Caméra FLIR ONE Pro : une évolution radicale dans la quantification des performances thermiques des bâtiments

Mais aujourd'hui, une technologie plus rapide, plus simple et plus économique est sur le point de révolutionner les méthodes de quantification des performances thermiques des bâtiments anciens et neufs. L'Abbaye de Westminster à Londres fait partie des derniers sites patrimoniaux à en bénéficier. Au cœur du nouveau système innovant Heat3D^® développé conjointement par Build Test Solutions (BTS) se trouve une caméra thermique FLIR ONE Pro.

Pour déterminer les performances thermiques d'un bâtiment (facteur U) à l'aide d'une plaque à flux thermique et d'un enregistreur de données, il faut coller des capteurs de la taille d'un sous-verre sur la surface interne d'un mur et les laisser en place pendant 3 à 7 jours (selon la masse thermique de la structure). Des sondes sont également nécessaires pour mesurer les températures internes et externes de l'air et de la surface des murs. Ce processus est perturbateur, long, coûteux et ne mesure en fin de compte que le flux thermique à l'endroit précis où le capteur est fixé. Les murs sont par nature hétérogènes et le capteur pourrait être placé sur un joint de mortier ou une attache murale, par exemple, fournissant alors des données non représentatives.

Rapidité et performances accrues
Heat3D a été co-développé par BTS pour répondre aux contraintes de temps et de coût liées à la réalisation d'une étude, ainsi qu'à la nécessité de mesurer les pertes thermiques sur l'ensemble de la section du mur, et non sur des points isolés. Il est conforme à la norme ISO 9869-2, qui couvre la mesure in situ de la résistance thermique et de la transmittance thermique des éléments de construction. La partie 2 concerne spécifiquement l'utilisation de la technologie infrarouge.

Bien que les géomètres utilisent depuis de nombreuses années les caméras thermiques infrarouges FLIR, principalement à des fins d'inspection, BTS a identifié avec Heat3D un nouveau cas d'utilisation potentiel pour cette technologie innovante. En associant une FLIR ONE Pro à d'autres équipements sur mesure et à une application mobile propriétaire, il serait possible non seulement de déduire la température à la surface du mur, mais aussi le taux réel de transfert thermique à travers le mur.

« Le potentiel de cette nouvelle technologie brevetée se répand rapidement », précise Luke Smith, Directeur général de BTS. « Un certain nombre de propriétés et de domaines en ont déjà tiré parti, parmi lesquels l'Abbaye de Westminster, monument architectural et culturel emblématique ».
 

L'Histoire en marche
Le domaine de l'Abbaye de Westminster comprend un ensemble varié de bâtiments qui font actuellement l'objet d'améliorations en matière d'efficacité énergétique afin de réduire leur empreinte carbone et d'assurer leur résilience pour les générations futures. Le doyenné, classé Grade I, dont certaines parties remontent au XIIIe siècle, se distinguait par sa consommation énergétique élevée. Avec ses murs épais en maçonnerie, ses boiseries et ses fenêtres d'origine à cadre métallique, il constituait un bon point de départ pour une évaluation fondée sur des données.

Afin de comprendre les performances thermiques du bâtiment et de procéder à une évaluation détaillée, l'Abbaye de Westminster a fait appel à Keegans, un consultant multidisciplinaire en immobilier et en construction, qui a investi dans la technologie Heat3D de BTS pour mesurer le facteur U des murs en briques du bâtiment principal, ainsi que de l'extension en pierre.

Les résultats ont été surprenants. Les facteurs U des murs étaient bien inférieurs [meilleurs] que prévu. Par exemple, le facteur U prévu pour le mur principal (en briques pleines enduites) était de 1,7 W/m2K. Le facteur réel mesuré n'était que de 0,8 W/m2K, soit environ 53% de mieux que prévu. De même, le facteur prévu pour le mur en pierre apparente du XIIIe siècle de l'extension était de 2 W/m2K, alors que le facteur réel était de 0,9 W/m2K, soit une différence de 55%.

Au-delà de toute mesure
En capturant des mesures plus précises des facteurs U (et de la perméabilité à l'air), les géomètres peuvent fournir à leurs clients des estimations affinées des coûts énergétiques annuels. Dans le cas du doyenné de l'abbaye de Westminster, le modèle calibré basé sur des mesures réelles a fourni un facteur 16% plus précis pour les coûts énergétiques annuels, ce qui équivaut à une différence financière de plus de 1000 £ en économies prévues. Et cela ne concerne qu'un seul bâtiment. L'Abbaye de Westminster prévoit désormais d'appliquer des tests similaires à l'ensemble de son patrimoine immobilier.

Ces informations ont notamment convaincu l'Abbaye de Westminster d’investir dans des améliorations comme le double vitrage, de meilleurs systèmes de contrôle du chauffage et une étanchéité ciblée contre les courants d'air, option rentable et suffisante par rapport à l'installation d'une isolation interne dont les mesures ont confirmé l’inutilité.

« Cela a surtout permis à l'équipe de direction d'améliorer l'efficacité sans compromettre l'intégrité historique du doyenné », explique Luke Smith. « Sans ces données, il aurait été facile de recommander des changements coûteux, perturbateurs et inutiles. Avec ses somptueux lambris intérieurs, ses corniches et ses plinthes, ainsi que sa façade en pierre ornementale, la rénovation de la structure du bâtiment après l'installation de l'isolation aurait pu coûter des dizaines de milliers de livres sterling ».
 

How does it work? 
Heat3D calcule les facteurs U à l'aide d'un matériel sur mesure et d'une application iOS. Un appareil mobile de type iPhone ou iPad est monté sur un trépied, avec la caméra portable FLIR ONE Pro fixée et pointée vers le mur à une distance d'environ 2 m.

Afin d'optimiser la précision des mesures de température absolue du système, deux cibles d'étalonnage sont suspendues à un monopode appuyé contre le mur, dans le champ de la caméra. L'une est une cible de température noire (mate) qui intègre un capteur Bluetooth précis à 0,1°C près. Elle est suffisamment grande pour représenter une importante quantité de pixels que la caméra peut détecter. La seconde est une cible de température radiative - un réflecteur isotrope -, représentative de la température radiative que la surface du mur pourrait recevoir d’un autre endroit de la pièce.

La FLIR ONE Pro prend une image infrarouge toutes les minutes pendant une heure. À partir de ces mesures, l'application calcule le transfert thermique sur toute la surface interne des murs extérieurs. Elle crée une carte de transfert thermique en 3D afin non seulement de quantifier les pertes de chaleur, mais aussi d'identifier les ponts thermiques ou les défauts pour prendre les mesures qui s'imposent.

Les avantages de cette technologie commerciale unique sont nombreux par rapport à la méthode actuelle de plaque à flux thermique : installation rapide en moins de 15 minutes, aucun risque de détachement du capteur, mesure des pertes thermiques sur une section de mur beaucoup plus grande, résultats disponibles en une heure avec toutes les données téléchargées sur le cloud en ligne de BTS et stockées en toute sécurité à des fins de diagnostic et d'analyse des données.

« Grâce à cette méthode peu coûteuse, rapide et non invasive de mesure du flux thermique et des facteurs U des éléments de construction, les géomètres peuvent réduire de plus de moitié le coût de leurs études », confie Luke Smith. « Il est facile de réaliser une étude en une seule visite sur site, alors que la méthode du flux thermique nécessite au moins deux visites sur deux semaines. Il convient également de souligner que le prix du Heat3D que nous proposons est environ 20% inférieur à celui du système de plaque à flux thermique ».

Une technologie validée
Heat3D est le fruit d'années de recherche et d'essais concrets dans le domaine des techniques de thermographie infrarouge quantitative. Un  travail de validation approfondi comportant plus de 500 comparaisons de mesures entre Heat3D et la méthode de la plaque à flux thermique, prouve que cette technologie est robuste et reproductible. Une grande partie de la recherche a été menée avec des partenaires britanniques réputés, tels que le centre Energy House de l'université de Salford et le Laboratoire national de physique. Le développement s'est déroulé dès le départ sur la base de la FLIR ONE Pro.

« Nous avons choisi iOS car il était propice à notre projet grâce à l'utilisation d'ARKit, un framework propriétaire d'Apple que les développeurs utilisent pour créer des expériences de réalité augmentée [RA] sur les appareils Apple », explique Luke Smith. « À son tour, le SDK mobile FLIR permet aux développeurs iOS de créer des applications qui font appel aux capacités d'imagerie thermique et de détection de FLIR. C’est ce qui nous a incités à utiliser la technologie FLIR et ce partenariat, nous sommes très heureux de le poursuivre ».

Le potentiel de cette nouvelle technologie est vraiment immense. Loin d'être réservé aux propriétés patrimoniales, Heat3D est également idéal pour les nouvelles constructions, car il permet de vérifier si la maison répond aux performances thermiques spécifiées par le constructeur. Le kit de thermographie infrarouge Heat3D et la formation associée sont disponibles à l'achat auprès de BTS, qui propose également un service après-vente et un étalonnage.