Faire progresser l’évaluation thermique en ingénierie : visualisation et analyse 3D

Introduction

La thermographie est l'étude des distributions de chaleur d'un objet à l'aide d'une caméra infrarouge. Elle a une large gamme d'applications dans divers secteurs. L'une des applications les plus récentes a eu lieu pendant la pandémie de Covid-19, lorsque les aéroports ont installé des caméras infrarouges pour détecter la température des passagers en déplacement et savoir si le passager avait de la fièvre. Pendant ma thèse, nous avons utilisé la thermographie pour créer des cartes thermographiques d'un environnement urbain.

Dans le sujet d'aujourd'hui, nous abordons le domaine de la construction où la thermographie a été utilisée de manière innovante avec des SIG (Systèmes d'Information Géographique) et des logiciels de traitement de nuages de points 3D pour visualiser et analyser des données thermiques en 3D. L'étude publiée par Anton et al en 2021 explore comment cette combinaison de technologies a été utilisée pour étudier les ponts thermiques à l'intersection entre les piliers et les dalles des bâtiments en Andalousie, en Espagne. Ils ont réalisé deux enquêtes dans deux zones différentes de la région à deux saisons différentes.

L'importance de l'évaluation thermique

L'évaluation thermique consiste à évaluer la performance thermique des bâtiments, à identifier les zones de perte ou de gain de chaleur, et à optimiser l'efficacité énergétique. En comprenant comment la chaleur est distribuée à l'intérieur d'une structure, les ingénieurs peuvent prendre des décisions éclairées concernant l'isolation, la ventilation et les systèmes de chauffage. Cela joue un rôle important lorsque l'on souhaite s'assurer que son bâtiment économise sur les coûts de chauffage ou de refroidissement tout au long de sa durée de vie. Il s'agit à la fois d'une décision environnementale et économique.

Emplacements des enquêtes A et B (Anton et al., 2021)

Les avantages de la visualisation 3D

Avec l'intégration de la visualisation et de l'analyse 3D, les ingénieurs peuvent désormais acquérir une compréhension complète du comportement thermique d'un bâtiment. L'approche commence par la capture d'images thermiques du bâtiment à l'aide d'une caméra infrarouge, puis par la construction d'un modèle 3D du site avec un logiciel de traitement de nuages de points tel qu'Agisoft Metashape. Ce modèle 3D est ensuite chargé dans un logiciel SIG (Système d'Information Géographique) qui crée une visualisation appropriée de la distribution de chaleur du modèle.

En visualisant les données en trois dimensions, il devient plus facile de localiser les zones préoccupantes et d'évaluer leur impact sur la performance thermique globale du bâtiment. Ainsi, les ingénieurs et les analystes peuvent visualiser correctement les anomalies thermiques et se concentrer sur les zones à améliorer.

De plus, la visualisation 3D permet aux ingénieurs de visualiser la dynamique temporelle du comportement thermique. En capturant des données thermiques au fil du temps, les ingénieurs peuvent analyser comment la distribution de la chaleur évolue tout au long de la journée ou au fil des saisons. Cette information est inestimable pour optimiser l'utilisation de l'énergie et identifier d'éventuels problèmes avec les systèmes d'isolation ou de ventilation.

Intégration avec les Systèmes d'Information Géographique

L'une des avancées clés dans l'évaluation thermique est l'intégration de la visualisation 3D avec les Systèmes d'Information Géographique (SIG). Les SIG fournissent une plateforme puissante pour l'analyse spatiale et la visualisation des données, en en faisant un outil idéal pour analyser le comportement thermique des bâtiments.

En superposant les données thermiques 3D sur une plateforme SIG, la relation entre le comportement thermique et d'autres facteurs spatiaux tels que l'orientation du bâtiment, l'utilisation des terres environnantes et le rayonnement solaire peut être visualisée. Cette intégration permet une compréhension plus complète des facteurs influençant la performance thermique et favorise des décisions basées sur les données concernant la conception des bâtiments et la gestion de l'énergie.

Principal Champ d'Étude : Identification des Ponts Thermiques

L'étude publiée par les auteurs se concentre sur les ponts thermiques formés entre les colonnes en béton armé de la structure et les dalles. La recherche a été menée dans la région de l'Andalousie en Espagne.

Les principaux points clés étaient les suivants:

• En tant que point central, le pont thermique entre les deux éléments structurels a été étudié en raison du manque d'isolation.

• Les auteurs ont utilisé la technologie infrarouge pour capturer le comportement thermique et les modèles de transfert de chaleur entre les éléments.

• Une attention particulière a été accordée aux implications de ces modèles thermiques pour l'intégrité structurelle ainsi que pour les inefficacités énergétiques des bâtiments.

Enquêtes façade A (Anton et al. , 2021)

Enquêtes façade B (Anton et al. , 2021)

Résultats

Après avoir effectué cette intégration, les auteurs ont constaté les résultats suivants:

• Les enquêtes ont révélé comment une façade symétrique se comporte thermiquement par rapport à une façade non symétrique. L'enquête A a révélé une température plus basse avec un écart type plus élevé (la température est plus étalée). L'enquête B a révélé une température globale plus élevée mais un écart type plus bas.

Histogramme de température des enquêtes A (Anton et al., 2021)

Histogramme de température des enquêtes B (Anton et al., 2021)

• L'approche combinant la technologie infrarouge, les SIG et les logiciels de nuages de points 3D a créé une analyse complète et une visualisation des différents éléments du bâtiment en fonction de leurs matériaux et de leur saisonnalité.
  

• Les études de cas spécifiques menées en Andalousie, en Espagne, démontrent l'efficacité de l'approche pour capturer et analyser le comportement thermique des composants du bâtiment.

• La combinaison des trois éléments, IRT, SIG et nuage de points 3D, crée une voie vers une méthode rentable pour les audits énergétiques, la restauration et le contrôle de la qualité des produits, contribuant ainsi aux pratiques d'ingénierie durable.

Conclusion

L'avancement de l'évaluation thermique grâce à la visualisation et à l'analyse 3D représente une opportunité significative pour l'industrie de l'ingénierie et de la construction. En tirant parti de cette approche innovante, les ingénieurs et les chercheurs peuvent obtenir des insights plus approfondis sur la performance thermique des bâtiments, conduisant à une meilleure efficacité énergétique, des stratégies de maintenance optimisées et une durabilité globale. Alors que l'étude continue de se dérouler, elle a le potentiel de révolutionner la manière dont l'évaluation thermique est réalisée dans le domaine de l'ingénierie.

Les conclusions de cette étude offrent un aperçu de l'avenir de ce qui peut être possible en combinant la technologie infrarouge avec les SIG et les logiciels de nuage de points 3D. En fournissant des moyens rentables et accessibles pour les audits énergétiques, la restauration et le contrôle de la qualité des produits, cette approche contribue aux pratiques durables en ingénierie. En tant que telle, c'est un développement prometteur pour le domaine des graphiques d'ingénierie et de l'évaluation thermique.

En utilisant ces innovations, nous faisons un pas de plus vers l'utilisation de méthodes innovantes pour faciliter la prise de décisions basées sur les données, alignées sur la réduction des coûts et l'amélioration de la durabilité.

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