NON DESTRUCTIF D’UNE PAROI

La présente invention a trait à un procédé et un dispositif de contrôle non destructif d’une paroi de séparation entre un premier milieu et un deuxième milieu, par analyse thermique, notamment en vue de localiser des ponts thermiques et singularités thermiques de la paroi.

L’invention peut être appliquée pour le contrôle non destructif de tout type de paroi de séparation entre deux milieux, notamment une paroi d’un bâtiment, une paroi d’un véhicule, une paroi d’un four, une paroi d’un réfrigérateur, une paroi d’une cuve.

En particulier, l’invention peut être appliquée pour le contrôle non destructif d’une paroi appartenant à l’enveloppe d’un local, tel qu’un mur, un sol, un toit, qui peut être équipée de portes ou de fenêtres, la paroi étant alors une paroi de séparation entre l’intérieur et l’extérieur du local.

On entend ici par "local" tout espace d’habitat ou de stockage. En particulier, il peut s’agir d’un espace d’habitat ou de stockage fixe, tel qu’une maison individuelle ou un bâtiment, notamment à usage d’habitation ou tertiaire de type entrepôt, usine, etc., ou une partie d’un tel bâtiment, par exemple un appartement dans un immeuble à plusieurs étages, ou encore tel qu’une machine, notamment dans le domaine de l’électroménager, un four, un réfrigérateur, etc. Il peut également s’agir d’un espace d’habitat ou de stockage transportable, tel qu’un wagon de train, un habitacle de voiture, une cabine de camion ou un espace de stockage dans un camion, une cabine de navire ou un espace de stockage dans un navire, une cabine d’avion ou un espace de stockage dans un avion.

L’invention trouve une application particulièrement intéressante pour le diagnostic de parois multicouches à haute résistance thermique qui sont utilisées, dans le cadre de la construction de bâtiments neufs ou en rénovation, pour réduire les pertes de chaleur dans les bâtiments. La présence de ponts thermiques tend à réduire fortement la performance de telles parois. Il est important de pouvoir détecter des défauts d’isolation dus par exemple à des défauts de pose, des irrégularités de structure, des tassements de matériau isolant, etc.

De manière connue, la thermographie infrarouge est une technique adaptée à ce type d'inspection, en raison de son caractère non destructif. La norme NF EN 13187 décrit une méthode qualitative de détection des irrégularités thermiques dans l’enveloppe d’un bâtiment par thermographie infrarouge. Il s’agit plus précisément de localiser les irrégularités thermiques, localiser les infiltrations d’air à travers l’enceinte du bâtiment, localiser les zones d’humidité élevée.

Dans le cadre de la norme NF EN 13187, l’inspection thermographique est passive et conjoncturelle (ou ponctuelle), avec une dépendance vis-à-vis des conditions d’utilisation du bâtiment et des conditions climatiques extérieures. La mise en oeuvre de cette méthode impose de se placer dans des conditions bien spécifiques. En particulier, la norme NF EN 13187 indique que l’écart de température entre l’intérieur et l’extérieur doit être suffisamment important, en particulier supérieur à environ 10°C, pour permettre de détecter les irrégularités thermiques. De plus, l’examen doit être réalisé en régime statique (ou stationnaire), avec peu de variations de température extérieure et intérieure afin d’éviter un régime dynamique (ou non stationnaire). Une difficulté est alors de déterminer si l’enveloppe est en cours d’évolution temporelle, du fait des conditions météorologiques et/ou de l’inertie des structures et/ou des usages du bâtiment. Les flux d’énergie doivent tous être orientés dans le même sens, et ce depuis un certain temps, ce qui implique l’absence de soleil (pouvant générer des échanges radiatifs) depuis un certain temps, ainsi que l’absence de réchauffement de l’air (pouvant générer des échanges convectifs). L’absence de neige, de pluie ruisselante, de givre et de vent est également requise. Toutes ces conditions rendent délicate la mise en oeuvre de la méthode décrite dans la norme NF EN 13187.

C’est à ces inconvénients qu’entend plus particulièrement remédier l’invention en proposant un procédé et un dispositif de contrôle non destructif d’une paroi qui peuvent être mis en oeuvre de manière simple et rapide, en s’affranchissant de dépendances aux conditions météorologiques et à l’inertie des structures.

A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de contrôle non destructif d’une paroi de séparation entre un premier milieu et un deuxième milieu, notamment entre l’intérieur et l’extérieur d’un local, caractérisé en ce qu’il comprend des étapes dans lesquelles :

- on procède à une modulation temporelle d’une puissance de chauffe de l’air dans le premier milieu propre à solliciter thermiquement la paroi ;

- on détecte l’évolution temporelle de l’intensité d’un rayonnement thermique dégagé par la paroi lors de la modulation de la puissance de chauffe ;

- on génère un résultat d’analyse de la paroi à partir de l’évolution de l’intensité détectée.

Dans le cadre de l’invention, on entend par "puissance de chauffe de l’air dans le premier milieu" toute condition opératoire générant une variation de la température de l’air dans le premier milieu, pour des conditions de température données dans le deuxième milieu. Il est entendu que la puissance de chauffe peut être, au cours du temps, positive, nulle ou négative. Une puissance de chauffe positive correspond à un apport de chaleur dans le premier milieu, qui peut être obtenu à l’aide d’un appareil de chauffage. Une puissance de chauffe négative correspond à un apport de froid dans le premier milieu, qui peut être obtenu à l’aide d’un appareil de climatisation. Par souci de simplicité, dans le cadre de cette description, les termes "chauffe" ou "chauffage" peuvent désigner tout autant un apport de chaleur qu’un apport de froid.

De plus, dans le cadre de l’invention, le rayonnement thermique dégagé par la paroi est généralement un rayonnement infrarouge, en particulier pour l’analyse de parois à température ambiante, mais en fonction de la température de la paroi testée, il peut s’agir d’un rayonnement comprenant des longueurs d’onde en dehors du domaine de longueurs d’onde de l’infrarouge, par exemple des longueurs d’onde dans le domaine du visible, de l’ultraviolet, ou encore dans le domaine correspondant aux fréquences térahertz. L’invention propose une méthode de thermographie active, combinant l’application d’une modulation temporelle d’une puissance de chauffe de l’air dans le premier milieu propre à solliciter la paroi et la détection d’un rayonnement thermique dégagé par la paroi lors de la modulation de la puissance de chauffe, ce qui permet de détecter des irrégularités thermiques de la paroi quels que soient l’état initial de la paroi et les conditions climatiques. Le chauffage de l’air dans le premier milieu permet de solliciter la paroi de manière globale, de sorte qu’on peut réaliser un diagnostic global de la paroi. Grâce à l’invention, il est possible de détecter des variations spatiales de l'isolation de la paroi, et en particulier des ponts thermiques, qui peuvent être structuraux, liés à une interruption ou une dégradation de l’isolation au sein de la paroi (PTI, ou ponts thermiques intégrés) ou bien liés à une interruption de l’isolation à une intersection d’éléments de parois (PTL, ou ponts thermiques de liaison), répétitifs ou non répétitifs.

L’invention peut avantageusement mettre en jeu une sollicitation thermique globale de l’enveloppe d’un local, c’est-à-dire une sollicitation de toutes les parois du local, via le chauffage de l’air à l’intérieur du local. Dans le cas d’un bâtiment de grande taille, tel qu’un immeuble à plusieurs étages, la sollicitation thermique peut être appliquée aux parois de l’enveloppe extérieure du bâtiment et/ou à des parois internes telles que des murs mitoyens.

Le principe à la base de l’invention est d’utiliser les variations temporelles de l’intensité du rayonnement thermique dégagé par la paroi, lorsque la paroi est soumise dans sa globalité à une sollicitation thermique contrôlée résultant d’un chauffage de l’air dans le premier milieu. On note que, dans le cadre de l’invention, il n’est pas nécessaire d’avoir une chauffe uniforme de la paroi, via le chauffage de l’air du premier milieu, même si cela est préférable. L’invention permet de générer un résultat d’analyse de la paroi sur une période courte, avec des tests de durée qui peuvent notamment s’étendre de quelques dizaines de minutes à quelques heures, en limitant l’influence des paramètres susceptibles de modifier le comportement dynamique de la paroi. En particulier, dans le cas du contrôle d’une paroi appartenant à l’enveloppe d’un local, la brièveté des mesures permet de s’affranchir de l’influence des conditions d’utilisation du local et des variations des conditions climatiques extérieures.

Selon un aspect de l’invention, l’évolution temporelle de l’intensité du rayonnement thermique dégagé par la paroi est détectée du côté du premier milieu, c’est-à-dire du côté du milieu où a été appliquée la modulation de la puissance de chauffe de l’air.

A titre d’exemple, dans le cas d’une paroi d’enveloppe d’un local ayant un système d’isolation par l’intérieur (ITI), il est avantageux de procéder à une modulation temporelle d’une puissance de chauffe de l’air à l’intérieur du local, et de détecter l’évolution temporelle de l’intensité du rayonnement thermique dégagé par la paroi également à l’intérieur du local.

Selon un mode de réalisation, la modulation temporelle de la puissance de chauffe de l’air dans le premier milieu est produite à partir d’un signal déterministe, tel qu’un signal créneau, rampe, triangulaire, sinusoïdal, ou impulsion de Dirac, ou plus généralement un signal mettant en jeu une fonction monotone croissante puis décroissante ou inversement.

Selon un autre mode de réalisation, la modulation temporelle de la puissance de chauffe de l’air dans le premier milieu est produite à partir d’un signal aléatoire, tel qu’un signal aléatoire Gaussien, PRBS (séquence binaire pseudo aléatoire), ou SWEEP (sinusoïde de fréquence variable). L’utilisation d’un signal aléatoire a l’avantage de solliciter la paroi selon une pluralité de modes d’excitation, ce qui peut permettre de détecter une plus grande variété d’irrégularités thermiques de la paroi.

Selon une caractéristique avantageuse, la modulation temporelle de la puissance de chauffe de l’air dans le premier milieu comprend l’application d’au moins deux puissances de chauffe distinctes sur deux périodes de temps successives.

Dans un exemple particulier de réalisation, la modulation temporelle de la puissance de chauffe de l’air dans le premier milieu comprend l’application d’une première puissance de chauffe strictement positive, de manière à atteindre une température de l’air dans le premier milieu strictement supérieure à la température de l’air dans le deuxième milieu, suivie de l’application d’une deuxième puissance de chauffe sensiblement nulle, de manière à obtenir un refroidissement libre du premier milieu.

Selon une caractéristique, la modulation temporelle de la puissance de chauffe de l’air dans le premier milieu est appliquée au moyen d’au moins un appareil de chauffage ayant une source de puissance contrôlée. De préférence, le ou les appareils de chauffage sont peu inertes de manière à assurer un chauffage rapide de l’air dans le premier milieu.

Au moins un appareil de chauffage à source de puissance contrôlée pour le chauffage du premier milieu peut être un équipement fixe du premier milieu, c’est-à-dire un appareil de chauffage installé dans le premier milieu indépendamment de la mise en oeuvre du procédé. Il peut notamment s’agir d’une pompe à chaleur.

En variante, au moins un appareil de chauffage à source de puissance contrôlée pour le chauffage du premier milieu peut être un appareil rapporté dans le premier milieu spécifiquement pour la mise en oeuvre du procédé.

Selon une autre variante, le chauffage du premier milieu peut être mis en oeuvre à l’aide d’une combinaison d’au moins un appareil de chauffage qui équipe le premier milieu de manière fixe, indépendamment de la mise en oeuvre du procédé, et d’au moins un appareil de chauffage rapporté dans le premier milieu spécifiquement pour la mise en oeuvre du procédé.

Les appareils de chauffage du premier milieu peuvent être de type convectif, radiatif ou par conduction, ou combiner plusieurs de ces technologies. Il peut s’agir, notamment, d’appareils électriques tels que des convecteurs électriques ; des tapis ou des films chauffants ; des parasols radiants.

Selon une caractéristique, lors de l’application de la modulation temporelle de la puissance de chauffe de l’air dans le premier milieu, le rayonnement solaire est faible, de préférence nul. Ainsi, on s’affranchit de l’influence de variations non contrôlées du rayonnement solaire sur la chauffe de la paroi.

Selon une caractéristique, l’évolution temporelle de l’intensité de rayonnement thermique dégagé par la paroi est détectée au moyen d’au moins un détecteur de rayonnement thermique disposé en regard de la paroi. Selon un aspect de l’invention, le détecteur de rayonnement thermique est disposé en regard de la paroi du côté du premier milieu, c’est-à-dire du côté du milieu où a été appliquée la modulation de la puissance de chauffe de l’air.

Des exemples de détecteurs de rayonnement thermique susceptibles d’être utilisés dans le cadre de l’invention comprennent, de manière non limitative : des capteurs de mesure ponctuelle, tels qu’un pyromètre ou une thermopile ; des imageurs, tels qu’une caméra thermique. Il peut s’agir de détecteurs de type monochromatique ou multi-spectral, ou encore de détecteurs à balayage. En termes de rayonnement détecté, il peut s’agir, de manière non limitative, de détecteurs de rayonnement infrarouge, de lumière visible, de rayonnement ultraviolet, d’ondes térahertz.

Selon un aspect de l’invention, un résultat d'analyse de la paroi est généré à partir de l’observation d’une séquence thermographique temporelle ou fréquentielle de la paroi, correspondant à l’évolution de l’intensité de rayonnement thermique détectée.

En particulier, la séquence thermographique observée peut être la séquence brute de l’évolution de l’intensité de rayonnement thermique détectée, ou une séquence obtenue après application d’un ou de plusieurs post-traitements à l’évolution de l’intensité de rayonnement thermique détectée.

Le principe des post-traitements est de soumettre un thermogramme à une série de traitements et d’opérations mathématiques afin d’améliorer la détection d’un certain type d’information, par exemple la signature thermique d’une irrégularité de la paroi. Des post-traitements susceptibles d’être appliqués à l’évolution de l’intensité de rayonnement thermique détectée sont listés ci-dessous, à titre d’exemples non limitatifs. Bien entendu, ces post traitements peuvent être appliqués isolément ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables.

Il peut s’agir de post-traitements de filtrage, visant à filtrer le bruit parasite. Par exemple, un filtre simple à mettre en oeuvre consiste à intégrer entre deux limites temporelles le thermosignal pour chaque pixel, de manière à augmenter le rapport signal sur bruit. De manière alternative ou complémentaire, on peut par exemple utiliser un filtre de convolution spatial de manière à augmenter le rapport signal sur bruit dans les images.

Il peut s’agir de post-traitements exploitant des méthodes de transformation. De manière classique, des exemples de transformations intégrales comprennent la transformée de Fourier, la transformée de Laplace, la convolution. Dans le cadre de l’invention, on peut utiliser en particulier des post-traitements de FFT (fast Fourier transform, ou transformée de Fourier rapide), PPT (puise phase thermography, ou thermographie de phase pulsée), PCT (principal component thermography, ou analyse en composantes principales), SVD (singular value décomposition, ou décomposition en valeurs singulières).

Il peut s’agir de post-traitements exploitant des méthodes statistiques, tels que des post-traitements de TSR (thermographie signal reconstruction, ou reconstruction de signal thermographique), FIOS (higher order statistics, ou statistiques d'ordre supérieur), PLS (partial least squares, ou moindres carrés partiels).

Il peut s’agir de post-traitements par ajustement paramétrique avec un modèle d’identification paramétrique s’appuyant sur différentes méthodes, telles que par exemple : les méthodes modales ; la décomposition orthogonale propre (proper orthogonal décomposition, ou POD) ; la décomposition générale propre (proper general décomposition, ou PGD) ; des modèles de type "boîte grise" (modèles ARX, ARMAX, ARMA par exemple).

Il peut également s’agir de post-traitements de segmentation, visant à rassembler des pixels entre eux suivant des critères prédéfinis. Les pixels sont ainsi regroupés en régions, qui constituent un pavage ou une partition de l'image. Cela peut permettre, par exemple, de séparer des éléments d’un fond. Des exemples de méthodes de segmentation comprennent, de manière non limitative : la segmentation fondée sur les régions, telle que la croissance de région (region-growing), décomposition/fusion (split and merge) ; la segmentation fondée sur les contours (edge-based segmentation) ; la segmentation fondée sur la classification ou le seuillage des pixels en fonction de leur intensité (classification ou thresholding) ; la segmentation basée sur des techniques de transformation (transformée de Hough par exemple).

L’utilisation d’un post-traitement de SVD (décomposition en valeurs singulières) est particulièrement avantageuse dans le cadre de l’invention. La SVD permet d’éliminer le poids des contributions parasites telles que le bruit, en projetant le signal dans une base orthogonale adaptée maximisant le contraste thermique.

Le principe de la SVD est de passer d’un volume de données (film) à une matrice A à deux dimensions de taille M x N, où le nombre de lignes M correspond au nombre de pixels (X,Y) et le nombre de colonnes N correspond au nombre d’images. L’information spatiale est alors obtenue en parcourant la matrice suivant ses lignes, tandis que l’information temporelle est obtenue en parcourant la matrice suivant ses colonnes.

En algèbre linéaire, le théorème spectral enseigne qu’une matrice A de taille M x N (avec M > L/) peut s’écrire comme le produit de trois matrices :

A = USV ^T ,

avec U une matrice orthogonale de taille M x N, S une matrice diagonale de taille N x N des valeurs singulières de A (i.e. les valeurs singulières de A sont sur la diagonale, et de manière conventionnelle les valeurs singulières sont classées par ordre croissant : S11 > S22 > ...> SNN) et V ^T la transposée d’une matrice orthogonale de taille A/x /V.

Les colonnes de U contiennent les modes statistiques orthogonaux (EOF, ou "Empirical Orthogonal Functions") qui représentent les variations spatiales des données. Les lignes de V ^T contiennent les composantes principales (PC, ou "Principal Components") qui représentent les variations temporelles des données.

La décomposition en valeurs singulières permet ainsi de présenter la matrice A, qui dépend de coordonnées spatio-temporelles, en un produit de matrices dissociant le temps et l’espace.

La première EOF représente les variations spatiales de signal les plus significatives. Il est possible, en sélectionnant certaines EOF, d’éliminer les contributions préjudiciables à la détection telles que les problèmes d’uniformité de chauffage ou les problèmes de réflexion. Les EOF lointaines, correspondant aux valeurs singulières les plus petites, représentent le bruit et peuvent elles aussi être éliminées.

Ainsi, l’application d’un post-traitement de SVD a le double avantage de filtrer le bruit parasite, ce qui évite d’avoir à appliquer un post-traitement additionnel dédié au filtrage, et d’améliorer les images thermiques en matière de détection. Ce dernier avantage est particulièrement important dans le cadre de l’invention, qui vise à diagnostiquer des parois dans des contextes réels, et non en laboratoire. De manière très avantageuse, un post-traitement de SVD permet de localiser des irrégularités thermiques dans une grande variété de configurations expérimentales, y compris dans des configurations imparfaites, avec par exemple des inhomogénéités de chauffage de la paroi ou des problèmes de réflexion.

Selon un aspect avantageux de l’invention, un résultat d'analyse de la paroi peut être généré directement à partir des niveaux numériques enregistrés par le détecteur de rayonnement thermique, sans détermination des niveaux de températures corrigées (ou températures "vraies") de la paroi tenant compte notamment de l’émissivité. En d’autres termes, un résultat d'analyse de la paroi peut être généré directement à partir de l’observation d’une séquence thermographique en niveaux numériques, qu’il s’agisse de la séquence brute en niveaux numériques fournie par le détecteur de rayonnement thermique, ou d’une séquence obtenue après application d’un ou de plusieurs post traitements à la séquence brute en niveaux numériques. En effet, il a été constaté expérimentalement que la détection d’irrégularités thermiques, qui se fait en niveaux relatifs, s’effectue aussi bien à partir de la séquence thermographique en niveaux numériques qu’à partir de la séquence thermographique en niveaux de températures corrigées (ou températures "vraies"). On s’affranchit ainsi d’une étape d’estimation des températures corrigées, qui est relativement complexe et nécessite du matériel supplémentaire (capteurs, logiciel, etc.). En variante, il est possible de déterminer les niveaux de températures corrigées (ou températures "vraies") de la paroi à partir des niveaux numériques enregistrés par le détecteur de rayonnement thermique, et de générer un résultat d'analyse de la paroi à partir de ces niveaux de températures corrigées. Cette variante nécessite toutefois, pour accéder aux températures corrigées, de connaître la température de l’environnement, la température de l’air ambiant, l’humidité relative, la distance à la paroi observée, l’émissivité de la paroi et potentiellement, en cas de zones de la paroi ayant différentes émissivités, l’émissivité de chaque zone.

Selon un aspect de l’invention, un résultat d'analyse de la paroi peut être généré en appliquant, à l’évolution de l’intensité de rayonnement thermique détectée, un post-traitement différencié pour différentes régions d’intérêt de la paroi. En particulier, l’analyse de régions d’intérêt différentes permet d’étudier, par exemple, des parois ayant des compositions différentes, qui peuvent avoir des typologies d’irrégularités et/ou de défauts différentes. L’analyse par région d’intérêt permet également d’enlever des zones susceptibles de gêner l’analyse, résultant par exemple de problèmes expérimentaux lors du test de la paroi, tels qu’une lumière laissée allumée par mégarde, la présence de fils électriques, etc. Il est également avantageux d’appliquer un post-traitement de manière indépendante pour une première région et pour une deuxième région de la paroi qui sont soumises à des conditions environnementales différentes, car l’image thermique "moyenne" (ou "ligne de base") n’est pas la même pour ces deux régions. Par exemple, il est avantageux d’appliquer un post traitement différencié pour deux régions d’une paroi d’enveloppe d’un bâtiment qui sont l’une exposée au vent et l’autre protégée du vent, et qui ont des comportements thermiques différents lorsqu’elles sont soumises à la modulation temporelle d’une puissance de chauffe de l’air dans le bâtiment.

Dans un mode de réalisation, au moins une partie des étapes du procédé de contrôle sont déterminées par des instructions de programmes d’ordinateurs.

En conséquence, l’invention a également pour objet un programme d’ordinateur sur un support d’enregistrement, ce programme étant susceptible d’être mis en œuvre dans un terminal, ou plus généralement dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à l’exécution de tout ou partie des étapes d’un procédé de contrôle tel que décrit ci-dessus.

Ce programme peut utiliser n’importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée.

L’invention a aussi pour objet un support d’enregistrement lisible par un ordinateur, et comportant des instructions d'un programme d'ordinateur tel que mentionné ci-dessus.

Le support d’enregistrement peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une mémoire morte, une mémoire non volatile réinscriptible, par exemple une clé USB, une carte SD, une EEPROM, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple un disque dur.

Le support d’enregistrement peut aussi être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé.

Le support d’enregistrement peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau informatique.

Un autre objet de l’invention est un dispositif de contrôle non destructif d’une paroi de séparation entre un premier milieu et un deuxième milieu, ce dispositif de contrôle comprenant :

- au moins un appareil de chauffage ayant une source de puissance contrôlée, configuré pour appliquer une modulation temporelle d’une puissance de chauffe de l’air dans le premier milieu propre à solliciter thermiquement la paroi ;

- au moins un détecteur de rayonnement thermique, configuré pour détecter l’évolution temporelle de l’intensité d’un rayonnement thermique dégagé par la paroi ; - une unité de gestion informatique de traitement de données comportant un module de calcul configuré pour générer, à partir de données représentatives de l’évolution temporelle de l’intensité de rayonnement thermique détectée par le détecteur de rayonnement thermique, des données représentatives d'un résultat d’analyse de la paroi.

Dans un mode particulier de réalisation, l’unité de gestion comporte un module de pilotage de la source de puissance du ou de chaque appareil de chauffage en fonction de données représentatives de la modulation temporelle de la puissance de chauffe de l’air à appliquer dans le premier milieu.

Les caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront dans la description qui va suivre d’un mode de réalisation d’un procédé et d’un dispositif de contrôle selon l’invention, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux figures annexées dans lesquelles :

- la figure 1 est une vue en perspective schématique d’un bungalow dont on souhaite contrôler l’enveloppe pour localiser d’éventuels ponts thermiques et singularités thermiques ;

- la figure 2 est une vue de dessus schématique de l’intérieur du bungalow où est installé un dispositif de contrôle selon l’invention, comprenant notamment une caméra thermique infrarouge, pour mettre en oeuvre un contrôle de deux murs du bungalow dont l’un est muni d’un vitrage ;

- la figure 3 est une coupe transversale schématique montrant la structure des murs du bungalow, où chaque mur est une paroi multicouche à haute résistance thermique ;

- la figure 4 est une image des murs du bungalow obtenue avec la caméra thermique infrarouge de la figure 2 en effectuant un test de thermographie infrarouge selon la norme NF EN 13187 ;

- les figures 5 à 7 sont les trois premiers modes statistiques orthogonaux (EOF, ou "Empirical Orthogonal Functions") obtenus par application d’un post traitement de SVD (décomposition en valeurs singulières) à une séquence thermographique obtenue avec la caméra thermique infrarouge de la figure 2, en effectuant un test de thermographie infrarouge active selon le procédé de l’invention ; - la figure 8 est un graphe montrant les composantes principales (PC, ou "Principal Components") issues de la décomposition en valeurs singulières de la séquence thermographique correspondant aux trois premiers modes statistiques orthogonaux des figures 5 à 7.

Description du bungalow

(Figures 1 , 2, 3)

Le procédé selon l’invention est mis en oeuvre pour le contrôle non destructif de deux murs 1 1 , 13 appartenant à l’enveloppe d’un bungalow 10, qui sont orientés respectivement à l’ouest et au nord. Le mur 1 1 orienté à l’ouest est muni d’un vitrage 12 qui est un triple vitrage.

Les murs du bungalow 10 sont formés à partir de panneaux sandwich isolants 6 comportant une couche de polyuréthane d’épaisseur 35 mm insérée entre deux plaques de métal. Chaque mur du bungalow est muni également d’un système multicouche d’isolation par l’intérieur (ITI), positionné à l’aide de tasseaux de bois 2, qui comporte successivement à partir du panneau sandwich 6 :

- une couche 5 d’épaisseur 20 mm comprenant un pavage de panneaux isolants sous vide (VIP, ou "Vacuum Insulation Panels") de dimension standard, et de panneaux en polystyrène expansé (EPS, ou "Expanded Polystyrène") pour combler les espaces restant entre les panneaux VIP ;

- une membrane 4 d’étanchéité à l’air ;

- une couche 3 de panneaux en polystyrène expansé (EPS) d’épaisseur 28 mm ; et

- une couche 1 de plaques de plâtre 1 d’épaisseur 12,5 mm.

La résistance thermique globale des murs du bungalow est de 5,3 m ² .K.W ¹ .

Du fait de leur structure multicouche, les murs 1 1 , 13 du bungalow présentent un certain nombre d’irrégularités thermiques, notamment dues au calepinage partiel des panneaux VIP, aux jonctions entre les différents matériaux isolants (EPS et VIP), à la présence des tasseaux de bois. L’exemple comparatif et l’exemple selon l’invention décrits ci-dessous illustrent l’apport de l’invention pour identifier et localiser ces singularités thermiques des murs du bungalow.

Exemple comparatif

Thermographie infrarouge selon la norme NF EN 13187

(Figure 4)

La détection des irrégularités thermiques des parois du bungalow 10 a été réalisée le 26/1 1/2016 à 1 1 h conformément à la norme NF EN 13187:1999.

La caméra thermique infrarouge utilisée est une caméra grande longueur d’onde refroidie munie d’un détecteur MCT (Mercury Cadmium Telluride) pour une résolution spatiale matricielle de 320 x 256 pixels et une sensibilité (NETD, ou Noise Equivalent Température Différence) inférieure à 25 mK à température ambiante (modèle FLIR SC7300L).

La figure 4 montre une cartographie des niveaux numériques de la caméra thermique infrarouge des parois du bungalow 10. Sur cette figure, l’échelle de niveaux de gris représente l’échelle des niveaux numériques.

On peut observer des ponts thermiques de différentes natures, correspondant à des irrégularités d’ordre structurel, telles que les jonctions sol- plancher, mur-vitrage, mur-mur, etc.

Toutefois, cette image conjoncturelle (ou ponctuelle) ne permet pas de discriminer les irrégularités thermiques dues au système multicouche d’isolation par l’intérieur mis en place sur les murs du bungalow.

Exemple selon l’invention

Thermographie infrarouge active et post-traitement par SVP

(Figures 2 et 5 à 8)

Le procédé de contrôle selon l’invention est mis en oeuvre à l’aide du dispositif montré sur la figure 2, qui comprend :

- une caméra thermique infrarouge 14, identique à celle décrite précédemment dans l’exemple comparatif, positionnée à l’intérieur (I) du bungalow 10 en regard des deux murs 11 et 13 ; - une pluralité de convecteurs électriques 18 de puissance nominale 250 W, positionnés au voisinage du centre du bungalow 10 pour le chauffage de l’air à l’intérieur (I) du bungalow ;

- une unité 19 de gestion informatique de traitement de données, qui est par exemple un ordinateur de type PC portable et qui intègre un module de calcul configuré pour générer, à partir de données représentatives de l’évolution temporelle de l’intensité de rayonnement thermique infrarouge détectée par la caméra thermique infrarouge 14, des données représentatives d'un résultat d’analyse de chaque paroi 1 1 , 13.

En particulier, l’ordinateur 19 comprend une application logicielle comportant des instructions, destinées à être exécutées par l’ordinateur 19, pour la mise en oeuvre de tout ou partie des étapes de calcul du procédé, notamment des étapes de post-traitement.

De manière avantageuse, l’ordinateur 19 comprend également un module de pilotage des convecteurs électriques 18 de chauffage en fonction de données représentatives de la modulation temporelle de la puissance de chauffe de l’air à appliquer à l’intérieur (I) du bungalow 10.

Conformément à l’invention, on procède à une modulation temporelle de la puissance de chauffe de l’air à l’intérieur (I) du bungalow 10 à l’aide des convecteurs électriques 18, permettant de solliciter thermiquement les murs 1 1 , 13.

En particulier, pour ce test qui a été réalisé le 24/11/2016, la modulation temporelle de la puissance de chauffe de l’air à l’intérieur (I) du bungalow 10 comprend :

- une période de chauffe d’une durée de deux heures (entre 4h50 et 6h50 du matin), correspondant à l’application d’une puissance totale nominale de chauffe de l’air dans le bungalow de 1170 W, de manière à atteindre une température de l’air à l’intérieur (I) du bungalow strictement supérieure à la température de l’air à l’extérieur (E) du bungalow, puis

- une période de refroidissement libre, d’une durée de deux heures également (entre 6h50 et 8h50 du matin), correspondant à l’application d’une puissance de chauffe de l’air dans le bungalow sensiblement nulle (aux puissances résiduelles près, provenant notamment du matériel de mesure et de calcul présent dans le bungalow).

Lors de cette modulation de la puissance de chauffe à l’intérieur (I) du bungalow 10, on mesure l’évolution temporelle de l’intensité du rayonnement thermique infrarouge dégagé par les parois du bungalow, à l’aide de la caméra thermique infrarouge 14.

On génère ensuite un résultat d’analyse des parois du bungalow 10 à partir de l’évolution de l’intensité de rayonnement infrarouge détectée par la caméra thermique infrarouge 14, en appliquant un post-traitement de SVD (décomposition en valeurs singulières) directement à la séquence thermographique en niveaux numériques enregistrée par la caméra thermique infrarouge 14, de manière globale pour toute la zone de l’enveloppe du bungalow située dans le champ de vision de la caméra 14.

Les figures 5 à 8 montrent les trois premiers modes statistiques orthogonaux (EOF) et les composantes principales (PC) issus de la décomposition en valeurs singulières de la séquence thermique obtenue avec la caméra thermique infrarouge 14.

Les trois premiers modes statistiques orthogonaux contiennent l’essentiel de l’information contenue dans la séquence thermographique. En particulier, le poids relatif des trois premières valeurs singulières est ((S11 +S22+S33)/trace(S)) = 99,67%. Les autres modes statistiques orthogonaux correspondent à du bruit.

L’EOFI , visible sur la figure 5, correspond à une image "moyenne" (ou "ligne de base"). On y observe les différentes irrégularités thermiques d’ordre structurel déjà identifiées lors de l’observation ponctuelle réalisée selon la norme NF EN 13187. Le contraste est toutefois meilleur et permet de visualiser le pavage de panneaux VI P de la couche 5.

L’observation des deux modes orthogonaux suivants (EOF2 et EOF3) permet de distinguer les tasseaux de bois, qui correspondent aux lignes verticales noires bien visibles en particulier sur l’EOF2 (figure 6) pour le mur sans fenêtre orienté au nord. L’observation des composantes principales (PC), montrées sur la figure 8, peut permettre d’avoir des informations supplémentaires sur les parois du bungalow. En particulier, cela peut permettre de différencier différents types d’irrégularités thermiques, ou bien leur position en profondeur dans les parois.

Comme illustré par l’exemple précédent, le procédé de l’invention propose de réaliser une sollicitation thermique globale d’au moins une paroi d’un local, résultant d’un chauffage de l’air dans le local, et de générer un résultat d’analyse global de la paroi à partir de l’évolution temporelle de l’intensité de rayonnement thermique dégagé par la paroi en réponse à cette sollicitation thermique.

Cette approche dynamique, que l’on peut qualifier de méthode de thermographie active, permet :

- de réduire le temps de mesure, qui peut notamment s’étendre de quelques dizaines de minutes à quelques heures,

- d’être plus indépendant vis-à-vis des conditions météorologiques, de l’inertie des structures et des usages du local,

- de localiser des irrégularités thermiques de la paroi non visibles par une approche de thermographie passive et conjoncturelle, telle que celle de la norme NF EN 13187,

- lorsqu’on réalise le test sur une durée plus longue, d’étudier les couches plus profondes de la paroi.

De manière très avantageuse, le procédé de contrôle selon l’invention peut être mis en oeuvre tout au long de l’année, y compris en dehors de la période hivernale, contrairement à la méthode de la norme NF EN 13187.

De plus, dans le cadre de l’invention, la détection des irrégularités thermiques de la paroi est rendue plus efficace par l’application d’un ou de plusieurs post-traitements à la séquence thermographique correspondant à l’évolution mesurée de l’intensité du rayonnement thermique dégagé par la paroi.

Un post-traitement particulièrement favorable dans le cadre de l’invention est le traitement de SVD, qui permet de sélectionner des zones d’intérêt des images de la séquence thermographique détectée, sans disposer d’informations préalables sur la structure de la paroi. La SVD permet à la fois de filtrer le bruit parasite, ce qui augmente le rapport signal sur bruit et évite d’avoir à appliquer un autre post-traitement de filtrage, et d’améliorer la détection des irrégularités thermiques, en compressant les données de mesure, rendant ainsi possible la localisation d’irrégularités thermiques même dans des conditions de test imparfaites, par exemple en présence d’inhomogénéités de chauffage de la paroi ou de phénomènes de réflexion.

Ce dernier aspect est particulièrement important pour le diagnostic in situ d’irrégularités thermiques dans des parois de bâtiments, où le diagnostic est réalisé sur site, avec une configuration imposée (orientation des parois par exemple) et des perturbations potentielles (variations climatiques par exemple), ce qui est différent des diagnostics réalisés dans des environnements contrôlés, tels qu’en laboratoire. De manière avantageuse, la compression des données résultant du traitement de SVD permet de réduire le volume de données à stocker. Comme évoqué précédemment, les composantes principales (PC) issues de la décomposition en valeurs singulières peuvent également être utiles pour accéder à des informations supplémentaires, par exemple pour différencier différents types d’irrégularités thermiques ou avoir accès à leur position en profondeur dans les parois.

L’invention n’est pas limitée aux exemples décrits et représentés.

En particulier, l’exemple ci-dessus illustre le cas d’une sollicitation thermique des parois d’un local résultant d’un chauffage de l’air à l’intérieur du local en deux phases de type créneau, comprenant l’application d’une première puissance de chauffe strictement positive suivie de l’application d’une deuxième puissance de chauffe sensiblement nulle. Toutefois, dans le cadre de l’invention, la sollicitation thermique de la paroi peut résulter de toute modulation temporelle de la puissance de chauffe de l’air dans le premier milieu, et notamment d’une modulation différente d’un créneau à deux puissances de chauffe distinctes. Par exemple, la modulation temporelle de la puissance de chauffe de l’air dans le premier milieu peut être produite à partir d’un signal aléatoire proche d’un bruit blanc, ce qui a l’avantage de solliciter la paroi selon une pluralité de modes d’excitation et peut permettre de détecter une plus grande variété d’irrégularités thermiques.

Par ailleurs, dans l’exemple précédent, l'analyse de la paroi a été réalisée à partir de l’observation d’une séquence thermographique en niveaux numériques, obtenue par application d’un post-traitement de SVD directement à la séquence en niveaux numériques enregistrée par la caméra thermique infrarouge, sans détermination des niveaux de températures corrigées (ou températures "vraies") des parois du local. En variante, on aurait pu générer un résultat d'analyse de la paroi à partir des niveaux de températures corrigées des parois, déterminés par exemple à l’aide de thermocouples positionnés au cours du test sur les deux murs étudiés et sur une plaque de correction positionnée dans l’angle des deux murs, la plaque de correction comprenant une zone miroir et une zone à haute émissivité permettant d’accéder à la température d’environnement et à la température apparente comme cela est connu dans le domaine de la thermographie.

De plus, dans l’exemple précédent, le post-traitement de SVD a été appliqué globalement pour toute la zone de l’enveloppe du bungalow située dans le champ de vision de la caméra thermique infrarouge. En variante, le post-traitement de SVD aurait pu être appliqué de manière différenciée, par exemple d’une part pour le mur orienté à l’ouest, et d’autre part pour le mur orienté au nord, qui sont deux régions d’intérêt de l’enveloppe du bungalow soumises à des conditions environnementales différentes, ou encore de manière différenciée pour enlever des zones susceptibles de gêner l’analyse, telle que des zones de passage de fils électriques, etc.

Enfin, l’exemple précédent illustre la mise en oeuvre de l’invention pour le contrôle de murs d’un bungalow mais, de manière plus générale, l’invention est bien entendu applicable à tout type de paroi. En particulier, dans le domaine du bâtiment, l’invention est applicable à des murs, des planchers, des plafonds, des rampants de toiture, etc. Dans le cas d’un bâtiment de grande taille, tel qu’un immeuble à plusieurs étages, l’invention est applicable non seulement aux parois de l’enveloppe extérieure du bâtiment, mais aussi aux parois internes telles que des murs mitoyens.