etat de l`art et évolutions récentes en thermographie

Thermogram’2003
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ETAT DE L'ART ET ÉVOLUTIONS RÉCENTES EN
THERMOGRAPHIE
Dominique PAJANI
Institut de la Thermographie
1, rue des Vergers
F-91370 VERRIERES LE BUISSON (PARIS)
tél. : 01 64 47 18 69
E-mail : [email protected]
Résumé. Ce document rassemble les évolutions des caméras de thermographie de terrain depuis la
dernière édition des Journées d’études Thermogram (fin 2001), et fait le point sur l’évolution dans
les domaines de la normalisation, la qualification et la certification des opérateurs. Nous
présenterons donc la tendance de l’ouverture du marché vers les caméras d’entrée de gamme en
faisant le tour du marché-fournisseurs, marché présentant une croissance très intéressante. Nous
donnerons quelques grandes lignes sur la qualification actuelle des opérateurs en France (nous
aurons plus de détails avec la conférence de M. Tholliez), et indiquerons l’état d’avancement des
normes de thermographie ainsi que des certifications dans les secteurs industriels et aéronautiques.
Nous répèterons encore et encore que la thermographie n’est pas principalement (et de loin) une
méthode de contrôle non destructif (CND) ce qui implique que les normes applicables aux formation
des opérateurs ne relèvent pas de la norme EN 473.
Sénart, 27 et 28 novembre 2003
Journées d’études de thermographie instrumentale et industrielle
Thermogram’2003
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1. PRESENTATION DU MARCHE FOURNISSEURS (ETAT EN
OCTOBRE 2003).
Dans notre cadre, nous appellerons « thermographie » la technique de mesure des températures
(répartition spatiale et/ou temporelle). Nous laisserons la terminologie d’imagerie thermique à la simple
imagerie, qui n’est pas l’orientation principale de ces Journées d’Etudes.
La norme de thermographie indique, en termes différents de ceux-ci, que l’appareillage approprié de
thermographie fournit une image thermique en provenance d’une scène thermique et que cette image
thermique peut être uni ou bi-dimensionnelle. Nous nous en tiendrons ici aux appareils donnant une
image au sens classique de représentation bi-dimensionnelle.
Par ailleurs, s’agissant de la première journée (maintenance et contrôle de produits et de procédés),
nous ne considérons que les appareillages destinés au terrain, donc normalement et en très grande
majorité, orientés vers les applications de maintenance et de prévention. Dommage que nous ne
traitions pas les caméras scientifiques ou prétendues telles, ce qui ferait, mais ne fera pas, l’objet
d’une conférence en seconde journée de ce congrès, journée consacrée aux applications de la
thermographie en laboratoire. Gageons que Thermogram’2005 pourra aborder le sujet plus largement
après la fusion annoncée pour le début 2004 entre FLIR SYSTEMS et INDIGO, pratiquement le seul
fabricant actuel de caméra radiométrique à usage de laboratoire.
Pour qu’un appareil soit appelé « caméra de thermographie de terrain », nous définissons qu’elle doit
posséder, sans considérations de la qualité :
les éléments de base indispensable que l’on regroupe communément sous l’appellation d’imageur
thermique (avec viseur ou écran), avec une résolution thermique apte à l’usage sur des scènes à
température ordinaire rencontrées en maintenance et prévention (donc meilleure qu’environ
0,3°C sur cible à 30°C) ;
une unité intégrée de transcription en température (terminologie normalisée) avec quelques
fonctionnalités de base comme l’entrée des valeurs des grandeurs d’influence (émissivité et
température d’environnement), le cadrage thermique et la lecture de valeur de températures ;
une unité de stockage des images (qu’il soit sous forme intégrée et relisible par une
communication vers un PC, ou sous forme de mémoire extractible destinée à être relue sur un
PC.). Il ne sera pas considéré ici si cette unité de stockage est un enregistreur d’images
thermiques (ou de cartes de luminances) ou un enregistreur de thermogrammes. Cette
distinction, très importante dans la philosophie de la mesure thermographique et en particulier
dans les interventions sous D19 sera abordée par M. Allain Lesieur dans la présentation des
buts de l’Association Française de Thermographie.
Nous ne retiendrons pas le critère de disponibilité du matériel en France et nous ne garantissons pas
l’exhaustivité de cette présentation à l’instant de la rédaction de ce texte. C’est néanmoins une image
du marché-fournisseurs que nous considérons comme fiable. Mais comme les distributeurs tentent des
incursions de ci de là, le marché peut proposer des caméras présentées ici comme « non disponibles en
France » ou nous sortir de nouvelles caméras du « chapeau » à chaque instant.
Pour cataloguer les nouveaux appareillages, nous porterons une attention particulière à la tendance du
marché- fournisseurs qui est actuellement de proposer, dans une gamme plus ou moins complète ou
seuls, des matériels de coût de plus en plus bas, appareillages simplifiés de caméras existantes ou
nouvelles conceptions en tant qu’appareils d’entrée de gamme. Naturellement, les compétences des
divers matériels ne seront pas les mêmes et conduisent à des distinctions de base, indépendamment
des accessoires ou des gadgets qui peuvent les accompagner.
Sénart, 27 et 28 novembre 2003
Journées d’études de thermographie instrumentale et industrielle
Thermogram’2003
1.1.
DE
NOUVELLES CAMERAS DE THERMOGRAPHIE
320 X 240 (CLASSEMENT ALPHABETIQUE)
DE TERRAIN A MATRICE
non
disponible en France.
FLIR SYSTEMS Thermacam® P60 et
S60 (USA). disponible en France.
FLIR SYSTEMS Thermacam® P40 et
S40 (USA). disponible en France
FLIR SYSTEMS Thermacam P20, P10
(USA). disponible en France
INFRATEC-JENOPTIC
Variocam
(ALLEMAGNE). non disponible en France
ISG Thermal Systems K 6800 Spectra
Scan (ANGLETERRE + CHINE). non
CANTRONIC
IR
860
(Canada).
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disponible en France
NEC MIKRON INFRARED TH 7102MV
et WV 7200 V (USA +JAPON). disponible
NEC MIKRON INFRARED TH 7102MX
et WX 7200 (USA +Japon) disponible en
en France
France
NEC MIKRON INFRARED TH 7102L
(USA +JAPON). disponible en France
disponible en France
Sénart, 27 et 28 novembre 2003
MIKRON INFRARED Midas (USA). non
Journées d’études de thermographie instrumentale et industrielle
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NIPPON AVIONICS INDIGO TVS 700
(JAPON). disponible en France
RAYTHEON LAND INFRARED Palmir
500 DX USA. disponible en France
RAYTHEON LAND INFRARED Palmir
500 D Cyclops PPM+ (USA). disponible en
SAT INFRARED VINCI
(CHINE). disponible en France
HY
6800
France
SAT INFRARED HEMERA HY 6000
(CHINE). disponible en France
THERMOTEKNIX
VisIR
Ti
200
(ANGLETERRE). non disponible en France
THERMOTEKNIX
VisIR
Ti
100
(ANGLETERRE). non disponible en France
WUHAN IR 928 (CHINE). non disponible
en France
WUHAN IR 913 simplifiée de IR 928b
(CHINE). non disponible en France
Sénart, 27 et 28 novembre 2003
Journées d’études de thermographie instrumentale et industrielle
1.2.
DE
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NOUVELLES CAMERAS DE THERMOGRAPHIE DE TERRAIN A
160 X 120 OU INFERIEUR (CLASSEMENT ALPHABETIQUE)
MATRICE
C’est un pléonasme que de parler de caméra de terrain pour ces caméras équipées de matrice de plus
faible dimension.
FLIR SYSTEMS Thermacam® E4 et E2
(USA). disponibles en France
FLIR SYSTEMS Thermacam® ES et EM
(USA). disponibles en France
NFRARED Solutions IR Flexcam (doc pas
claire sur les dimensions de la matrice)
(USA). non disponible en France
INFRARED Solutions IR-Insight (USA).
RAYTEK Ti 30 (USA). disponible en
France
INFRARED Solutions THERMOTEKNIX
Snapshot Thermonitor IR 50 barrette de 120
détecteurs (USA). disponible en France
IRISYS IRI 1011 matrice 16x16
(ANGLETERRE). disponible en France
IRISYS IRI 1001 matrice 16x16
(ANGLETERRE). disponible en France
Sénart, 27 et 28 novembre 2003
non disponible en France
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On aurait pu faire un autre classement de ces caméras :
selon le type et l’origine de détecteurs sur la matrice, ce qui est relativement sans intérêt, à
une exception près ;
selon la valeur d’une autre caractéristique (mais laquelle ?) ;
selon le prix, ce qui est sans intérêt, les prix dépendant de la ténacité respective du client et
du vendeur.
2. COMMENTAIRES ET INFORMATIONS
Notre propos était de montrer que, contrairement à l’idée répandue, le choix est quand même
important en France avec au moins 4 fournisseurs proposant plus d’une dizaine de caméras en 320x240.
Même si toutes ces caméras ne sont pas équivalentes, au moins 4 des « plus complètes » d’entre elles,
de fournisseurs différents, présentent des caractéristiques et des fonctionnalités qu’un mouchoir de
poche peut contenir. Chose que l’on ne pouvait pas énoncer il y a seulement 2 ans. Ceci est dû à la
remontée sérieuse de la compétition, restée figée après les fusions de FLIR SYSTEMS, AGEMA
INFRARED SYSTEMS et INFRAMETRICS en fin des années 1990.
La tendance du marché est désormais de couvrir les applications courantes (maintenance électrique et
mécanique) dans une première approche significative en mettant dans les mains d’un opérateur lambda
un appareil de plus en plus simple, c’est là que se trouve le marché, mais pas encore aux prix actuels.
Les prix que nous avions annoncés en 1997, dans une étude de marché, comme devant être de 50 000
FF (7 600 €) pour 2002 sont arrivés néanmoins à environ 9 000 € avec 2 ans de retard pour la caméra
la plus simple en 160x120. La raison en a été que la fusion rappelée ci-dessus n’était pas imaginée et que
les prix ont donc pu flamber entre 1997 et 2002.
Naturellement, le marché n’étant pas statique et le but étant à la concentration source de profits, on
suivra de nouveau avec un grand intérêt l’annonce de la prochaine fusion entre FLIR et INDIGO (né en
1996 et issue de AMBER), annoncée pour le début 2004, fusion qui amènera FLIR à disposer de ses
propres détecteurs à microbolomètres, d’une gamme de caméras conçues pour le laboratoire et d’une
présence sur le marché mondial pour vendre ces caméras.
La conférence de Mr Tissot présentera la répartition du marché mondial des fabricants de détecteurs
non refroidis.
Actuellement, on peut également affirmer dans les grandes lignes que ces caméras, qu’elles soient à
base de matrice de détecteurs à l’oxyde de vanadium ou de silicium amorphe sont totalement
identiques. Il n’en est pas de même de celles qui sont sur la base de détecteurs BST, de qualité
nettement inférieures aux deux autres (la qualité est une notion complexe en thermographie, nous
l’avons abordée rapidement en 2001 et nous n’y reviendrons pas ici).
Par ailleurs, nous n’avons pas parlé de la NIKON LAIRD 270 (du JAPON) : en effet, son constructeur a
stoppé sa fabrication ainsi que la fabrication de toute la série LAIRD en 2001.
3. NORMES DE THERMOGRAPHIE
Aucun progrès n’a été fait dans les normes françaises de thermographie. Il est possible que l’action
d’acteurs impliqués dans la qualification et la certification des opérateurs, dans l’avenir, demande à
l’AFNOR (Association française de normalisation) une révision de ces normes.
Par contre, des travaux de l’ISO (International Organization for Standardization) en matière de
maintenance préventive de machines (analyse de vibrations) sont en cours avec une participation
française de l’AFNOR. Il semble que des modifications d’organisation aient ressorti la thermographie
comme technique spécifique de maintenance. A la date de ce document, nous n’avons pas pu rassembler
utilement les détails de cette évolution.
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Toujours est-il que cette norme ISO, en cours, et ces normes de thermographie françaises, bien que
placées sous le chapeau « Essais Non Destructifs » (mais la thermographie n’est pas une méthode
d’Essais Non Destructifs dans la très grande majorité de ses applications), ne se situent nullement
dans le cadre de la norme européenne NF EN 473 (Qualification et certification du personnel END)
laquelle se rapporte à la mise en œuvre des méthodes de détection de défauts dans les structures ou
de l’état de santé de la matière constituant ces structures. Les essais non destructifs ne traitent pas
de l’état de fonctionnement d’une machine ni de l’intégrité d’une installation.
Ainsi, il apparaît que la norme ISO en cours, si elle ne concernait que de l’état des machines (par
l’adjonction de la technique thermographique à la technique de mesure vibratoire – laquelle n’est pas
non plus une méthode d’Essais Non Destructifs -) ne serait pas applicable à la majorité des applications
de la thermographie en maintenance et en prévention, à savoir le contrôle des installations électriques.
Résumons-nous sous forme de graphique :
Nous avons fait toutes ces distinctions utiles dans un article référencés en fin de texte mais qui est
peut-être pour partie obsolète à ce jour.
Enfin, nous constaterons avec satisfaction que les Anglais, en cours de procédure de certifications
d’opérateurs en thermographie, font nettement la distinction entre ces deux domaines industriels : la
très majoritaire thermographie destinée à la mesure et la très secondaire imagerie thermique destinée
à l’image thermique en Essais Non Destructifs.
Nous constaterons aussi que les allemands se sont trompés de cheval en enfourchant la EN 473,
parfaitement inadapté à la thermographie industrielle, donc modifiée par leurs soins, avec tous les
problèmes de validité actuelle de ces modifications vis à vis des instances internationales.
4. QUALIFICATION ET CERTIFICATION EN THERMOGRAPHIE
M. Tholliez nous parlera de l’évolution de la Qualification des opérateurs en thermographie appliquée
aux installations électriques et des travaux de certification européenne en cours pour répondre aux
besoins des assureurs, lesquels besoins de prévention vont bien au delà des besoins de la simple
maintenance.
Ainsi, dans la vue future d’une législation ou de règlement visant à imposer le contrôle
thermographique, les opérateurs de thermographie seront tenus d’être qualifiés et certifiés dans le
but de la prévention des risques incendie, arrêt de production et bris de machines, au même titre qu’un
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automobiliste doit disposer d’un permis de conduire délivré par une instance indépendante des
constructeurs automobiles.
Notons à ce propos une phrase très intéressante du dernier Guideline « Certification of
thermographers » de la CFPA (Confederation of Fire Protection Association), confédération
européenne en date d’Août 2003 :
Il sera donc vérifié que les stages de formation des opérateurs n’auront pas été menés par des
représentants de constructeurs.
La prévention se plaçant de plus au dessus de la maintenance, les opérateurs qui désireront une
certification afin d’intervenir en prévention seront tenus de suivre les impératifs annoncés des
assurances (en France le D19), donc d’être formés dans et par des centres indépendants, ce qui
continuera à mettre un peu plus d’ordre dans le paysage thermographique, but de la qualification active
en France depuis 1998.
Il n’est pas étonnant de voir les assureurs agir en amont des organismes traitant de maintenance. Les
enjeux (sécurité des personnes et des biens) de la prévention sont plus hauts placés que ceux de la
maintenance. C’est d’ailleurs pour le même motif d’enjeux que la certification des opérateurs en Essais
Non Destructifs a été instaurée en tout premier lieu et est en cours d’uniformisation au niveau
international dans le domaine de l’aéronautique.
5. CERTIFICATION DES OPERATEURS EN ESSAIS NON
DESTRUCTIFS PAR THERMOGRAPHIE ET EN AERONAUTIQUE
Après un arrêt des travaux pendant presque 18 mois, du fait d’un changement de responsable au sein du
COSAC (Comité Sectoriel Aéronautique de la COFREND, Confédération Française pour les Essais Non
Destructifs), les travaux de certification des opérateurs ont repris en octobre 2003 pour espérer un
début de certification à la mi-2004.
Dans cet enjeu, c’est la norme EN 4179 qui est activée (et non la EN 473), puisqu’il s’agit
d’aéronautique, norme qui sera prochainement fusionnée à la norme américaine NAS 410, toutes les
normes devenant alors identiques au niveau mondial.
On constatera néanmoins que les normes françaises de thermographie initialisées à la demande de
Dassault en 1985, insérées dans le cadre des Essais Non Destructifs, vont enfin être utilisées dans ce
domaine bien spécifique, et seulement en aéronautique, 20 ans après leur démarrage (et plus de 10 ans
après l’homologation de la dernière norme en 1993). C’est dire que les travaux sont longs et que,
pendant que les technologies et les méthodologies évoluent, les normes ne suivent pas nécessairement.
On ne s’étonne donc pas que, tout en connaissant ces normes (ce qu’il faut prouver), on puisse les
critiquer à bon escient et employer un langage clair.
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6. RAPPEL PARTICULIER D’UN LANGAGE CLAIR
Chacun sait qu’un appareillage, quel qu’il soit, introduit une dégradation au signal d’entrée (stimulus)
avant de fournir une réponse.
Sans entrer dans les détails que d’autres conférenciers présenteront mieux que moi-même, on
caractérise l’une de ces dégradations par la fonction de transfert de l’appareil.
En optique, ce qui est le cas de la thermographie, cette fonction de transfert s’appelle la FTM
(fonction de transfert de modulation).
En électronique ou en travail des données par des moyens de calculs, on dispose également d’une
fonction de transfert entre l’entrée (signal fourni par le détecteur) et la sortie (ce qui est affiché sur
un écran ou mesuré par une fonction de calcul).
Il faut bien se rendre compte que à chaque étape de dégradation, le signal est modifié. L’image
thermique n’est pas la copie fidèle de la répartition spatiale des luminances de la scène thermique.
Ceci nous donne globalement :
On peut dire qu’une caméra ou un appareil photo dispose de 320x240 pixels ce qui donne une certaine
information sur la résolution de l’image fournie, mais si l’on parle du senseur ou de la matrice, on ne
peut plus parler de pixels, puisque, par définition intrinsèque, le pixel est un élément de l’image, ce
n’est donc pas un élément de la matrice, donc le pixel n’est pas le détecteur, erreur courante à la fois
chez les vendeurs et chez les fabricants de matrices. Mais il ne s’agit là que de sémantique, dans
d’autres cas, les écarts de langage peuvent aboutir à des propos sans signification, donc insignifiants.
7. CONCLUSION
Nous avons fait le tour du marché fournisseurs pour les caméras thermiques de terrain, et avons
constaté que le nouvel acheteur dispose d’un choix conséquent en France. Nous avons fait un certain
point sur les normes, la qualification et la certification des opérateurs et préciser quelques termes de
langage.
BIBLIOGRAPHIE
Sénart, 27 et 28 novembre 2003
Journées d’études de thermographie instrumentale et industrielle
Thermogram’2003
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ARTICLES :
NORMALISATION, QUALIFICATION, CERTIFICATION EN THERMOGRAPHIE. Situation en France et
Propositions. Dominique PAJANI. Congrès SFO CMOI Trégastel 2001. On retrouvera cet article dans la Revue
MAINTENANCE d’Avril 2002, N°549.
Thermographie. Technique de l’ingénieur. Traité Mesures et Contrôle - R 2740, R 2741 et R 2742 Septembre 2001.
Dominique PAJANI et Luc AUDAIRE
NORMES FRANÇAISES DE THERMOGRAPHIE
NF A 09 400 Vocabulaire de thermographie. 1991.
NF A 09 420 Caractérisation des appareillages. 1992.
NF A 09 421 Méthodes de caractérisation des appareillages. 1992.
NF EN 13187 Isolation thermique. Méthode infrarouge pour la détection qualitative d’irrégularités thermiques
dans la structure externe des bâtiments. 1999. (vieille norme X 10-023 de 1982)
AUTRES NORMES FRANÇAISES
NF X 07-001 Vocabulaire international des termes fondamentaux et généraux de métrologie. 39 p. AFNOR.
Décembre 1994.
NF X 02-206 Grandeurs et unités. Rayonnements électromagnétiques et optiques. 21 p. AFNOR. Décembre 1993.
DOCUMENT TECHNIQUE CNPP
D19 – Document Technique - Thermographie infrarouge – Contrôle des installations électriques. Edition 03.1999.0
(mars 1999). APSAD - CNPP ENTREPRISE.
OUVRAGES DE THERMOGRAPHIE DE MESURE
Mesure par Thermographie infrarouge. Dominique PAJANI. ISBN 2-9504171-0-8. 1989. 450 pages. ADD EDITEUR.
Encore disponible à l’Institut de la Thermographie
THERMOGRAM’ 2001 ISBN 2-9513961-0-4 Octobre 2001. 270 pages. Editeurs : Institut de la Thermographie et
IUT de Sénart.
Sénart, 27 et 28 novembre 2003
Journées d’études de thermographie instrumentale et industrielle