La photographie thermique :
Histoire et applications modernes
La photographie thermique, également appelée imagerie thermique ou thermographie, est une technique d'imagerie qui utilise les rayonnements infrarouges émis par les objets pour créer une image basée sur la température de surface. Contrairement à la photographie traditionnelle qui capture la lumière visible, la photographie thermique capte l'infrarouge, ce qui permet de visualiser les variations de température de jour comme de nuit. Comment la découverte des rayonnements infrarouges a-t-elle donné naissance à une technologie aussi révolutionnaire ?
Historique et évolution de la technologie thermique
L'histoire de la technologie thermique remonte à plusieurs siècles, mais les avancées significatives dans le domaine de la thermographie moderne ont eu lieu au cours des dernières décennies. On peut noter des moments qui ont marqué l’histoire de la technologie thermique.
En 1800, la découverte des rayonnements infrarouges est attribuée à Sir William Herschel. Il a mené des expériences à l’aide de prisme pour étudier la distribution de la lumière
En utilisant un prisme optique, il décompose la lumière blanche du soleil et l'orienta vers un thermomètre dont le réceptacle avait été obscurci. Il observe une augmentation constante des températures du violet au rouge, en passant par les diverses teintes de l'arc-en-ciel. La couleur rouge se révèle être la plus chaude, et il identifie qu'à proximité de celle-ci, dans une zone située au-delà du rouge, une région encore plus chaude que toutes les autres existaient. Incapable de la discerner visuellement, il opta pour l'appellation "infrarouge" (du latin "infra" signifiant "plus bas", donc en-dessous du rouge). Cette expérience pionnière marque la première démonstration que la chaleur pouvait être transmise sans émission de rayonnement visible.
(1738-1822)
Les progrès de la technologie d’imagerie thermique ont considérablement augmenté les performances et la polyvalence de la technologie. Les caméras thermiques modernes offrent une résolution plus élevée, capable de capturer des détails plus fins et d'améliorer la qualité globale des images thermiques. L'adoption croissante de caméras thermiques non refroidies élimine le besoin de systèmes de refroidissement coûteux, les rendant plus abordables et portables. La miniaturisation des composants électroniques a également joué un rôle crucial dans la réduction de la taille des caméras thermiques, facilitant ainsi leur intégration dans des appareils portables tels que les smartphones et les drones.
Certaines caméras thermiques offrent désormais une plage dynamique étendue, capturant des scènes d'objets présentant des différences de température significatives tout en préservant les détails. L'intégration de la technologie d'imagerie multispectrale enrichit encore les données, permettant de capturer simultanément les informations thermiques et visibles, améliorant ainsi la compréhension de la scène capturée.
(Utilisation d’une caméra thermique dans les transports en commun)
Ces avancées permettent d'intégrer des caméras thermiques dans des systèmes complexes tels que des solutions de surveillance automatisées, des drones, des systèmes de vision nocturne et des équipements médicaux. En conséquence, les domaines d'application de la technologie d'imagerie thermique se sont diversifiés, couvrant la sécurité, la médecine, l'industrie, la recherche scientifique, la surveillance environnementale et d'autres domaines, démontrant le potentiel d'innovation de cette technologie dans de multiples domaines.
Dans les années 2000 les capteurs thermiques deviennent plus sensibles ; ils offrent une détection plus précise des variations de température. Cette amélioration offre une meilleure performance dans des conditions environnementales variées. Dès 2010, l’intelligence artificielle commence à être intégrée aux caméras thermiques. Cela a facilité le partage et le traitement des informations en temps réel. Prenons l’exemple de l’analyse automatisée des anomalies. La caméra thermique connectée à des systèmes d’IA est utilisée pour analyser automatiquement des images thermiques afin d’identifier des anomalies ou des modèles complexes dans des environnements industriels ou de sécurité.
Applications pratiques de l’imagerie thermique de nos jours
L'imagerie thermique offre une diversité d'applications pratiques à travers différents secteurs.
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Secteur de la défense
Dans les années 1950 à 1960, la thermographie a trouvé des applications militaires pendant des guerres pour détecter les mouvements d’ennemis la nuit. Le développement des caméras thermiques pour des applications militaires et de recherche se poursuit ensuite au fil des décennies et les premières applications civiles émergent surtout dans la recherche en sciences et dans la détection des fuites d’énergie dans l’industrie.
(Thermographie militaire)
II. Secteur médical
La thermographie infrarouge, technique non invasive, s’est avérée être un outil remarquable dans le domaine médical, qui a permis de détecter le cancer du sein chez la femme. La thermographie infrarouge utilise des caméras spéciales qui captent le rayonnement infrarouge émis par la surface de la peau pour mesurer les émissions de chaleur du corps. Les caméras génèrent ensuite des images thermiques qui représentent la répartition de la température à la surface du corps. Les cellules cancéreuses ont tendance à être plus métaboliquement actives que les tissus environnants, ce qui entraîne souvent une augmentation de la vascularisation autour de la zone affectée. La thermographie infrarouge peut donc détecter ces variations de température avant même que des anomalies structurelles ne soient visibles par d'autres méthodes d'imagerie médicale, telles que la mammographie
(La thermographie comme outil de dépistage du cancer du sein)
De nos jours, l’intelligence artificielle analyse les images thermiques pour détecter les personnes qui présentent des températures élevées. C’est un moyen rapide de dépister la fièvre dans des lieux à forte densité de population. Ce processus s’inscrit dans le cadre des efforts déployés pour contrôler la propagation de maladies infectieuses en particulier dans des environnements à forte densité de population. L'analyse des images thermiques repose sur l'utilisation de capteurs infrarouges qui captent les émissions de chaleur provenant du corps humain. Ces capteurs convertissent ces informations en images thermiques, créant ainsi une représentation visuelle des variations de température corporelle. L'IA intervient ensuite dans le processus en utilisant des algorithmes sophistiqués d'apprentissage automatique. (Lien article sur le Machine Learning, Deep Learning et Réseaux de neurones)
Ces algorithmes sont formés à reconnaître les schémas thermiques associés à des températures corporelles élevées. Le modèle d'IA peut être entraîné à distinguer les signatures thermiques normales de celles indiquant une fièvre potentielle.
(Détection de la fièvre dans les lieux publics)
III) Secteur de la marine et des sciences de l'environnement
L'imagerie thermique permet de détecter la présence de mammifères marins comme les baleines en repérant la chaleur qu'ils émettent à la surface de l'eau. Grâce à des caméras thermiques embarquées sur des navires ou des drones, les chercheurs peuvent détecter la chaleur émise par les mammifères à la surface de l'eau. Cette technologie permet d’observer le comportement, les déplacements et les schémas de migration des animaux marins, contribuant ainsi à conserver et à comprendre les écosystèmes marins.
IV) Secteur industriel
Les caméras thermiques sont devenues plus petites, plus légères et plus abordables de 1970 à 1980. Son utilisation s’est répandue dans des domaines tels que l’inspection des bâtiments. En effet la capacité à visualiser les variations de température facilite considérablement la détection des fuites thermiques, des problèmes d’isolation et d’autres défauts de structure. Ces dispositifs sont devenus essentiels pour les ingénieurs du bâtiment.
(Contrôle des défauts d’isolation à l’aide de la thermographie infrarouge)
Les équipes de course peuvent utiliser des caméras thermiques pour surveiller la température des pneus en temps réel pendant les courses afin d'optimiser les performances et la durabilité des pneus. Ainsi, les équipes de course peuvent ajuster leurs stratégies en temps réel pour optimiser les performances des pneus tout en minimisant le risque de surchauffe. Cela permet d’utiliser les ressources plus efficacement et d’améliorer la compétitivité.
(Contrôle de la température des pneus et des composants des véhicules)
V) Secteur grand public
De 1990 à 2020, les progrès technologiques continuent avec l’intégration de capteurs non refroidis, améliorant la portabilité des caméras thermiques. La miniaturisation des caméras thermiques devient une réalité rendant la technologie plus portable et accessible. Ainsi les capteurs thermiques sont intégrés dans des dispositifs grand public tels que les smartphones. Des accessoires et des modules de caméras thermiques ont été développés pour se connecter aux smartphones
(Source : camerathermique.eu)
Les entraîneurs sportifs utilisent l'imagerie thermique pour évaluer les performances des athlètes. En surveillant la répartition de la chaleur corporelle pendant l'exercice, les entraîneurs peuvent identifier les zones de stress musculaire et évaluer la réponse du corps à l'effort physique. Ces informations sont précieuses pour optimiser les programmes d’entraînement, prévenir les blessures dues au surmenage et maximiser les performances des athlètes. L'application peut être étendue à une variété de sports, des sports d'endurance comme la course à pied aux sports d'équipe comme le football.
(Capture d'écran d'une vidéo de Buzzfeed sur l'activité thermique du corps humain. — BUZZFEED)
En conclusion, la technologie de l’imagerie thermique a parcouru un long chemin depuis la découverte du rayonnement infrarouge par Sir William Herschel en 1800. Au cours des dernières décennies, les progrès technologiques ont favorisé le développement de la technologie d’imagerie thermique, lui permettant de jouer un rôle important dans divers domaines.
Dans un prochain article nous parlerons du fonctionnement des caméras thermiques modernes qui utilisent des capteurs avancés tels que des micro bolomètres pour détecter avec précision les changements de température. L’intégration de l’intelligence artificielle ouvre de nouvelles perspectives et facilite l’analyse automatisée des images thermiques.
