doit encore être affinée pour éviter les problèmes. Si l'on compare ce graphe avec le précédent, les effets des cavités sont clairement gommés.
Voici à présent une face avec seulement quatre points périphériques, pour la mise au point
Ce test démontre que si l'idée des cavités est bonne, elles perturbent quand même beaucoup le résultat et les effets des cavités elles-mêmes sur les capacités isolantes méritent une analyse plus poussée.
Seconde version, quatuor de cavités pour permettre la mise au point
Cette fois, seules 4 cavités sont laissées sur 32 cm de long et 16 cm de hauteur, démonstration en images:
Le résultat tranquillise sur la matrice de cavités, les conclusions restent les mêmes alors que la fibre de bois est même plus visée que le styrodur.
Cependant même si la matrice aide à la lisibilité de l'image en accentuant les sauts, elle reste problématique d'utilisation.