S. Oblin*, P. Richard**, J. L. Bodnar*, S. Datcu***, L. Ibos***,

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1 Radiométrie photothermique appliquée à la détection de défauts d’isolation dans le bâtiment
S. Oblin*, P. Richard**, J. L. Bodnar*, S. Datcu***, L. Ibos***, J-C Frichet****, Y. Candau*** * LEO, Faculté des Sciences, Université de Reims Champagne Ardenne ** CSTB, Champs-sur-Marne, Marne-la-Valée *** CERTES, Université Paris 12 Val de Marne, Créteil *** EdF R&D Les Renardières, Moret sur Loing Monsieur le président du jury, Messieurs-Dames les membres du jury, honorable audience, Permettez moi de vous présenter le travail de recherche réalisé entre janvier 2000 et décembre 2002 dans le cadre de ma thèse de doctorat. Ce travail a été mené au sein du laboratoire CERTES et a fait l’objet d’un contrat d’étude avec l’Electricité de France.

2 Contexte de l’étude Mesure par thermographie infrarouge
Actuellement, la thermographie infrarouge est appliquée pour visualiser les défauts thermiques lors du diagnostic des bâtiments. L’objectif de l’étude menée par nos équipes est d’obtenir une caractérisation des ces défauts et une quantification des déperditions thermiques correspondant à ces défauts. Ceci doit permettre de répondre à deux questions : quel est le poids d’un défaut dans la facture de consommation. Et il nécessaire de réparer le défaut? Par rapport à d’autres approches, le diagnostic par thermographie ir présente (évidemment) le double avantage d’être non-intrusif et d’offrir une analyse spatialement exhaustive du défaut.

3 Sommaire Thermographie passive: application pour la quantification des déperditions thermiques des bâtiments. Thermographie active: application à la détection des défauts d’isolation dans le bâtiment Dans cette présentation, nous allons aborder les deux aspects suivante: la caractérisation de défauts d’isolation par thermographie passive et les possibilités de quantification des poids énergétique de ces défauts dans les déperditions thermiques de l’enveloppe des bâtiments. La deuxième partie de l’exposée est dédiée à l’étude des défauts par thermographie active et aux perspectives attendus par cette méthode dans la caractérisation quantitative de ces défauts.

4 Sommaire Thermographie passive: application pour la quantification des déperditions thermiques des bâtiments. Thermographie active: application à la détection des défauts d’isolation dans le bâtiment. La thermographie passive est une méthode largement utilisée lors du diagnostique de l’enveloppe thermique des bâtiments. Néanmoins l’analyse par thermographie impose un ensemble de contraintes lors de la mesure in situ et lors du dépouillement des images thermique. Une analyse approfondi de ces contrainte à nécessitait un support expérimental de laboratoire afin d’étudier les problèmes et de valider les solutions proposées.

5 Étapes de l’étude Problématique Support expérimental
Correction du champ de température mesuré par la caméra Estimation du coefficient de transfert de chaleur Calcul du flux total (radiatif et convectif) Incertitude de l’estimation Tout d’abord je vais brièvement présenter la problématique de la mesure par thermographie passive Ensuite le support expérimental de laboratoire Les solutions retenues pour la correction du champ de température mesuré par la camera pour accéder à un champ de température vrai. Le calcul des déperditions nécessite une estimation du coefficient de transfert convectif de chaleur et je vais vous donner un aperçu des méthodes d’estimation de sa valeurs notamment en régime de convection libre (le cas généralement rencontré à l’intérieur des bâtiments). Je vais finir cette première partie de mon exposé par vous présentant quelques résultats obtenus en laboratoire.

6 Problématique Ftotal = es(T4o-T4env) + h(To-Tatm) Image infrarouge
(fichier propriétaire) Caractérisation de la caméra thermique Champ de température apparente Quantification du rayonnement issu de l’environnement Température moyenne de l’environnement Champ réel de température Comment mesurer les déperditions? Partons des bases données par la thermique. A base température, le flux échangé par une surface est composé de deux fractions: une fraction radiative et une fraction convective. L’expression mathématique de chacune des fractions est écrite à l’aide des paramètres, paramètres qu l’on doit connaître afin d’évaluer les déperditions thermiques de la surface analysée. Un démarche pour l’estimation de ces paramètres est présenté d’une manière synthétique dans le diagramme suivante. Donc, la caméra IR fourni une image infrarouge sous la forme d’un fichier propriétaire. A partir de ces mesures, en passant par une étape de caractérisation de la caméra, on peut calculer un champs de température apparente sur la surface cible. Afin de remonter au champ de T° réel, il faut d’abord quantifier le rayonnement issue de l’environnement et cette quantification à donne lieu à l’estimation d’une température moyenne apparente de l’environnement. Après la correction du champ de T°, on passe à l’étude des échanges convectifs, et notamment en convection naturelle. Un élément clé dans l’estimation des échanges convectifs est la valeur locale du coefficient convectif de chaleur et plusieurs solutions sont analysée afin de prédire ses valeurs pour un champ pariétal de T° non-uniforme caractéristique pour des surfaces présentant des défaut d’isolation. En fin l’estimation des déperdition est calculée à partir des deux fractions: radiative et convective. L’extraction des régions correspondant aux défauts d’isolation qui s’expriment sur la surface cible est réalisé à l’aide des méthodes de segmentation d’image, permettant ensuite de quantifier les déperditions dues aux défauts. Prédiction des valeurs du coefficient de convection, champ pariétal de température non-uniforme Segmentation d’image Estimation des échanges convectifs Extraction des régions correspondant aux défauts Estimation des déperditions thermiques

7 Maquette d’étude Fluxmètre 1er cas d’étude P = 24W/m² 2e cas d’étude
Étude expérimentale Maquette d’étude Fluxmètre 1er cas d’étude P = 24W/m² 2e cas d’étude P = 48W/m² Miroir Thermocouples L’étude expérimental est réalisé sur la maquette d’un cloison qui présente au centre un défaut d’isolation. La maquette consiste de : (description des couches). La surface analysée de la maquette est représenté par la face avant. Les déperditions thermique sur la surface sont étudiés pour deux niveaux de puissance du film chauffant: dans un premier cas, la puissance du film est de 24W/m², et une thermogramme de la surface, réalisée dans ce cas d’étude, est présenté dans cette image. Dans le deuxième thermogramme on visualise un information sur le champ de température dans le deuxième cas d’étude, où la puissance du film est deux fois plus importante. Dans les images infrarouges, on peut remarquer la présence de plusieurs régions. Dans chaque image, au coin supérieur gauche on remarque la présence d’un miroir, au centre – la surface du défaut d’isolation et puis des éléments faisant partie de l’instrumentation de la maquette: un flux mètre dont on change sa position et deux thermocouples des surface permettant d’effectuer des mesures ponctuelles de température respectivement dans la zone du défaut et dans la partie supérieure de la maquette, sans défaut. Les deux lignes verticales indiquent la position des profiles analysées au cours de cette présentation. Les thermogrammes sont prises en régime stationnaire. Deux objectifs sont utilisées: un objectif grand angle 45° x 34°. Par construction, la caméra est munie d’un objectif standard 24° X 18°. Défaut

8 Correction de la T° Tenv = 21,7°C DT=1°C DT=1,5°C Tenv = 20,1°C
Correction de la température Correction de la T° / e = 0,94 (surface parois pièce) Tenv = 21,7°C DT=1°C DT=1,5°C Le résultat de la correction est jugée par une analyse comparative des profils de température sur la verticale présenté précédemment. On remarque une bonne concordance entre les valeurs estimées de la T° moyenne de l’environnement et la T° mesurée sur la surface d’un paroi de l’enceinte revêtu d’une penture d’émissivité 0,94. Dans les deux figures on montre une analyse comparative entre les champs de température fourni par la caméra (présenté en rouge) et celui corrigé (présenté en noir). Afin d’avoir une référence, on présente également les mesures de température par thermocouples dans la région du défaut et dans la partie supérieure de la surface, sans défaut. On remarque une amélioration importante de la mesure de température. Cette amélioration est de 1°C dans le cas de la puissance la plus faible et d’environ 1,5°C dans le cas de la puissance la plus importante. / e = 0,94 (surface parois pièce) Tenv = 20,1°C

9 Échanges convectifs hum F F Reynolds Grashof (Re) (Gr)
Estimation du coefficient de convection Échanges convectifs Surface extérieure des bâtiments Échanges en convection naturelle Échanges en convection forcée hDTn hum Tw Tatm, u T u Tw Tatm, (u=0) T u F F Un élément clé dans l’estimation des échanges convectifs est la valeur locale du coefficient convectif de chaleur. Nous pouvons avoir les deux cas de figure suivants: échanges en convection naturelle, situation généralement rencontrée à l’intérieur des bâtiments. Dans ce cas, l’écoulement est gravitaire et le coefficient de transfert convectif est proportionnel à l’écart de température paroi/air. Le deuxième cas est représenté par les échanges à l’extérieure des bâtiments, échanges en convection forcée, est la valeur du coefficient local de convection dépendra seulement du champ de vitesse. Dans cette étude on se focalise sur les échanges à l’intérieur des bâtiments et plusieurs solutions sont analysée afin de prédire les valeurs du coefficient local de convection pour un champ pariétal de T° non-uniforme caractéristique pour des surfaces présentant des défaut d’isolation. Grashof (Gr) Reynolds (Re)

10 Estimation du h Correlations sémi-empiriques
Estimation du coefficient de convection Estimation du h Correlations sémi-empiriques Eckert et Jackson Clim 2000 Awbi Modélisation de l’écoulement en convection naturelle, couche limite laminaire méthode intégrale de von Karman – Pohlhausen Modélisation Fluent Une démarche classique pour évaluer les coeff de conv est basée sur les corrélation semi-empiriques. Nous avons retenu trois corrélations. Mais aucune des trois ne correspond exactement à notre cas d’étude . La première est une corrélation académique classique. Elle est obtenu suite à une formulation analytique et une calage des coefficients dans le cas d’une plaque plane verticale isotherme. Cette corrélation à l’avantage de donner un coefficient local de convection. La deuxième est une corrélation classique dans le domaine technique de la thermique du bâtiment. Elle fait penser à une corrélation valide en régime turbulente. La troisième est un essaie de prise en compte du fait qu’on se trouve non plus sur une plaque plane, mais dans une enceinte fermé. (pause) Etant donné les conditions expérimentales on aurait pu penser tester la corrélation classique en régime laminaire. (pause) Mais nous avons préféré reprendre l’analyse qui conduit a cette corrélation en tenant compte de l’évolution de T° au long de surface de la maquette.

11 Ftotal 1er cas d’étude P = 24W/m² 2e cas d’étude P = 48W/m²
Calcul des déperditions Ftotal 1er cas d’étude P = 24W/m² Au niveau du flux total dans le cas de la puissance la plus faible les écarts sont évidement importantes: environ 30% et toujours par une sous-estimation par rapport aux valeurs calculée par Fluent. Dans le cas de la puissance la plus importante, on constate un très bon accord entre les valeurs de flux total prédites à partir de mesures et les valeurs Fluent. Pratiquement il n’y a pas d’écart. Un conclusion partielle de cette analyse comparative est qu’on constate deux causes d’erreur non-négligeables: une température uniforme des paroi de l’enceinte sous Fluent et la manière d’estimation du coefficient convectif. La solution réside d’un part dans la nécessité d’un découpage plus fin de l’environnement afin d’améliorer l’estimation des échanges sous Fluent et d’autre part dans un bon choix du coefficient de convection. 2e cas d’étude P = 48W/m²

12 T°corrigée dT~1,0°C à 30°C < 2°C à 30°C dT~0,7°C à 24°C
Calcul d’incertitude T°corrigée dT~1,0°C à 30°C < 2°C à 30°C dT~0,7°C à 24°C Quelques résultats. Sur la température corrigée, on enregistre une incertitude inférieure 1,0°C autour de 30°C donc inférieure à 2°C annoncée par le fabricant de la caméra et une incertitude de 0,7°C à 24°C également inférieure à celle donnée par le fabricant. On peut donc constater une bonne amélioration de la précision de mesure de la caméra.

13 Ftotal dF < 9,5W/m²  15% d’incertitude
Calcul d’incertitude Ftotal dF < 9,5W/m²  15% d’incertitude dF < 7,5W/m²  30% d’incertitude En termes de flux total, on estime environ 15% d’incertitude dans le cas de la puissance la plus importante et 30% pour la puissance la plus faible. La partie principale dans cette incertitude est due à l’incertitude sur le flux radiatif. Dans les deux cas étudiés, cette incertitude reste invariant quelque soit le niveau du flux radiatif. Donc une incertitude relative importante à faible flux. Globalement, ces valeurs d’incertitude sont cohérentes avec les écarts obtenus au niveau de l’analyse comparative par rapport aux valeurs Fluent.

14 Conclusions(1) Méthode de correction du champ de température
Estimation des déperditions en convection naturelle une incertitude importante pour faible niveaux de flux Amélioration de la précision de l’estimation des déperditions par une amélioration de la mesure de T°. En conclusion, on constate la concrétisation d’une méthode de quantification de déperdition thermiques dues aux défaut d’isolation par thermographie IR. Afin d’arriver à ce résultat plusieurs aspects déterminants ont été abordée. Une méthode de correction du champ de T° fondée sur l’utilisation du miroir à été proposée. Nous avons constaté une amélioration importante de mesure de T° dans les deux cas expérimentales étudiés. La qualité de la correction du champs de température dépende de la valeurs de la température moyenne de l’environnement estimé sur la surface du miroir. Suite a l’analyse comparative nous avons constaté, dans les cas d’un faible écart de T° parois-air, une mauvaise estimation de la température moyenne de l’environnement exprimée par une sous-estimation de l’amplitude des échanges radiatifs. Ceci peut s’expliquer probablement par le passage successive flux- température qui engendre une amplification de l’erreur d’estimation. Le résultat obtenu suite au calcul d’incertitude confirme cette réflexion et on considère que une amélioration de la mesure de T° et de l’estimation des échanges radiatifs sera obtenu par un étalonnage de la caméra en flux. Nous sommes capables de faire une estimation du flux total échangé par une surface, en convection naturelle, avec une erreur maximale de 15% pour un niveau de flux relativement important de 48W/m². Pour des faibles flux, l’incertitude est plus importante, d’environ 30%. Évidement, il est nécessaire d’approfondir le problème de l’estimation des échanges convectifs. Aujourd’hui il reste encore à déterminer l’approche vers une meilleure estimation du coef de conv. Est-ce qu’une corrélation pourra faire mieux qu’un modèle dans le cas des surface qui présente des défaut thermique ? La question finale qu’on doit se poser est ou somme nous aujourd’hui par rapport à l’objectif initial de l’estimation des déperditions du au défaut. Je considère que nous sommes arriver sur le point de proposer une méthode et de ce point de vue on se retrouve à la fin d’une étape. On se trouve au débute d’une autres : au début d’une étude probablement poussée de validation de la méthode proposée.

15 Sommaire Thermographie passive: application pour la quantification des déperditions thermiques des bâtiments. Thermographie active: application à la détection des défauts d’isolation dans le bâtiment. L’estimation des paramètres nécessite le parcours de plusieurs étapes (structurées comme il suit: …) Tout d’abord, cet étude nécessitait un support expérimental de laboratoire afin d’étudier les problèmes et de valider les solutions proposées.

16 Étapes de l’étude Problématique Étude théorique Étude expérimentale
Thermographie active Étapes de l’étude Problématique Étude théorique Étude expérimentale Résultats Conclusions L’estimation des paramètres nécessite le parcours de plusieurs étapes (structurées comme il suit: …) Tout d’abord, cet étude nécessitait un support expérimental de laboratoire afin d’étudier les problèmes et de valider les solutions proposées.

17 Problématique Excitation flash
Thermographie active Problématique Excitation flash Définir la densité de flux radiatif déposée Contrainte liée à la T° maximale obtenue sur la surface soumise à l’excitation Contrainte liée au spectre de l’excitation afin de limiter la contribution parasite par réflexion Définir le temps d’excitation Contrainte liée au temps d’excitation, fonction des propriétés thermophysiques du complexe Mesure par thermographie IR Méconnaissance des propriétés radiatives de surface Échantillonnage de l’évolution temporelle du champ de température

18 Étude théorique Maquette d’étude Plaque plâtre/polystyrène (1cm plâtre / 6cm polystyrène) collée sur un mur de béton (15 cm) Étude de défauts linéiques (2 à 5 cm de large) Défauts situés : en partie courante du complexe isolant à proximité d’un mur de refend

19 Étude théorique Étude théorique Calcul de l’évolution de température par la méthode des éléments fini (progiciel Marc) Prise en compte des échanges convecto-radiatifs Surface du béton (paroi extérieure): h=16W.m-2.K-1 Surface du plâtre : variation exponentielle du h~[1,5; 9,0] W.m-2.K-1 Excitation flash (surface du plâtre) Flux déposé sur la surface: 500W.m-2 Temps d’excitation : 180s Température de surface <40°C Échantillon isotherme en équilibre thermique avec le milieu extérieur (Ti = Tair = 25°C) L’estimation des paramètres nécessite le parcours de plusieurs étapes (structurées comme il suit: …) Tout d’abord, cet étude nécessitait un support expérimental de laboratoire afin d’étudier les problèmes et de valider les solutions proposées.

20 Défaut situé en partie courante
Étude théorique Défaut situé en partie courante Inclusion de plâtre de 2cm de large Observation de la T° à la fin de la phase d’excitation T~1K; défaut détectable par thermographie IR (NETD~0,1K) L’étude expérimental est réalisé sur la maquette d’un cloison qui présente au centre un défaut d’isolation. La maquette consiste de : (description des couches). La surface analysée de la maquette est représenté par la face avant. Les déperditions thermique sur la surface sont étudiés pour deux niveaux de puissance du film chauffant: dans un premier cas, la puissance du film est de 24W/m², et une thermogramme de la surface, réalisée dans ce cas d’étude, est présenté dans cette image. Dans le deuxième thermogramme on visualise un information sur le champ de température dans le deuxième cas d’étude, où la puissance du film est deux fois plus importante. Dans les images infrarouges, on peut remarquer la présence de plusieurs régions. Dans chaque image, au coin supérieur gauche on remarque la présence d’un miroir, au centre – la surface du défaut d’isolation et puis des éléments faisant partie de l’instrumentation de la maquette: un flux mètre dont on change sa position et deux thermocouples des surface permettant d’effectuer des mesures ponctuelles de température respectivement dans la zone du défaut et dans la partie supérieure de la maquette, sans défaut. Les deux lignes verticales indiquent la position des profiles analysées au cours de cette présentation. Les thermogrammes sont prises en régime stationnaire. Deux objectifs sont utilisées: un objectif grand angle 45° x 34°. Par construction, la caméra est munie d’un objectif standard 24° X 18°.

21 Défaut situé à proximité d’un refend
Étude théorique Défaut situé à proximité d’un refend Inclusion de plâtre de 5cm de large Observation de la T° à la fin de la phase d’excitation T~0,8K; défaut détectable par thermographie IR (NETD~0,1K) L’étude expérimental est réalisé sur la maquette d’un cloison qui présente au centre un défaut d’isolation. La maquette consiste de : (description des couches). La surface analysée de la maquette est représenté par la face avant. Les déperditions thermique sur la surface sont étudiés pour deux niveaux de puissance du film chauffant: dans un premier cas, la puissance du film est de 24W/m², et une thermogramme de la surface, réalisée dans ce cas d’étude, est présenté dans cette image. Dans le deuxième thermogramme on visualise un information sur le champ de température dans le deuxième cas d’étude, où la puissance du film est deux fois plus importante. Dans les images infrarouges, on peut remarquer la présence de plusieurs régions. Dans chaque image, au coin supérieur gauche on remarque la présence d’un miroir, au centre – la surface du défaut d’isolation et puis des éléments faisant partie de l’instrumentation de la maquette: un flux mètre dont on change sa position et deux thermocouples des surface permettant d’effectuer des mesures ponctuelles de température respectivement dans la zone du défaut et dans la partie supérieure de la maquette, sans défaut. Les deux lignes verticales indiquent la position des profiles analysées au cours de cette présentation. Les thermogrammes sont prises en régime stationnaire. Deux objectifs sont utilisées: un objectif grand angle 45° x 34°. Par construction, la caméra est munie d’un objectif standard 24° X 18°.

22 Étude expérimentale Maquette d’étude Poutre de béton (15cm de largeur x 12cm d’épaisseur) colée au centre d’un voile de béton (15 cm d’épaisseur) La poutre est recouverte d’une feuille de papier en aluminium pour la protéger des échanges radiatifs Complexe isolant (1cm de plâtre + 6cm de polystyrène) collé sur le voile de béton, de part et d’autre de la poutre Incrustations linéiques de plâtre dans le polystyrène (de 2cm et 5cm de large et de 6 cm d’épaisseur) L’étude expérimental est réalisé sur la maquette d’un cloison qui présente au centre un défaut d’isolation. La maquette consiste de : (description des couches). La surface analysée de la maquette est représenté par la face avant. Les déperditions thermique sur la surface sont étudiés pour deux niveaux de puissance du film chauffant: dans un premier cas, la puissance du film est de 24W/m², et une thermogramme de la surface, réalisée dans ce cas d’étude, est présenté dans cette image. Dans le deuxième thermogramme on visualise un information sur le champ de température dans le deuxième cas d’étude, où la puissance du film est deux fois plus importante. Dans les images infrarouges, on peut remarquer la présence de plusieurs régions. Dans chaque image, au coin supérieur gauche on remarque la présence d’un miroir, au centre – la surface du défaut d’isolation et puis des éléments faisant partie de l’instrumentation de la maquette: un flux mètre dont on change sa position et deux thermocouples des surface permettant d’effectuer des mesures ponctuelles de température respectivement dans la zone du défaut et dans la partie supérieure de la maquette, sans défaut. Les deux lignes verticales indiquent la position des profiles analysées au cours de cette présentation. Les thermogrammes sont prises en régime stationnaire. Deux objectifs sont utilisées: un objectif grand angle 45° x 34°. Par construction, la caméra est munie d’un objectif standard 24° X 18°.

23 Conditions expérimentales
Étude expérimentale Conditions expérimentales Excitation flash (surface du plâtre) Excitation avec panneaux rayonnants à gaz Flux déposé sur la surface: 500W.m-2 Temps d’excitation : 180s Échantillon isotherme en équilibre thermique avec le milieu extérieur Acquisition d’images thermiques Camera Agema 489 LW Fréquence d’acquisition: une image toutes les 30s L’estimation des paramètres nécessite le parcours de plusieurs étapes (structurées comme il suit: …) Tout d’abord, cet étude nécessitait un support expérimental de laboratoire afin d’étudier les problèmes et de valider les solutions proposées.

24 Défaut situé en partie courante
Étude expérimentale Défaut situé en partie courante Défaut de 2cm de large Image thermique à t=60s L’étude expérimental est réalisé sur la maquette d’un cloison qui présente au centre un défaut d’isolation. La maquette consiste de : (description des couches). La surface analysée de la maquette est représenté par la face avant. Les déperditions thermique sur la surface sont étudiés pour deux niveaux de puissance du film chauffant: dans un premier cas, la puissance du film est de 24W/m², et une thermogramme de la surface, réalisée dans ce cas d’étude, est présenté dans cette image. Dans le deuxième thermogramme on visualise un information sur le champ de température dans le deuxième cas d’étude, où la puissance du film est deux fois plus importante. Dans les images infrarouges, on peut remarquer la présence de plusieurs régions. Dans chaque image, au coin supérieur gauche on remarque la présence d’un miroir, au centre – la surface du défaut d’isolation et puis des éléments faisant partie de l’instrumentation de la maquette: un flux mètre dont on change sa position et deux thermocouples des surface permettant d’effectuer des mesures ponctuelles de température respectivement dans la zone du défaut et dans la partie supérieure de la maquette, sans défaut. Les deux lignes verticales indiquent la position des profiles analysées au cours de cette présentation. Les thermogrammes sont prises en régime stationnaire. Deux objectifs sont utilisées: un objectif grand angle 45° x 34°. Par construction, la caméra est munie d’un objectif standard 24° X 18°. Défaut de 2cm de large Image thermique à t=270s

25 Défaut à proximité d’un refend
Étude expérimentale Défaut à proximité d’un refend Défaut de 5cm de large Image thermique à t=60s L’étude expérimental est réalisé sur la maquette d’un cloison qui présente au centre un défaut d’isolation. La maquette consiste de : (description des couches). La surface analysée de la maquette est représenté par la face avant. Les déperditions thermique sur la surface sont étudiés pour deux niveaux de puissance du film chauffant: dans un premier cas, la puissance du film est de 24W/m², et une thermogramme de la surface, réalisée dans ce cas d’étude, est présenté dans cette image. Dans le deuxième thermogramme on visualise un information sur le champ de température dans le deuxième cas d’étude, où la puissance du film est deux fois plus importante. Dans les images infrarouges, on peut remarquer la présence de plusieurs régions. Dans chaque image, au coin supérieur gauche on remarque la présence d’un miroir, au centre – la surface du défaut d’isolation et puis des éléments faisant partie de l’instrumentation de la maquette: un flux mètre dont on change sa position et deux thermocouples des surface permettant d’effectuer des mesures ponctuelles de température respectivement dans la zone du défaut et dans la partie supérieure de la maquette, sans défaut. Les deux lignes verticales indiquent la position des profiles analysées au cours de cette présentation. Les thermogrammes sont prises en régime stationnaire. Deux objectifs sont utilisées: un objectif grand angle 45° x 34°. Par construction, la caméra est munie d’un objectif standard 24° X 18°. Défaut de 5cm de large Image thermique à t=330s

26 Conclusions(2) La thermographie stimulée permet la détection de différents types de défauts défaut en partie courante d’un complexe isolant défaut situé à la proximité d’un refend En perspective: étendre l’analyse à d’autre types de défauts et d’autre procédée d’isolation étudier les possibilités de caractérisation dimensionnelle et thermophysique offertes par ce mode d’analyse En conclusion, on constate la concrétisation d’une méthode de quantification de déperdition thermiques dues aux défaut d’isolation par thermographie IR. Afin d’arriver à ce résultat plusieurs aspects déterminants ont été abordée. D’abord, l’analyse des distorsions engendrées par la mesure. Cette analyse nous a permis de proposer une méthode de restauration locale du signal afin de corriger, le plus possible ces distorsions. Un aspect non-négligéable qui reste à être résolu, est la restauration de l’intégralité de l’image tout en tenant compte de l’évolution de la fonction de transfert de la caméra dans son champs de vision. D’autre part, lors du diagnostique du bâtiment on cherche des défauts d’isolation qui s’expriment sous la forme de différentes régions dans l’image ir. Au problème complexe d’extraction des régions correspondant aux défaut nous avons répondu par l’étude des méthodes performante de segmentation d’image. Le detecteur de Canny est incontestablement très performant pour le détection des contours mais cette approche contour conduit a une solution très couteuse en temps afin d’atteindre l’objectif final : l’extraction des régions. Cette objectif est atteint directement par un approche région où la LPE guidé semble d’être la meilleure choix. En perspective on peut espérer à une automatisation du processus de segmentation qui aujourd’hui à besoin d’une information a priori introduit par l’acteur utilisateur. Cette automation semble être possible par une analyse multi-échelle de l’image. Une méthode de correction du champ de T° fondée sur l’utilisation du miroir à été proposée. Nous avons constaté une amélioration importante de mesure de T° dans les deux cas expérimentales étudiés. La qualité de la correction du champs de température dépende de la valeurs de la température moyenne de l’environnement estimé sur la surface du miroir. Suite a l’analyse comparative nous avons constaté, dans les cas d’un faible écart de T° parois-air, une mauvaise estimation de la température moyenne de l’environnement exprimée par une sous-estimation de l’amplitude des échanges radiatifs. Ceci peut s’expliquer probablement par le passage successive flux- température qui engendre une amplification de l’erreur d’estimation. Le résultat obtenu suite au calcul d’incertitude confirme cette réflexion et on considère que une amélioration de la mesure de T° et de l’estimation des échanges raditifs sera obtenu par un étalonnage de la caméra en flux. Aujourd’hui, nous sommes capables de faire une estimation du flux total échangé par une surface, en convection naturelle, avec une erreur maximale de 15% pour un niveau de flux relativement important de 48W/m². Pour des faibles flux, l’incertitude est plus importante, d’environ 30%. Evidement, il est nécessaire d’approfondir le problème de l’estimation des échanges convectifs. Aujourd’hui il reste encore à déterminer l’approche vers une meilleure estimation du coef de conv. Est-ce qu’une corrélation pourra faire mieux qu’un modèle dans le cas des surface qui présente des défaut thermique ? De toute manière on envisage une amélioration du modèle von Karman afin de prendre en compte un régime d’écoulement turbulent dans la couche limite. La question finale qu’on doit se poser est ou somme nous aujourd’hui par rapport à l’objectif initial de l’estimation des déperditions du au défaut. Je considère que nous sommes arriver sur le point de proposer une méthode et de ce point de vue on se retrouve à la fin d’une étape. On se trouve au débute d’une autres : au début d’une étude probablement poussée de validation de la méthode proposée.

27 Merci de Votre Attention

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29 Corrélations semi-empiriques
Estimation du coefficient de convection Corrélations semi-empiriques Eckert et Jackson (Bejan) domaine : 10-1 < Rax < 1012 type : locale géométrie : plaque plane verticale C.L.: température constante Clim 2000 domaine : non précisé type : globale géométrie : non précisé Awbi domaine : 9x109 < Gr < 6x1010 géométrie : enceinte fermée C.L.: densité de flux constante Une démarche classique pour évaluer les coeff de conv est basée sur les corrélation semi-empiriques. Nous avons retenu trois corrélations. Mais aucune des trois ne correspond exactement à notre cas d’étude . La première est une corrélation académique classique. Elle est obtenu suite à une formulation analytique et une calage des coefficients dans le cas d’une plaque plane verticale isotherme. Cette corrélation à l’avantage de donner un coefficient local de convection. La deuxième est une corrélation classique dans le domaine technique de la thermique du bâtiment. Elle fait penser à une corrélation valide en régime turbulente. La troisième est un essaie de prise en compte du fait qu’on se trouve non plus sur une plaque plane, mais dans une enceinte fermé. (pause) Etant donné les conditions expérimentales on aurait pu penser tester la corrélation classique en régime laminaire. (pause) Mais nous avons préféré reprendre l’analyse qui conduit a cette corrélation en tenant compte de l’évolution de T° au long de surface de la maquette.

30 Modèle von Karman Hypothèses: Approximation Boussinesq
Estimation du coefficient de convection Modèle von Karman Hypothèses: Convection naturelle Écoulement stationnaire et laminaire dans la couche limite Dissipation visqueuse négligeable Paramètres thermophysiques et thermodynamiques constants Approximation Boussinesq Condition limite à la paroi champ de température non-uniforme Solution von Karman-Pohlhausen Ceci est possible par la méthode von Karman –Pohlhausen basée d’une part sur une analyse de similitude des profils de température et de vitesse en couche limite laminaire et d’autre part sur l’intégration des équation de la quantité de mouvement et de l’énergie sur l’épaisseur de la couche limite. La solution a été obtenue par l’intégration numérique. Le modèle von karman permet la prédiction de l’épaisseur de la couche limite , du facteur d’accroissement de la vitesse en couche limite laminaire et évidement la prédiction de la valeur locale du coefficient de convection. Les résultats correspondant à l’estimations du coefficients de convection par ces différentes méthodes vont être présentées dans la partie analyse de résultats.