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18/01/2019 - LAURENCE BLONDEEL

LA THERMOGRAPHIE SUR LE VITRAGE REND L'INVISIBLE VISIBLE

thermografie
Effets des études par simulations informatiques:
l'espaçateur du vitrage a un effet évident
sur les températures de surface

CONTROLE DE QUALITE SUR LE VERRE PLACE

A partir de 2014, il existe une nouvelle prime pour celui qui investit dans un verre à haut rendement ou un triple vitrage. A raison, car la qualité d'isolation de cette sorte de fenêtres est deux à trois fois meilleure que celle du double vitrage ordinaire. Ceci a un grand impact sur la prestation énergétique du bâtiment. Le choix d'un vitrage de qualité est donc très important: l'utilisation de plusieurs panneaux de verre, d'un gaz rare et d'un revêtement métallique contre une ou plusieurs feuilles de verre peuvent fortement améliorer la résistance thermique. Ces aspects sont quasi invisibles à l’œil nu, ce qui rend quasi impossible un contrôle de la qualité réelle du vitrage placé. Peut-être qu'un contrôle rapide et simple est bel et bien possible avec la thermographie?

thermografie
La température de surface du côté intérieur du verre est déterminée par la valeur d'isolation du vitrage

 

LES SORTES DE VERRE ET LEURS VALEURS D'ISOLATION

Les profilés de fenêtre et de porte sont typiquement les éléments les moins isolants d'un bâtiment et le vitrage arrive en seconde position. La valeur Ug du verre est une mesure de la qualité isolante combinée du verre et du remplissage de creux entre les panneaux de verre. Pour le double vitrage ordinaire avec remplissage d'air, la valeur Ug typique est de 2,9 W/m²K. Le remplacement de l'air dans le creux par un gaz rare comme l'argon ou le krypton permet d'améliorer cette valeur jusqu'à 2,6 W/m²K. Si, en plus, un mince revêtement métallique est appliqué à l'intérieur d'une des feuilles de verre, aussi appelé low-E-coating, on parle de verre à haut rendement. Comme le revêtement bloque une grande partie du rayonnement thermique, on peut atteindre une valeur Ug de 1,1 W/m²K, 0,8 W/m²K avec deux revêtements, et 0,4 W/m²K quand on utilise un triple vitrage. En théorie, le vitrage sous vide pourrait atteindre une valeur U d'environ 0,2 W/m²K, mais selon nos connaissances, le record se situe en réalité à 0,8 W/m²K. Pour le vitrage ordinaire, il semble parfois que le gaz puisse s'échapper des parois au fil du temps, d'où une perte importante de la qualité d'isolation à terme. Le propriétaire de la maison ne le constate pas dans bien des cas, parce qu'aucun changement visible ne s'opère, si ce n'est sur la facture d'énergie. Ce n'est que quand les granulés secs dans l'espaçateur sont saturés que la condensation se forme entre les deux feuilles de verre.A l'aide de la température de surface, on pourrait contrôler aisément que le vitrage preste comme il se doit. La température de surface est en relation directe avec la qualité isolante du verre. Des tests aléatoires à l'étranger ont montré que le vitrage placé n'atteint pas toujours les prestations qui ont fait l'objet d'un paiement.

thermografie als meetinstrument
Quand les températures ambiantes sont enregistrées avec précision et en l'absence de puissante source de rayonne-
ment, il serait possible de déterminer la température
de surface correcte et donc la valeur Ug du verre

LA THERMOGRAPHIE COMME INSTRUMENT DE MESURE

La technologie à infrarouge (IR) est un outil pratique qui se fraie de plus en plus souvent un chemin dans le secteur de la construction. Pour des applications de qualité comme la détection des ponts thermiques, des fuites d'air et des problèmes d'humidité, les images thermiques semblent être un outil utile. Les températures de surface sont visualisées de façon rapide, simple et non destructive. En étudiant les variations de température, on peut découvrir où se situent les problèmes. Cette technique peut aussi être efficace dans la rénovation, parce que l'état thermique de la maison est visible en un clin d’œil et que les manquements sont mis à jour. Avec les bonnes conditions annexes, on peut immédiatement vérifier la qualité d'isolation des techniques et/ou produits utilisés.

FONCTIONNEMENT DE LA CAMERA IR

Tout ce qui nous entoure et est plus chaud que le zéro absolu de -273,15 °C, émet de la chaleur sous la forme de rayons infrarouges. Ces rayons à onde longue ont une longueur d'onde supérieure à 5 µm, ce qui fait qu'ils sortent du spectre lumineux visible (de 0,38 à 0,78 µm) et que nous ne pouvons donc pas les observer à l’œil nu. Les capteurs d'une caméra IR capturent ces rayons et les convertissent en signaux électriques, dont l'intensité est convertie en une certaine température selon la loi de Planck. Chaque température se voit attribuer une couleur dans la formation d'image. La possibilité d'émettre de la chaleur est appelée émissivité (ε) et dépend du matériau. Pour des matériaux de construction typiques comme la brique, le plâtre et le béton, cette valeur d'émissivité avoisine 0,9. Ceci signifie que 90% du rayonne­ment que reçoit la caméra, est émis par l'objet. Les autres 10% sont un rayonnement à onde longue réfléchi par l'environnement.

thermografie glas
Les conditions annexes du côté intérieur ont un impact sur les pertes:
deux fenêtres dans le même espace,
mais dans la fenêtre de gauche figure un radiateur

THERMOGRAPHIE SUR VERRE

L'émissivité typique du verre plat est de 0,84, ce qui ne diffère pas tellement des autres matériaux de construction. Or, des mesures sur le vitrage donnent l'impression que la réflexion est supérieure par rapport au béton et à la brique, car on peut reconnaître des objets et des figures. La grande différence réside dans la haute réflectivité directe de la surface. Pour des matériaux comme le béton ou le bois, le rayonnement est réfléchi de façon diffuse et donc réparti de façon homogène dans toutes les directions. Sur une surface de verre, la réflexion des rayons infrarouges s'effectue comme sur un miroir, l'angle d'incidence étant identique à l'angle réfléchi. La proximité d'un puissant projecteur thermique, comme un individu, un radiateur ou le soleil, se reflète fortement sur l'image thermographique, et com­plique son interprétation. Sur le bois et le béton, la réflexion est env. égale à la moyenne de l'environnement, tandis que le verre montre une plus grande variation. Pour utiliser la thermographie à des fins quantitatives et – dans le cas du contrôle du verre – pour déterminer la température exacte, l'angle d'incidence du rayonnement est un paramètre important à prendre en considération, certainement quand les photos ne sont pas prises perpendiculaires à la surface.

thermografie glas
Les profilés de fenêtre en aluminium sans rupture thermique montrent pas mal de perte d'énergie

Pourquoi appliquer la thermo­graphie sur le verre?

Sur des murs normaux, il semble souvent impossible de déterminer la valeur U avec la technologie IR et pour le verre, la réflexion cause un autre problème. La faible capacité thermique du vitrage nous donne toutefois une porte de sortie, permettant de contourner de nombreux problèmes des murs traditionnels. Pour les matériaux thermiquement inertes comme la brique ou le béton, la chaleur ou le froid peut être conservé longtemps, si bien que la température à un moment donné dépend de l'exposition préalable à l'ensoleillement, au chauffage ou au refroidissement. Pour un mur de creux modérément isolé, le glissement de phase du climat extérieur est de quelque dix à douze heures, ce qui fait que nous recevons le plus grand apport de chaleur en été au moment où nous allons nous coucher. L'interprétation cor­recte de la température mesurée exige donc la connaissance de l'historique de l'exposition des heures ou jours précédents. Le verre, par contre, a une lenteur thermique plus faible, ce qui est un énorme avantage dans le cas de la thermographie. Les deux feuilles de verre minces n'ont qu'une inertie limitée et un change­ment de la température extérieure sera déjà perceptible du côté intérieur au maximum env. une demi-heure plus tard. Quand les températures ambiantes sont enregistrées avec précision et que les bonnes conditions annexes sont disponibles (absence d'une forte source de rayonnement comme le soleil, un radiateur ou un ciel ouvert), il devrait être possible d'aboutir à la température de surface correcte, avec laquelle on peut fixer la valeur Ug du verre. Une étude actuellement en cours à l'Université de Gand porte sur les conditions annexes appropriées (www.architectuur.ugent.be/thermografie) pour déduire la valeur d'isolation. Comme il ressort des figures, on peut différencier les fenêtres qui isolent mieux ou moins bien. Les températures absolues sont plus difficiles à transposer en valeurs U, mais dans les bonnes conditions annexes, des simulations semblent per­mettre de mesurer la valeur U de façon précise jusqu'à quelque 0,2 W/m²K. Ceci est un peu optimiste: nous vous épargnons l'explication de la stratification, des coefficients de passage convectifs et des facteurs visibles, mais dans la pratique, cela gâche un peu la fête. La température de surface est déterminée par la résistance thermique d'un composant et par les écoulements d'air et la température des objets tout autour. Nous ne connaissons pas encore la précision de mesure, mais les mesures nécessaires dans les maisons et dans le labo ont débuté.

thermografie glas
La thermographie rend l'invisible visible (ponts ther­miques, fuites d'air), mais la réflexion comme sur les panneaux solaires complique souvent l'interprétation

CONCLUSION

La thermographie est une technologie prometteuse qui, avec les bonnes conditions annexes et les connaissances de base de la physique de construction, se prête au contrôle de qualité, certainement quand différents types de vitrage sont comparables. Vu la multitude de conditions annexes influentes, il est difficile de se fier à la température mesurée pour en déduire une valeur U. Sur les murs, on peut déterminer la valeur U à l'aide d'un fluxmètre thermique (dure deux semaines sur un mur) et d'une sérieuse dose de mathématique pour le calcul. Ne vous laissez pas séduire par les 'appareils de mesure de valeur U' qui vous donnent un résultat immédiat. Le verre est une exception possible, parce que l'inertie thermique est très petite, mais cela ne semble pas être une sinécure pour le moment. Avec l'attention et la précision requises dans la mesure de la valeur U du verre, nous coinçons à une précision entre 0,4 et 0,5 W/m²K. Cela ne semble pas très précis, mais certains pro­blèmes peuvent au moins être constatés et la précision ne fera que croître par la recherche complémentaire.