Notions de base sur les drones thermiques

Un aperçu rapide des avantages que peut apporter à votre entreprise la technologie d'imagerie thermique associée à la manœuvrabilité d'un drone

L’imagerie thermique pour les petits véhicules aériens sans pilote (sUAV) ou drones devient de plus en plus populaire ces dernières années. De l’évaluation du terrain dans des zones agricoles à l’inspection des lignes haute tension dans le secteur des services publics, en passant par les scénarios de recherche et de secours ou encore l’inspection et la détection des incendies, les applications se développent sans cesse.

Récemment, les capacités d’imagerie thermique des drones DJI ont été essentielles pour aider des clients du monde entier à améliorer la sécurité et les performances. En Argentine, des drones DJI ont été utilisés pour l’inspection thermique. En Biélorussie, des drones DJI ont été utilisés pour éteindre des feux de forêt. Aux États-Unis, des drones DJI ont été utilisés pour évaluer les dommages structurels avant que les pompiers n’entrent dans un bâtiment en feu. Au Vietnam, des drones DJI ont été utilisés pour rechercher des survivants après des inondations et des glissements de terrain. Il ne s’agit que de quelques exemples montrant comment les drones thermiques aident les entreprises à fonctionner plus efficacement, en réduisant les risques.

Si vous vous demandez s’il est temps de passer à un drone bénéficiant de capacités d’imagerie thermique, ce billet est conçu pour vous aider à mieux comprendre la technologie sous-jacente et à mieux évaluer la fonctionnalité de ces appareils.

Principes de base de la chaleur

La chaleur n’est rien de plus qu’une vibration d’atomes : plus ils vibrent, plus ils deviennent chauds. Et lorsqu’ils vibrent, ils créent ce que l’on appelle une signature thermique. C’est cette signature thermique qui est détectée par les caméras d’imagerie thermique.

La thermographie est l’étude de la chaleur ou des rayonnements infrarouges (IR) qu’un objet émet naturellement. Les instruments thermographiques, tels que les caméras thermiques, détectent et affichent les signatures thermiques des objets animés et inanimés.

Il convient de mettre en avant quelques facteurs clés sur la thermographie avant d’aborder les détails de l’imagerie thermique. Tout d’abord, les humains peuvent sentir la chaleur, mais ne peuvent pas la voir, car la chaleur occupe la longueur d’ondes infrarouge du spectre électromagnétique. Précisons en outre que la lumière que les humains peuvent voir n’est en fait qu’une petite partie du spectre électromagnétique. Les caméras thermiques, quant à elles, capturent l’énergie infrarouge et adaptent les images à notre vision limitée.

Ensuite, il est important de noter que tous les objets n’émettent pas une signature thermique précise. La mesure dans laquelle un objet absorbe ou réfléchit la chaleur est nommée émissivité, et varie fortement d’un objet à l’autre. De plus, les objets à émissivité élevée, comme le bois, peuvent être facilement détectés par un appareil d’imagerie thermique, contrairement à ceux qui présentent une émissivité faible, comme ces dalles de terrasse.

Fonctionnement d'une caméra thermique

Les caméras thermiques mesurent principalement la température de la surface d’un objet. Elles sont conçues pour détecter les changements de température subtils. Cependant, les miroirs, les objectifs brillants et les zones très polies reflètent le rayonnement thermique, et ne peuvent donc pas être mesurés avec précision par une caméra thermique. Les surfaces non réfléchissantes, comme le béton, le bois et même les humains, possèdent quant à elles un degré d’émissivité élevé, et peuvent donc être mesurées avec précision à l’aide de l’imagerie thermique.

Une caméra thermique comporte un objectif spécialisé, qui laisse passer les fréquences IR. En outre, la caméra inclut un capteur thermique et un outil de traitement d’image, tous intégrés dans un boîtier de protection. La caméra est généralement installée sur une nacelle de drone, qui pivote jusqu’à 360 degrés et aide à stabiliser la caméra. Pendant que le drone vole, le capteur thermique de la caméra détecte les longueurs d’onde infrarouge et les convertit en signaux électroniques. Après la réception des signaux, le processeur d’image crée ce que l’on appelle un thermogramme ou une image thermographique, composée d’une carte de couleurs affichant différentes valeurs de température.

En termes techniques, le capteur thermique est nommé un microbolomètre. Ce capteur hautement sophistiqué absorbe l’énergie infrarouge, puis crée un thermogramme d’après ses mesures. Fait intéressant, les anciens microbolomètres devaient être conservés dans des matériaux refroidissants exotiques, et étaient donc considérés comme « refroidis ». C’est la raison pour laquelle ils étaient si chers. Heureusement, la technologie a évolué et a permis de ne plus avoir à refroidir les microbolomètres, qui fournissent tout de même une qualité exceptionnelle.

Lecture des images thermiques

Le logiciel d’imagerie thermique de drone offre un choix de différentes palettes de couleurs. Ces palettes vont généralement du blanc chaud, avec les éléments chauds affichés en blanc et les éléments plus froids affichés en noir, à une configuration noir chaud, où les schémas de couleurs sont inversés. Le réglage arc-en-ciel est une autre palette de couleurs courante : elle montre la chaleur à travers différentes couleurs. Les éléments les plus chauds sont affichés en rouge, orange ou jaune, tandis que les températures plus froides sont affichées en bleu ou en noir.

Les drones plus avancés offrent généralement une variété supérieure de palettes de couleurs. Les utilisateurs peuvent ainsi sélectionner l’affichage le plus optimal selon leurs besoins spécifiques. Par exemple, la caméra thermique Zenmuse H20T de DJI fournit douze palettes de couleurs qui sont mappées sur 256 couleurs et affichées aux formats JPEG ou MPEG-4 8 bits.

Traitement d'image de caméra thermique

Après la capture des images de la caméra thermique, le logiciel du drone affiche chaque clip dans une galerie à l’écran, tout comme un smartphone affiche des vidéos capturées. Les clients peuvent utiliser différents packages logiciels pour inspecter et éditer ces images.

Généralement, les caméras thermiques d’entrée de gamme capturent simplement des images thermiques sans lectures de température. Les caméras haut de gamme comme la Zenmuse H20T, quant à elles, mesurent les données thermographiques dans chaque pixel individuel et enregistrent les lectures de température réelles avec les images thermiques. Ce niveau de détail, ainsi que les informations GPS géolocalisées pour chaque photo, rendent l’évaluation de l’image beaucoup plus rapide et pratique.

Lectures en surface

Bien qu’elles soient très sensibles, les caméras thermiques peuvent être affectées par de nombreux facteurs, comme le moment de la journée, les conditions de la surface et la réflectivité d’un objet. Les conditions atmosphériques, comme l’air chaud, l’humidité, les nuages, la pluie et la neige, peuvent aussi fortement réduire la précision d’une lecture thermique. La fumée, la poussière et les débris peuvent également l’affecter.

Le revêtement de surface d’un objet peut également influencer ces lectures. Par exemple, deux objets fabriqués avec le même matériau peuvent générer des mesures de caméra thermique différentes, si l’un des objets est corrodé, a été peint récemment ou a été modifié d’une quelconque manière par rapport à l’autre objet. Dans ce cas, la caméra thermique génère des lectures de température différentes pour les deux objets.

D’autres facteurs peuvent également influencer les mesures thermiques. Par exemple, dans l’image ci-dessous, les panneaux solaires sont tous fabriqués avec le même matériau, mais certains génèrent des lectures thermiques différentes en raison de la position de la caméra par rapport à la position du soleil.

C’est pour ces raisons qu’il est important de toujours procéder à une évaluation attentive de vos lectures thermiques, avant de tirer des conclusions.

Une idée fausse courante consiste à penser que les caméras thermiques peuvent voir à travers le verre. Ce n’est pas le cas. Elles peuvent simplement mesurer la température en surface du verre, mais pas voir à travers. Les caméras thermiques peuvent néanmoins avoir des difficultés à obtenir une mesure précise d’un objet en verre : il peut refléter la chaleur du soleil, du sol ou d’autres objets à proximité.

Facteurs de lecture de surface à prendre en compte

Voici certains des facteurs qui affectent la précision des mesures de température thermographique :

• Conditions atmosphériques
• Fumée, poussière et débris
• Émissivité d’un objet
• Transparence d’un objet
• Réflectivité d’un objet
• Moment de la journée
• Angle de vue
• Type de peinture sur un objet
• Distance de la caméra par rapport à un objet
• Quantité d’énergie thermique dans une zone
• Dureté ou souplesse d’un objet

Il faut également noter qu’une caméra thermique ne peut pas détecter de fuites de gaz. DJI propose cependant un détecteur de gaz méthane laser nommé U10, qui peut être parfaitement intégré au Matrice 300 RTK et au Matrice 210 RTK V2.

Systèmes de caméras doubles

Les systèmes de caméras doubles capturent des images thermiques et couleur simultanément. La nacelle-caméra thermique hybride Zenmuse H20T de DJI est une bonne illustration de cette fonctionnalité. Elle propose deux caméras en une : une caméra classique pour la lumière visible et une caméra à imagerie thermique. Généralement, les systèmes de caméras doubles utilisent un logiciel avancé pour fournir des lectures thermiques plus précises.

Valeurs isothermes

Un isotherme est un réglage de température défini par l’utilisateur. Cette fonctionnalité permet aux clients de définir des plages de températures spécifiques, qui seront affichées sur le panneau de contrôle d’un drone pour mettre en avant les zones sensibles. Par exemple, un garde forestier peut chercher des lectures de températures élevées pour être alerté de la présence d’incendies potentiels. Il peut ainsi définir l’écran du drone thermique de manière à ce qu’il affiche uniquement les lectures isothermes dans des plages de températures plus élevées. Le garde forestier serait ainsi alerté des dangers potentiels en utilisant un drone thermique en temps réel, au lieu d’attendre le rendu et l’analyse d’images enregistrées.

Cas d'utilisation

À mesure que la technologie continue à se développer dans ce domaine passionnant, les amateurs de drones trouvent de plus en plus de manières d’utiliser des appareils d’imagerie thermique. Par exemple, les caméras thermiques sUAV sont désormais utilisées pour améliorer l’efficacité des centrales solaires, pour suivre et inspecter le bétail, pour détecter rapidement la surchauffe de commutateurs sur les réseaux électriques, pour inspecter l’équipement dans les mines, pour gérer les systèmes agricoles et pour améliorer la sécurité. Ce ne sont que quelques-uns des cas d’utilisation uniques pour les drones thermiques. Grâce aux évolutions technologiques, la liste d’applications va continuer à s’étendre.