1 Aide au diagnostic thermique du bâtiment : Détection de défauts d’isolation et contrôle non destructif de parois isolées par thermographie infrarouge stimulée Thermogram’2007 Châlons en Champagne novembre 2007 Par Antoine Szeflinski*, Jean Luc Bodnar*, Jean Charles Candoré*, Mohamed Larbi Youcef**, Atef Mazioud**, Laurent Ibos**, Yves Candau**, Pierre Brémond***, Michel Piro****, Alain Filloux***** *LEO, UFR Sciences Exactes et Naturelles, BP 1039, Reims cedex 02 ** CERTES, Université Paris XII Val de Marne, 61, avenue du Général De Gaulle, Créteil *** CEDIP Infrared Systems, 19, Boulevard Bidault, Croissy Beaubourg **** EDF R&D Site des Renardières, Avenue des Renardières, Ecuelles, Moret sur Loing *****Alpheeis, 1200 Route des Lucioles, Espace Beethoven, Valbonne

2 Sommaire  Introduction  Principe de la radiométrie photothermique  Présentation du dispositif de thermographie photothermique utilisé  Analyse d’un complexe d’isolation placoplâtre / polystyrène présentant un manque total d’isolant et l’inclusion d’un tube Isolant Rigide Ordinaire électrique  Analyse d’un complexe d’isolation placoplâtre / polystyrène présentant un manque partiel d’isolant  Analyse d’un complexe d’isolation placoplâtre / polystyrène présentant une épaisseur variable d’isolant  Analyse d’un complexe isolant placoplâtre / polystyrène présentant une variation d’épaisseur de plâtre  Analyse d’une structure d’isolation de type « placostyle »  Conclusion

3 Introduction Chocs pétroliers et crise de l’énergie => Mise en place d’une politique nationale d’économie d'énergie Dans le domaine du bâtiment :  Règle RT 2005  Depuis novembre 2006 : Obligation d’effectuer un bilan thermique au moment de la revente. En pratique (sur le terrain)  L’application de la réglementation est parfois douteuse  Il est difficile, par une inspection classique, de repérer les éventuels défauts d’isolation puisque les isolants sont toujours recouverts de divers éléments de finition. => Besoin de contrôles non destructifs => Utilisation de la thermographie statique (plutôt utilisable en période hivernale) => Etude des possibilités de la thermographie photothermique : Le travail que nous présentons ici) Notre Etude  Le complexe isolant étudié : plaque de parement en plâtre sur laquelle est fixé du polystyrène expansé (le plus représentatif du marché français)  Les défauts recherchés (ceux qui sont les plus couramment rencontrés en France) Absence complète d’isolant (comblée en tout ou en partie par du plâtre) Variation de l’épaisseur d’isolant mis en œuvre Suppression partielle de l’isolant, comblé par du plâtre, pour masquer un transport de fluide

4 Contrôle non destructif de parois isolées de bâtiments

5 Objectifs Réaliser un diagnostic quantitatif de la qualité de l’isolation de parois courantes Application aux bâtiments réhabilités Mise au point d’un protocole expérimental utilisant la thermographie IR active utilisable sur le terrain Détermination de paramètres caractéristiques d’une paroi permettant d’émettre un diagnostic (exemple: résistance thermique) Etude réalisée dans le cadre d’un projet PREBAT (financement ADEME / ANR) Partenaires: EDF, CERTES, EDF, Alphéeis

6 Schéma du Banc de Mesure Sortie Analog. Port LPT Signal Synchro TTL Conditionneurs de signaux PC Mesure + Carte DAQ (Prg Labview) 5B49 5B37 Caméra Caisson Panneau Isolant Liaison Série RS232 Lampe Voltmètre Keithley 2000 ~ 220V, 50Hz Auto-Transformateur Entrées Thermocouples de Type K T air T Surface

7 Banc de mesure Thermocouple air Thermocouples de surface Caméra Cedip Jade LWIR Panneau isolant (BA10- PS expansé) Lampes Caisson réfléchissant Instrumentation Vue d’ensemble Intérieur du caisson réfléchissant

8 t Refroidissement: au moins 3600s Chauffage: 5400s P T MAX Début: 120s T0T0 0 Protocole expérimental Enregistrement des images thermiques Correction des images Estimation de paramètres (épaisseur, propriétés thermophysiques) par méthode inverse Modélisation des transferts (Quadripôles)

9 Modélisation numérique - FLUENT Vérifier l’hypothèse de transfert unidirectionnel au centre de la zone analysée Détermination de l’importance des effets de bord Evolution temporelle de la température de surface

10 Avec,, et Modèle analytique de transfert de chaleur 1D Paroi bicouche plâtre-polystyrène avec résistance de contact Coefficients d’échanges h 1 (face avant) et h 2 (face arrière) Modélisation par la méthode des quadripôles Inversion numérique par méthode de Stefhest Identification de P, h 1 et e par minimisation de l’écart quadratique entre mesures et modèle (méthode de Levenberg-Marquardt)

11 Estimation de Résistance – Résultats Tests pour différentes épaisseurs d’isolant (20, 60 et 100mm)

12 Conclusion Cet exposé visait à présenter quelques exemples d’applications de la thermographie infrarouge stimulée en matière d’aide à la détection de défauts d’isolation dans le domaine du bâtiment. Nous avons montré que cette méthode permettait :  La détection de défauts engendrés par une absence complète d’isolant  La détection de défauts engendrés par une absence partielle de polystyrène. Dans ce cadre, nous avons souligné que la méthode était sensible à l’épaisseur d’isolant situé derrière la couche de placoplâtre et donc qu’elle pourrait être d’un apport utile dans le cadre de l’établissement du bilan thermique d’une habitation.  La détection de manques de polystyrène comblés en tout ou en partie par du plâtre. Ce qui peut être très utile, comme nous l’avons montré pour la localisation de canalisation électrique ou encore là aussi dans le cadre de l’établissement de bilans énergétiques d’habitations.  La détection de la structure porteuse d’un complexe d’isolation de type « placostyle » Il serait maintenant intéressant :  d’étudier les possibilités de la méthode photothermique en matière d’analyse quantitative du complexe isolant placoplâtre/polystyrène, afin d’aboutir par exemple à l’établissement du bilan énergétique d’une habitation.  d’étudier les possibilités de la méthode en matière d’analyse qualitative et quantitative d’autres modes d’isolation. Des études allant dans ce sens sont en cours

13 Différences significatives entre les différents panneaux Identification de l’épaisseur d’isolant possible Possibilité de distinguer différents niveaux d’isolation (pas d’isolant, un peu, mur bien isolé) Conclusion – Suite (CND) Différences significatives entre les différents panneaux Identification de l’épaisseur d’isolant possible Possibilité de distinguer différents niveaux d’isolation (pas d’isolant, un peu, mur bien isolé) Durées de mesure de l’ordre d’une heure: durée à optimiser en vue d’une application in-situ Etude de panneaux isolants placés sur un mur de bâtiment: mesures en labo effectuées; mesures sur cellules ETNA (EDF) en 2008