TECHNIQUE DE MESURE ET DE RÉGULATION  
Install Magazine 944 – octobre 2017

Les secrets d’un bonne image thermique

Similitudes entre photographie et thermographie

Au cours des dernières années, les caméras thermiques se sont répandues dans de nombreux milieux professionnels. Elles sont faciles à manipuler et permettent de prendre rapidement des images thermiques. Par ailleurs, les images peuvent facilement être annexées à des rapports afin de conserver les preuves du travail effectué et de tous les défauts ou écarts identifiés, notamment dans le cadre d’une inspection d’installation électrique ou d’un bâtiment. Toutefois, on oublie souvent que pour constituer un élément de preuve, voire une preuve à part entière, devant les tribunaux, une image doit respecter un certain nombre de critères : un rapide instantané ne les satisfait pas. Ainsi donc, qu’est-ce qui caractérise vraiment une image thermique de qualité ?

Contexte

Au cours des exercices pratiques organisés au sein des classes de formation en thermographie que nous dispensons, nous n’arrêtons pas de constater à quel point il est difficile pour certains participants de trouver le réglage optimal de la caméra pour les différentes tâches. Tout le monde n’a pas d’expérience, par exemple, en photographie amateur (la prochaine section apporte plus de précisions sur la différence entre thermographie et photographie) et il est nécessaire de disposer d’une certaine connaissance de la photographie, notamment de sa mise en pratique, pour prendre une image thermique de qualité avec laquelle il est possible de travailler. De ce fait, il n’est pas très surprenant que les thermographes, en particulier ceux qui n’ont pas suivi de formation, produisent régulièrement des rapports dont les images thermiques ne veulent rien dire, voire étayent les mauvaises conclusions et ne sont bonnes qu’à être jetées. Malheureusement, de tels rapports ne circulent pas que dans des entreprises où la thermographie est plutôt accessoire, mais aussi dans des enterprises où ces rapports peuvent faire partie d’une surveillance de processus ou d’un programme de maintenance qui revêtent un caractère essentiel. Deux principales raisons peuvent expliquer ce phénomène : soit les utilisateurs ne savent pas ce qu’est une image thermique de qualité ou comment la prendre, soit la tâche n’est pas effectuée correctement pour une raison que nous ignorons.

Une image de qualité

Étant donné que la thermographie et la photographie sont liées, il est judicieux de se pencher sur ce qui est important pour les photographes professionnels. Comment définissent-ils ce qu’est une image de qualité?

Les trois éléments les plus importants à considérer sont les suivants :

1. Une image doit toucher l’observateur d’une manière ou d’une autre. Elle doit donc sortir de l’ordinaire, être marquante ou unique, et susciter de l’intérêt et, selon le genre, faire naître des émotions.

2. La composition et l’équilibre doivent être harmonieux ; la précision de l’image et son contenu doivent s’accorder sur le plan esthétique.

3. L’éclairage doit être intéressant, comme les éclairages en contre-jour ou de côté qui projettent des ombres spectaculaires, la lumière du soir ou d’autres éclairages attrayants ; tout ce qui correspond à l’effet général voulu par le photographe.

Dans quelle mesure ces notions peuvent-elles s’appliquer à la thermographie ?

Dans le domaine de la thermographie, le motif doit également être intéressant. En d’autres termes, nous avons pour objectif de représenter un objet ou son état. Les émotions ne sont pas nécessaires ; les faits prévalent dans les images thermiques (à supposer qu’elles ne constituent pas un projet artistique !). Dans le travail quotidien, il est important d’illustrer les profils thermiques avec netteté et de faciliter les mesures de température. L’image thermique doit également présenter un niveau de précision convenable et montrer l’objet avec une taille et une position appropriées.

Sans éclairage externe, il n’est pas possible de prendre une vue ni une photographie, car c’est de la lumière réfléchie que nous voyons avec nos yeux ou que nous capturons à l’aide d’une caméra. En thermographie, la caméra enregistre à la fois des rayonnements émis et des rayonnements réfléchis. Par conséquent, l’intensité du rayonnement infrarouge, émis à la fois par l’objet et par le milieu environnant, met en jeu d’importantes interactions. La luminosité et le contraste de l’image sont alors réglés en modifiant l’intervalle de température affiché. La comparaison entre la photographie et la thermographie peut se résumer dans un tableau avec quelques mots-clés :

Photographie Thermographie

Motif intéressant L’objet à examiner

« Récit d’une histoire » « Présentation de faits »

Plaisir esthétique Profils thermiques nets

Émotion Objectivité

Précision de l’image Précision de l’image

Mise au point Mise au poin

Éclairage Émission et réflexion?

Luminosité Luminosité

Contraste Contraste

À l’instar de la photographie, la thermographie offre d’innombrables possibilités en termes de modification d’image, à condition qu’elles soient enregistrées en tant qu’images radiométriques. Toutefois, il n’est pas possible de modifier tous les paramètres et de corriger toutes les erreurs d’image.

Les trois points invariables: la base d’une image de qualité

Mise au point

Une image thermique professionnelle est toujours nette et précise. L’objet et le profill thermique doivent aussi être clairs et faciles à identifier. Une image floue, non seulement montre un certain manque de professionnalisme et complique l’identification de l’objet et des defauts éventuels (voir Figure 1 ), mais elle peut aussi entraîner des erreurs de mesure (voir Figure 2 ) qui s’accroissent à mesure que la taille de l’objet à mesurer diminue. Même si tous les autres paramètressont correctement réglés, il est très probable que les valeurs de mesure issues d’une image thermique floue soient incorrectes. Bien sûr, la taille de la matrice de détection joue également un rôle dans la qualité de l’image. Les images prises par des caméras à petit détecteur (c.-à-d. moins de pixels) sont plus floues, avec «plus de grain », et donnent l’impression que la mise au point n’a pas été effectuée (voir Figure 3).

Il convient également de noter que toutes les caméras ne permettent pas d’effectuer une mise au point, auquel cas le seul moyen de régler la distance totale est de modifier l’éloignement entre la caméra et l’objet.

Plage de température

Pour les caméras portables à microbolomètre non refroidi, l’« exposition » est principalement prédéfinie par la fréquence des images. Il n’est donc pas possible de choisir pendant quelle durée, ni par conséquent dans quelle mesure, le détecteur reçoit le rayonnement. Par conséquent, il faut sélectionner une plage de température qui corresponde à la quantité de rayonnement incident. Si la plage de température sélectionnée est trop basse, l’image sera sursaturée, car les objets chauds émettent plus de rayonnement infrarouge que les objets froids. Si la plage de température est trop élevée, l’image thermique sera « sous-exposée » comme le montre la Figure 4.

Pour prendre une image ou mesurer une température, il faut sélectionner la plage de température la plus basse disponible sur la caméra. Cependant, la température la plus élevée présente sur l’image doit également faire partie de cette plage (voir Figure 5 ). Selon le modèle de caméra et les options de configuration, les zones surexcitées et sous-excitées peuvent être affichées avec des couleurs contrastées.

Précision de l’image et distance par rapport à l’objet

L’éclairage en photographie correspond en thermographie à l’action cumulée du rayonnement émis par l’objet et du rayonnement réfléchi du milieu environnant. Ce dernier est indésirable, car les réflexions perturbatrices, ou provoquant à tout le moins des taches, doivent être évitées. Pour ce faire, il faut prendre les images dans un endroit adapté. Il est également conseillé de choisir un endroit où l’objet d’intérêt est bien entièrement visible. Ce point peut paraître évident, mais dans le secteur du bâtiment, par exemple, il arrive souvent que, dans les rapports, les tuyaux ou les fenêtres à étudier soient cachés par des canapés, des plantes d’intérieur ou des rideaux. La figure 6 illustre cette situation qui arrive bien trop fréquemment.

Il est également important que l’objet à étudier ou ses zones d’intérêt occupent l’ensemble de l’image thermique, en particulier lorsqu’il s’agit de mesurer de petits objets. Pour obtenir de bonnes mesures de température, l’objet doit occuper l’intégralité de l’outil point. Dans de telles situations, il faut soit réduire la distance à l’objet (se rapprocher !), soit utiliser un téléobjectif (voir Figure 7), car le champ de vision et, par conséquent, la taille du point de mesure dépendent à la fois de la distance à l’objet et de l’optique de la caméra.

Les points variables: optimisation de l’image et mesure de la température

Niveau et gain

Après avoir choisi la plage de température appropriée, vous pouvez régler le contraste et la luminosité de l’image thermique en modifiant les intervalles de température affichés. En mode manuel, les fausses couleurs disponibles dans la palette peuvent être attribuées aux températures de l’objet d’intérêt. On parle souvent de « réglage thermique ». En mode automatique, la caméra définit les températures apparentes les plus froides et les plus chaudes de l’image comme les limites supérieure et inférieure de l’intervalle de température en cours d’affichage.

Une mise à l’échelle correcte, ou adaptée au problème, de l’image thermique constitue une étape importante de l’interprétation de l’image. Malheureusement, elle est souvent sous-estimée (voir Figure 8).

Palettes et isothermes

Les palettes représentent les intervalles ayant les mêmes températures apparentes à l’aide de différents jeux de couleurs. En d’autres termes, elles représentent des intensités de rayonnement particulières par des couleurs propres à une palette donnée. Les palettes de gris, de fer et d’arc-en-ciel sont parmi les plus fréquemment utilisées (voir Figure 9 ). Les tons de gris sont particulièrement adaptés au traitement des petits éléments géométriques. Par contre, ils sont moins pratiques pour afficher de petites différences de température. La palette de fer est très intuitive et facile à comprendre pour les personnes peu expérimentées en thermographie. Elle offre un bon équilibre entre la résolution thermique et la résolution géométrique. La palette arc-en-ciel est plus colorée et varie entre des couleurs claires et des couleurs sombres. Le contraste est ainsi accru, mais l’image peut se retrouver bruitée avec les objets présentant plusieurs surfaces ou de nombreuses températures.

L’isotherme est une fonction de mesure qui affiche un intervalle donné de même température apparente, ou intensité de rayonnement, avec une couleur différente de la palette. Cette fonction vous permet d’accentuer des profils de température sur l’image (voir Figure 10 ).

Paramètres objet

Comme nous l’avons vu, la qualité des images thermiques dépend de la technique utilisée par le thermographe et du choix des réglages, puis il est possible de modifier l’aspect visuel des images radiométriques enregistrées en les éditant. Cependant, il est également possible de modifier les paramètres pertinents pour le calcul des températures. L’émissivité et la température apparente réfléchie peuvent donc en pratique être modifiées après coup. Si vous remarquez que ces paramètres ont été mal réglés ou si vous voulez ajouter de nouveaux points de mesure, les valeurs de mesure de température seront calculées, ou recalculées, en fonction des modifications (voir Figure 11 ).

Conseils pratiques pour la prise d’images

La liste suivante présente quelques conseils pratiques. Toutefois, veuillez noter qu’il ne s’agit pas d’une description exhaustive de la procédure d’imagerie thermique.

• Assurez-vous que la caméra enregistre des images radiométriques.

• Choisissez un endroit adapté pour prendre des images :

* Observez les conditions de rayonnement.

* Vérifiez que l’objet est clairement visible et qu’il s’affiche avec une taille et une position appropriées.

* Si vous modifiez l’émissivité, surveillez la plage de température et assurez-vous qu’elle reste appropriée.

• Mise au point.

• Utilisez un trépied afin de limiter les mouvements de l’appareil.

• Effectuez le réglage thermique.

• Notez la description de l’objet, sa taille, la distance réelle, les conditions ambiantes et les conditions opératoires.

Il est plus facile de modifier l’image thermique lorsqu’elle est enregistrée ou « gelée » (dans «Aperçu»). De plus, vous pouvez quitter les zones dangereuses immédiatement après avoir pris l’image, car il n’est pas nécessaire de tout effectuer sur place. Si possible, prenez un peu plus d’images que nécessaire, notamment avec des angles de vue différents. Il vaut mieux en prendre trop, plutôt que trop peu ! Vous pourrez par la suite choisir posément les meilleures images.

Conclusion

Pour réussir à prendre une image thermique, il n’y a pas besoin de magie. Il suffit d’une bonne technique et d’un travail sérieux. Parmi les points évoqués, nombreux sont ceux qui peuvent paraître triviaux, ne présentant « rien de neuf », particulièrement aux photographes amateurs. Bien sûr, le matériel nous aide de plus en plus à prendre des images nettes. Des caméras de meilleure qualité, c.-à.-d. en haute définition, permettent une localisation rapide des anomalies, y compris les petites, et sans fonctionnalités de mise au point, il est toujours difficile de prendre une image nette. Toutefois, les caméras haut de gamme, si elles sont mal utilisées, ne garantissent pas la qualité des images. Pour réussir un travail professionnel de qualité, la base est l’éducation et la formation en thermographie, l’échange des connaissances avec d’autres thermographes et, bien entendu, l’expérience pratique.

Rédaction: Flir

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