- La Thermographie infra-rouge
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La Maintenance
conditionnelle
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1- Rappel technologique
          Généralités
          Applications
          Avantages

2- Approche sélective
          La sélection des équipements
          La sélection des composants et des défaillances potentielles
          La connaissance des symptômes
          La mise en place de la méthode de surveillance
          La sélection des moyens de mesure
          La sélection des moyens de traitement

 
3- L'appareillage
          Description succincte des appareillages infrarouges

4- Combien ça coûte ?
          Coût des équipements
          Coût de maintenance annuelle
          Coût des opérateurs

5- Applications et avantages
          Applications
          Avantages

EXEMPLE D'APPLICATION

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1- Rappel technologique
     Généralités
     La thermographie infrarouge est une technique qui permet de mesurer à distance et sans contact la température d'une scène observée.
     La technologie des appareillages qui permettent ce type de mesure évolue sans cesse. La tendance actuelle en ce qui concerne les caméras infrarouges dédiées à la maintenance est la mise au point de caméras toujours plus :
- précises / fiables dans les mesures qu'elles permettent d'obtenir
- conviviales d'utilisation (notamment en ce qui concerne l'exploitation sur PC des images infrarouges) grâce à la numérisation de l'image, et la sortie de logiciels toujours plus performants
- maniables et de faible encombrement, ce gain étant obtenu en partie grâce aux nouveautés concernant les systèmes de refroidissement (ou maintien en température des systèmes).

     La Thermographie Infrarouge est devenue un des outils de diagnostic incontournables de la maintenance prédictive. En effet, la plupart des défauts se traduisent par un échauffement ou un refroidissement anormal. Seule la Thermographie Infrarouge vous permet d'observer rapidement une scène thermique et de mettre en évidence, sans contact, des différences de températures à la surface de tout type d'objet. Ainsi, en détectant ces anomalies, souvent invisibles à l'œil nu, la thermographie permet des actions correctives avant l'apparition de pannes ou problèmes coûteux.
 

2- Approche sélective
La mise en place d'une maintenance conditionnelle associée à des moyens de surveillance thermographique procédera, comme précédemment, de façon sélectives :

     La sélection des équipements qui feront l'objet de contrôles et suivis par la thermographie infrarouge :
- parmi les installations électriques,
- parmi les installations dotées de matériaux calorifuges et réfractaires,
- parmi les installations dont certaines défaillances se manifestent par des échauffements détectables préventivement par l'outil thermographie infrarouge (voir paragraphes 2.4 et 2.5 qui décrivent les études qui peuvent être envisagées pour aider cette sélection des équipements).

     La sélection des composants et des défaillances potentielles dont la connaissance par retour d’expérience des exploitants, fournisseurs, constructeurs, spécialistes, … aura permis d’évaluer les risques et leur gravité (AMDEC).

     La connaissance des symptômes annonçant la défaillance des composants déjà rencontrée et ayant fait l’objet de retour d’expérience des concepteurs et acteurs aux différents stades du cycle de vie.

     La mise en place de la méthode de surveillance la mieux adaptée et à l'importance des équipements, sachant qu'un contrôle par thermographie infrarouge est quasiment toujours mis en œuvre actuellement dans le cadre de suivis périodiques pour les applications de maintenance. (N.B. : Il existe cependant des moyens de surveillance continue, plutôt comme aides à la conduite, des fours en particulier, pour vision permanente des flammes et réglage des brûleurs).
La périodicité est le paramètre à fixer, suivant la vitesse connue et/ou estimée de dégradation de l'équipement. Elle est très variable suivant le type d'équipement surveillé. La fréquence peut être accélérée si les symptômes précoces le justifient.

     La sélection des moyens de mesure qui permettront de suivre les paramètres retenus :
- choix d'un " imageur " ou d'un mesureur thermique,
- choix du mode de collecte des images infrarouges (enregistrement ponctuel des images ou continu du film du contrôle).

     La sélection des moyens de traitement associés aux outils d’acquisition :
Dans la majorité des cas, un logiciel spécifique est associé à la caméra infrarouge retenue, et développé par le fabricant de la caméra.

3- L'appareillage
     Description succincte des appareillages infrarouges:
  • Les thermomètres infrarouges sans contact destinés à la mesure à distance de la température d'une cible. La taille de cette cible dépend notamment de la distance thermomètre - cible, et du type de laser dont le thermomètre est équipé. Suivant le degré de perfectionnement du thermomètre, il permet ou non réaliser les fonctions suivantes :
    • - faire varier l'émissivité,
      - mesurer les températures minima et maxima de la cible visée,
      - enregistrer les températures mesurées…
      Ils sont utilisables par des opérateurs non spécialistes de la thermographie infrarouge.
  • Les " imageurs " thermiques, destinés à visualiser la température d'une scène observée. Ils ne permettent pas la mesure de températures. 
  • Les caméras infrarouges de mesure thermique permettent la visualisation et la mesure de la température d'une scène observée. Les images peuvent être enregistrées puis traitées de façon plus approfondies sur PC. La principale différence technologique qui distingue les caméras actuellement proposées sur le marché est leur système de refroidissement :
    • Refroidissement par effet Peltier : l'application de l'effet thermoélectrique Peltier (absorption ou dégagement de chaleur à la jonction de deux métaux différents, lors de la mise en circulation d'un courant électrique) aux détecteurs infrarouges permet de refroidir ces derniers à des températures proches de – 100°C.
        • Caractéristique : cette technologie est moins élaborée que les autres (voir paragraphes suivants), mais sa puissance de réfrigération est réduite.
    • Refroidissement par circuit fermé Stirling : un circuit de refroidissement fermé, caractérisé par des phases de compression et détente isothermes, permet de refroidir le détecteur à des températures proches de – 190°C.
        • Caractéristique : consommation et encombrement faibles ; forte puissance de réfrigération.
    • Maintien en température (système bolométrique) : elles sont utilisables par des opérateurs ayant reçu une formation sérieuse sur la thermographie infrarouge.
4- Combien ça coûte ? 
     Des chiffres ont été rassemblés pour orienter le choix des utilisateurs potentiels. Ils sont donnés à titre indicatif et ne peuvent, en aucun cas, constituer une référence commerciale que seuls les fournisseurs pourront donner de façon fiable.

     Coût des équipements
Les thermomètres infrarouges sans contact :
Les " imageurs " thermiques :
Les caméras infrarouges de mesures thermique : de 1,50 à 7,6 k€
de 15,24 à 30,5 k€

- refroidies par effet Peltier :                        de 23 à 30,54 k€
- refroidies par cycle de Stirling :                 38 k€ environ
- maintenues en température (bolomètre) :   de 43 à 46 k€

     Coût de maintenance annuelle
Les coûts annuels à intégrer sont l'étalonnage des équipements (sauf pour les imageurs thermiques) : de 0,6 à 2,3 k€
Pour les caméras refroidies par cycle Stirling, le circuit de refroidissement a une durée de vie limitée. Ce coût doit être pris en compte pour le calcul des coûts de maintenance annuel.

     Coût de la formation des opérateurs
La formation des opérateurs est nécessaire et ne doit pas être négligée. Le coût est loin d’être négligeable ; il dépend cependant des acteurs à initier ou former, de leur formation de base et de leurs expériences antérieures.
 

5- Applications et avantages

     Applications

     La thermographie est couramment utilisée en intérieur ou en extérieur pour le contrôle rapide et efficace de moteurs, de sectionneurs, de disjoncteurs, de transformateurs, de sous-stations et plus généralement de toute installation électrique Haute, Moyenne et Basse Tension.
     De plus, cette technique présente un avantage majeur, en opérant à distance et sans contact, l'inspection se réalise sur les installations sous tension. L'opérateur réalise un balayage rapide des équipements avec la caméra infrarouge en respectant les distances de sécurité, sauvegarde sur une carte PCMCIA, les images numériques caractéristiques de défauts constatés et de retour à son bureau, procède, depuis son PC à l'analyse des résultats de l'intervention qu'il vient d'effectuer.

      En mécanique
     Le contrôle des installations mécaniques constitue une partie importante des opérations de Maintenance Prédictive dans la plupart des entreprises industrielles. Typiquement, lorsqu'une pièce mécanique s'use de façon prématurée une élévation de sa température est constatée, échauffement qui va s'accroître rapidement et entraîner une panne. Des équipements mécaniques tels que moteurs, paliers, pompes, compresseurs, poulies de convoyeurs peuvent être contrôlés par thermographie infrarouge. Manque de lubrification et défaut d'alignement sont à l'origine d'échauffements anormaux. Même si en mécanique l'Analyse Vibratoire sera l'outil de diagnostic principal de la Maintenance Prédictive, la Thermographie est complémentaire à cette technologie et a pour avantage numéro un, une mesure sans contact, donc plus rapide.
     Dans certains cas, la Thermographie devient la seule méthode de détection de défauts. Ainsi, des défauts sur des balais de collecteurs et d'armatures de moteurs électriques peuvent entraîner des échauffements importants mais pas nécessairement de phénomènes vibratoires.

     En bâtiment
     La caméra infrarouge ThermaCAM est aussi un outil de diagnostic pour les bâtiments. Une des applications les plus courantes est la détection de problèmes d'isolation sur les toitures. L'eau ayant une forte masse calorifique comparée aux matériaux de toiture, elle conserve la chaleur du soleil plus longtemps que la toiture. Ainsi, les défauts d'isolation peuvent être facilement détectés avec une caméra infrarouge. La ThermaCAM permet aux opérateurs de maintenance de localiser rapidement les zones humides pour une réparation efficace. D'importantes économies sont alors réalisées en réparant uniquement la zone défectueuse de la toiture.
     Parmi les autres applications en Bâtiment, nous pouvons noter la mise en évidence de défaut d'isolation sur des façades, la détection de ponts thermiques, détection de fuites sur des réseaux de chauffage au sol, l'analyse de défauts de chauffage ou de climatisation. Les études menées par les spécialistes du bâtiment, tels que l' EPFL, les différents centres ont montré que la thermographie infrarouge pouvait faire réaliser d'importantes économies d'énergie. Les entreprises de distribution et de génération de vapeur peuvent contrôler le niveau de corrosion de leurs conduites ainsi que détecter les éventuelles fuites sur les conduites de vapeur, les vannes et les purgeurs. Le contrôle des fours est une autre application courante, en effet, une usure prématurée du réfractaire peut être détectée depuis la partie extérieure du four.

     Avantages

     Les programmes de Maintenance Conditionnelle par thermographie permettent de localiser les points chauds bien avant leur évolution vers une situation grave pour l'entreprise. Éviter les arrêts de production, par des programmes de maintenance et de contrôles de qualité, est un objectif que la thermographie permet d'atteindre très vite.
     L'intégration, dans les programmes de Maintenance Prédictive permet de réaliser d'importantes économies et de réduire les taux de pannes sur les installations industrielles.
     Pour les applications de contrôle des équipements électriques, mécaniques, des inspections bâtiments ou de maintenance générale, la caméra infra-rouge fournit aux opérateurs de maintenance des informations thermiques précises pour prendre les décisions adaptées à la réparation des équipements, planifier le remplacement des matériels et optimiser le fonctionnement des installations.

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