Comment fonctionne une caméra thermique ?

Quel est le principe de fonctionnement d'une caméra thermique ?
Quels sont les domaines d'applications d'une caméra thermique ?
Quelles sont les caractéristiques d'une caméra thermique ?

Également appelée caméra d’imagerie thermique ou imageur thermique, une caméra thermique est un instrument utilisé pour réaliser une analyse thermographique. Elle transforme la chaleur provenant d’un corps, un objet, ou une surface, en une représentation visible en temps réel.

Quel est le principe de fonctionnement d'une caméra thermique ?

Une caméra thermique détecte et enregistre les rayonnements infrarouges, issus de l’énergie thermique émise par différents corps. Les signaux captés sont ensuite convertis en image thermique, appelée thermogramme, illustrant les différences de températures détectées.

Son principe de fonctionnement est basé sur différents éléments. Le système optique de la caméra, représenté par l’objectif photographique, permet de filmer ou de photographier la scène à étudier. Le premier contact avec les rayonnements thermiques se passe à ce niveau.

Le détecteur ou capteur infrarouge se charge de capter les signaux thermiques émis. Les modules de traitement de signaux convertissent ensuite les ondes de chaleur en signaux électroniques, pour produire la représentation visuelle des variations de rayonnements.

Le rendu de l’analyse est affiché sur un écran numérique. Les différences de températures y sont illustrées sous la forme d’une échelle de couleur, allant généralement du bleu pour les températures froides, au rouge pour les températures chaudes.

Les caméras thermiques peuvent disposer de certaines particularités selon leur configuration. Équipés d’un laser de visée, ils peuvent assurer une grande précision de prise de vue. Cela permet notamment d'observer si les dispositifs de sécurité thermique fonctionne correctement comme les soupapes de sûreté thermique double. Dotés d’un objectif grand-angle, ils permettent un cadrage large. Parfois, les caméras sont conçues avec une connectivité Wi-Fi, pour faciliter le partage de données. D’autres, pourvus d’une interface tactile se commandent plus facilement. Ceux avec disque dur intégré autorisent la conservation d’un grand stock de données.

Certaines caméras d’imagerie thermiques sont désormais capables de filmer en image numérique, et d’y ajouter une image thermique. Les spécialistes de la thermographie sont même parvenus à créer des imageurs thermiques, pouvant être couplés à des appareils digitaux comme les Smartphones et les ordinateurs. Cela concerne notamment les caméras thermiques Smartphones. Les caméras thermiques drones, quant à elles, s’installent sur un drone pour obtenir un meilleur cadrage.

Fonctionnement d'une caméra thermique à capteur refroidi

Une caméra thermique à capteur refroidi dispose d’un capteur infrarouge à système cryogénique. Cette technologie sert au refroidissement du détecteur, permettant de réaliser des mesures sûres, fiables et précises. Grâce au procédé de cryogénie, le détecteur évite d’être ébloui par sa propre émission infrarouge.

La caméra thermique à capteur refroidi a l’avantage d’offrir une image d’excellente qualité, même dans des conditions extrêmes. Le matériel est très sensible aux différences de température, et autorise des opérations d’identification sur une grande portée.

Toutefois, ce modèle de caméra thermique s’avère beaucoup plus encombrant, que les versions non refroidies. Il est aussi plus coûteux. Et les modules de cryogénisation s’usent très facilement à cause de l’émission d’hélium.

Fonctionnement d'une caméra thermique à capteur non refroidi

Une caméra thermique à capteur non refroidi est doté d’un faible niveau d’encombrement, soit facilement maniable. Son usage est donc très approprié pour des activités nécessitant un besoin accru de déplacements, comme lors d’une opération militaire.

La caméra thermique à capteur non refroidi peut également fonctionner sur une grande portée. Elle s’avère nettement moins onéreuse que la version refroidie. Sa durée de vie est aussi plus longue, car elle comporte peu de pièces à renouveler.

Toutefois, cet instrument offre moins de précision et de performances que le modèle précédent, en matière de détection de variations thermiques. La qualité de l’image thermique obtenue est également moins bonne.

Voir nos produits caméras thermiques

Quels sont les domaines d'applications d'une caméra thermique ?

Pour des applications dans le bâtiment

Dans le bâtiment, les caméras d’imagerie thermique sont utilisées pour surveiller et diagnostiquer l’état d’un édifice. Elles permettent de repérer facilement les défaillances habituelles d’une bâtisse, notamment :

les pertes d’énergie et les fuites d’air, causées par des défauts d’isolation
les infiltrations d’eau dans les murs, intérieurs et extérieurs. L'utilisation d'une caméra thermique pour les fuites d'eau permet une identification précise des zones concernées.
les soucis au niveau des installations électriques

La camera thermique bâtiment est aussi capable de déceler des problèmes moins récurrents, comme des ponts thermiques, ou des ruptures de canalisation d’eau chaude et de chauffage.

Pour des applications industrielles

L’usage d’une caméra thermique professionnelle est idéal pour la maintenance préventive en industrie. Cet instrument permet de détecter rapidement des modules défectueux, afin de pouvoir entreprendre à temps, les mesures nécessaires. Dans le domaine de l’industrie, les caméras thermiques peuvent servir au contrôle des :

Installations électriques : Un seul élément défaillant dans le réseau électrique d’une usine peut suffire pour provoquer une interruption générale des machines. L’utilisation d’une caméra thermique permet d’identifier rapidement la panne, afin d’éviter de graves risques d’incendie, et des arrêts prolongés de la ligne de production.
Installations mécaniques : L’inspection au moyen des caméras d’imagerie thermique est essentielle dans le cadre de la surveillance et de la maintenance mécanique en industrie. Elles permettent une détection précoce des dommages potentiels des matériels, comme une surchauffe au niveau du groupe moteur, assurant la sécurité et la fiabilité des installations.
Processus de production : Les caméras thermiques servent au contrôle de la continuité de la production d’énergie, en quantité suffisante, pour l’alimentation des matériels.

Pour des applications dans le secourisme

Les caméras thermiques s’utilisent en secourisme, pour localiser des personnes vivantes, ou mortes, victimes d’un sinistre :

En cas d’incendie, la caméra permet aux secouristes de trouver rapidement des victimes enfouies, sous les décombres du bâtiment ou des palplanches.
En cas de naufrage, le matériel sert à faciliter les travaux de recherche des hommes en mer.
En cas d’accident routier, il est utilisé pour chercher un corps qui a été éjecté en dehors du véhicule au cours de l’imprévu.

Pour des applications maritimes

Ces équipements accompagnent souvent les marins, durant leur voyage. Ils trouvent aisément leur place sur les navires commerciaux, les yachts, les paquebots, ou bien sur les bateaux de production, de pêche, ou de croisière. Les caméras thermiques pour applications maritimes permettent de détecter plus facilement les autres bateaux, les icebergs, ou des déversements d’hydrocarbures qui flottent. Cela réduit les risques d’accident maritime. Ils aident aussi les navigateurs, à mieux s’orienter dans l’obscurité de la nuit.

Pour des applications domestiques

Les caméras thermiques peuvent assurer de nombreuses fonctions dans un logement particulier. Elles permettent de :

vérifier l’isolation du bien, à l’aide d’une camera thermique isolation, en détectant facilement les déperditions de chaleur, dues à des portes et fenêtres mal isolées
prévenir d’éventuels cas de surchauffe électrique, pouvant entraîner le dysfonctionnement des installations et équipements alimentés en électricité, comme les télévisions, les ordinateurs ou les réfrigérateurs
repérer un intrus, discrètement caché derrière les plantes de son jardin, en pleine nuit.

Les adeptes de la chasse les utilisent pour les accompagner dans leur activité. La caméra thermique chasse ou caméra infrarouge chasse est effectivement très efficace pour le repérage des gibiers.

Quelles sont les caractéristiques d'une caméra thermique ?

Le champ de visée

Le champ de visée Horizontal et Vertical ou FOV : Il s’agit du degré d’angle de visée que la caméra est en mesure de fournir. En sachant que la taille de l’image thermique dépend grandement de la distance entre la caméra et les points observés. Il est alors recommandé d’opter pour un matériel avec une grande ouverture d’angle, permettant de mieux distinguer les objets assez éloignés du système optique.
Le champ de visée instantané ou IFOV : Il représente le plus petit signal que la caméra peut détecter. Plus l’IFOV est petit, plus la résolution de la caméra est élevée. Il est donc préconisé de choisir une caméra avec le plus faible niveau d’IFOV possible.

La résolution

La résolution d’une caméra est indiquée par le nombre de pixels du capteur. Plus celui-ci est élevé, meilleure est la résolution. À l’image d’une caméra numérique, les matériels à haute résolution sont à privilégier. Ils reproduisent un maximum de détails sur l’image thermique. Ils sont du moins quelque peu coûteux.

La sensibilité thermique

La sensibilité thermique concerne la capacité de la caméra à détecter les différences de températures, avec la plus grande précision possible. Plus la sensibilité de la caméra est faible, meilleure est la capacité de détection des variations. Ce critère est très important, au moment où les écarts de températures sur une même scène sont faibles.

La plage de température

L’efficacité d’un imageur thermique se détermine selon sa capacité à couvrir un large éventail de niveaux de température. Pour un usage industriel, les caméras doivent être capables de mesurer des températures très élevées, pouvant dépasser les 1 000 °C. Sinon, une plage de -30 à 350 °C peut suffire.

La mise au point

La netteté de l’image obtenue dépend du système de mise au point de la caméra thermique. Avec les modèles à mise au point fixe, l’utilisateur réalise l’ajustement selon sa position par rapport à la scène à étudier. Les versions manuelles peuvent être réglées manuellement depuis l’appareil. Et les matériels dotés d’un système de réglage automatique se configurent automatiquement.

Les accessoires

Pour commencer, il est essentiel de bien choisir le système optique, avec lequel fonctionne la caméra. Il peut s’agir d’un objectif standard, grand-angle, macro ou d’un téléobjectif. Les équipements dotés d’un objectif interchangeable sont conseillés. Ils offrent un niveau de polyvalence optimal, en adaptant le champ de vision à l’utilisation.

Le système d’enregistrement des données fait également partie des principaux paramètres à tenir compte lors du choix d’une caméra thermique. La mémoire interne du matériel peut parfois s’accompagner d’un support externe, comme une carte SD amovible ou une clé USB. Il arrive que le dispositif d’analyse thermographique ne dispose pas d’un module de stockage intégré. Dans ce cas, les données recueillies sont directement partagées avec d’autres supports.

HelloproDécouvrez d'autres guides expert