L'imagerie thermique
Une technologie prête à conquérir le reste du monde

Nous vivons à une époque où les nouvelles technologies sont commercialisées à un rythme sans précédent. Souvent, une percée technologique ouvre le chemin à une autre. Une nouvelle technologie est parfois introduite avant qu'on ait pu se familiariser avec la précédente. Il apparaît continuellement de nouveaux produits basés sur ces technologies.
Ils sont parfois assez chers à leur lancement, mais lorsqu'ils se trouvent des premiers acquéreurs pour passer ce cap, ils peuvent être produits en grande série. Les prix baissent alors rapidement et ils peuvent même devenir des produits courants. Le téléphone portable en est un exemple. Au départ cher et encombrant, il est devenu un objet qui tient dans la main et qui est utilisé quotidiennement par des millions de personnes.

De nombreuses technologies qui nous semblent aujourd'hui usuelles étaient au départ destinées aux applications militaires. Le radar et les moteurs à réaction ont été mis au point par l'armée et pour elle-même. Le GPS (Global Positioning System) a été créé au début des années 1970 par le ministère étasunien de la Défense pour guider les missiles. Lorsqu'il a été intégré dans des voitures pour son utilisation civile, le GPS était encore très onéreux. Aujourd'hui, presque toutes les nouvelles voitures en sont équipées.

À l'origine de toutes les inventions militaires, il y avait ce que le Pentagone appelait le « réseau intergalactique ». Cette idée révolutionnaire est devenue Internet. C'est sans aucun doute l'invention militaire qui a changé le plus radicalement notre monde.
Aujourd'hui, il existe une autre technologie d'origine militaire qui fait son chemin vers de nombreuses applications civiles utiles. Elle va non seulement changer notre vie, mais sauver des vies. C'est l'imagerie thermique.

Alors qu'une caméra normale a besoin de lumière pour produire une image, une caméra thermique (ou infrarouge) peut capter de très faibles différences de température et les convertir en une excellente image thermique sur laquelle les plus petits détails sont visibles. Contrairement à d'autres technologies, comme l'amplification de lumière qui nécessite une petite quantité de lumière pour produire une image, l'imagerie thermique permet de voir dans l'obscurité totale. Elle ne nécessite aucune source de lumière.

La première caméra thermique militaire a été mise au point en Suède en 1958 par une société nommée AGA, devenue aujourd'hui FLIR Systems. Depuis qu'il est possible de produire une image lisible dans l'obscurité totale, la technologie de l'imagerie thermique permet de voir et de cibler les forces ennemies dans la nuit la plus noire. Les caméras thermiques voient à travers la brume, la pluie et la neige. Elles voient aussi à travers la fumée, ce qui était particulièrement intéressant pour l'armée dans le cas d'opérations sur un champ de bataille enfumé.

La première caméra thermique pour applications civiles a été mise au point en 1965. Elle était utilisée pour l'inspection des lignes électriques. Il a fallu attendre 1973 pour voir la première caméra infrarouge « portable » sur batterie.

Bien que qualifiée de portable, elle était très encombrante. La technologie utilisée à cette époque nécessitait de remplir la caméra d'azote liquide pour refroidir son détecteur infrarouge. Cela a duré jusqu'en 1985, année où FLIR Systems a présenté le premier système sans azote liquide. Le détecteur était refroidi par un système cryogénique.
C'est en 1997 qu'est apparue sur le marché la première caméra thermique avec détecteur non refroidi, appelé microbolomètre. L'un des principaux avantages du microbolomètre est l'absence de pièce mobile. Il est donc moins exposé aux pannes. Il est également moins coûteux à produire, ce qui a permis aux fabricants de caméras thermiques de baisser leurs prix.

Mauvaise connexion et détérioration interne		Oxydation d'un commutateur haute tension

Après l'armée, l'industrie

Les caméras thermiques ont toujours été utilisées par l'armée. Il a fallu attendre l'invention du microbolomètre pour qu'elles commencent à être commercialisées, et utilisées par l'industrie.

Les premiers clients industriels à en bénéficier furent les grandes sociétés de production. Non seulement les caméras thermiques produisent une image basée sur les différences de température, mais ces différences peuvent être mesurées. Grâce à des algorithmes complexes intégrés à la caméra thermique, il est possible de calculer les valeurs de température absolue.

L'industrie a rapidement découvert que l'imagerie thermique peut fournir des informations précieuses sur l'équipement électrique. Les fusibles, les connexions, les câbles, le matériel haute tension comme les transformateurs, les lignes et de nombreux autres équipements peuvent tous être inspectés facilement et sans contact au moyen d'une caméra thermique. L'avantage est qu'elle permet aux responsables de la maintenance de voir les anomalies avant qu'elles provoquent un problème. Des pannes coûteuses sont ainsi évitées, ce qui fait gagner du temps et de l'argent.

Dans ces sociétés, les départements Recherche et Développement se sont enthousiasmés pour l'imagerie thermique. C'est au début du cycle de développement d'un produit que son utilisation est la plus avantageuse. Lors de la mise au point, avant la production en série, les appareils sont soumis à des essais complets, car les consommateurs attendent un produit parfait à un prix abordable. L'imagerie thermique permet aux entreprises de raccourcir les phases de mise au point et de bénéficier d'un retour rapide sur leur investissement en développement.

Grâce au nombre croissant de sociétés industrielles adoptant cette technologie, il est devenu possible d'envisager une production en série. Mais même à ce moment-là, les caméras thermiques étaient encore un outil très onéreux, d'au moins 20 000 €. L'imagerie thermique restait une technologie marginale, peu connue des consommateurs. Les seules images thermiques qu'ils étaient amenés à voir étaient celles utilisées dans les films américains comme Predator I et II.

Le secteur de l'automobile a découvert que l'imagerie infrarouge peut améliorer la vision du conducteur		Grâce à l'imagerie thermique, les drones voient dans l'obscurité totale et à travers les nuages

Production en grande série

Alors qu'est-ce qui a changé ? Comment l'imagerie thermique atteindra-t-elle le grand public ? Quels sont ses avantages ?

Il y a quelques années, un progrès important a été fait vers la production en série des caméras thermiques. BMW, un des plus grands constructeurs automobiles mondiaux, a décidé d'intégrer une caméra thermique à sa série 7 pour améliorer la vision du conducteur de ces modèles haut de gamme. L'amélioration de la sécurité du pilote et des passagers est une des priorités de BMW. De nombreux accidents ayant lieu la nuit, BMW cherchait une solution pour réduire leur fréquence.

Le module « BMW Night Vision » a ensuite été proposé en option sur les BMW série 5 et 6. La grande demande pour cet équipement de sécurité a permis à FLIR Systems, leader mondial des caméras thermiques, d'augmenter sa production de manière significative. Aujourd'hui, pour la seule amélioration de la vision du conducteur, FLIR Systems produit des milliers de caméras thermiques. L'une des conséquences de cette augmentation du volume de production est une réduction du prix unitaire. Aujourd'hui, on peut acheter une caméra thermique pour moins de 4000 €. Cela peut sembler cher, mais la différence est considérable avec le prix de 50 000 € il y a 6 ans à peine.

De plus, la production en série n'est pas due uniquement au secteur de l'automobile. L'armée a continué à jouer un rôle avec les drones (avions sans pilote). Les drones sont de plus en plus nombreux dans les opérations militaires et civiles, en particulier les modèles miniatures conçus pour le vol à basse altitude. Ces avions lancés à la main et radiocommandés peuvent être dotés d'une caméra vidéo qui communique avec une base terrestre. Ils sont parfaitement adaptés aux opérations de reconnaissance ou pour suivre les mouvements de troupes sur le champ de bataille.

L'armée était la première à utiliser l'imagerie thermique pour voler dans l'obscurité absolue et détecter les cibles à travers les nuages et la fumée. Les applications civiles ont rapidement suivi, et aujourd'hui les mêmes drones détectent par exemple les incendies de forêt. Les zones plus chaudes que les autres, qui peuvent indiquer un départ de feu, sont clairement visibles sur l'image thermique.

Qu'est-ce qu'un microbolomètre ?

Un microbolomètre est un bolomètre spécial utilisé comme détecteur dans une caméra thermique. Cette minuscule résistance en oxyde de vanadium ou en silicium amorphe présente un coefficient de température élevé, sur une large surface de silicium possédant une faible capacité thermique et dotée d'une bonne isolation thermique. Lorsque le rayonnement infrarouge situé dans une certaine bande de longueur d'onde atteint l'oxyde de vanadium, cela modifie la résistance électrique de ce dernier. Toute variation de température dans la scène observée provoque une variation de la température du bolomètre. Cette variation est convertie en un signal électrique, qui permet lui-même de composer l'image.

Les prix baissent, les applications se multiplient, la production augmente, les prix baissent…

Maintenant que le volume de production augmente et que les prix baissent, des applications toujours plus nombreuses apparaissent pour l'imagerie thermique. Certaines applications existent déjà depuis de nombreuses années, mais elles étaient réservées à quelques privilégiés qui pouvaient faire face à la dépense que représentait une caméra thermique.

L'imagerie thermique peut aider les pilotes au roulage et à l'atterrissage dans l'obscurité totale		Les caméras thermiques permettent au conducteur de voir jusqu'à cinq fois plus loin qu'avec les phares

Amélioration de la vision du conducteur

Comme expliqué plus haut, l'amélioration de la vision du conducteur est probablement l'application qui a contribué le plus fortement à l'augmentation de la production des caméras thermiques.

La conduite de nuit présente des risques importants pour les conducteurs de camion, de bus et d'autres véhicules lourds. De nombreux accidents graves se produisent la nuit, dans le brouillard ou sous la pluie, parce que le pilote ne peut pas voir le danger à temps. Chaque année, des milliers d'accidents nocturnes impliquent de gros véhicules, souvent à cause de conditions météorologiques défavorables. Les distances de freinage sont longues, la fatigue ralentit les réactions, l'obscurité réduit considérablement la visibilité.
L'imagerie thermique est une puissante amélioration de la vision du conducteur, qui réduit de manière significative les risques de la conduite de nuit, en permettant de voir jusqu'à cinq fois plus loin qu'avec des phares. Elle ne nécessite aucune source de lumière pour fonctionner. Grâce à elle, le pilote détecte et reconnaît plus rapidement les risques potentiels ; il peut éviter des accidents mortels.

Avec une image thermique de la route portant bien plus loin que la zone éclairée par les phares, le conducteur voit beaucoup plus tôt les obstacles, les virages etc., et dispose de plus de temps pour réagir. L'imagerie thermique aide aussi à mieux voir les bords de la route, à anticiper les virages et à éviter l'éblouissement temporaire par les phares des véhicules en sens opposé. Elle permet de voir à travers la fumée, la poussière, la brume et la pluie légère.

Les voitures de luxe ne sont pas les seules à en bénéficier. Une caméra thermique comme la PathFindIR de FLIR Systems peut facilement être intégrée aux camions et aux bus. Les trains et les métros commencent aussi à être équipés de caméras thermiques. Les véhicules d'urgence comme les camions de pompiers et les ambulances, qui doivent se rendre sur les lieux d'accident aussi rapidement que possible, même de nuit, ont également découvert les avantages de l'imagerie thermique. De plus, en cas d'incendie, les caméras thermiques permettent de voir à travers la fumée. Le pilote peut ainsi approcher du feu sans créer d'accident supplémentaire.

Les caméras thermiques installées sur un bateau produisent des images détaillées dans l'obscurité totale		Les caméras thermiques pouvant voir à travers la fumée, elles sont un excellent outil pour les pompiers

Sur les bateaux

L'amélioration de la vision de nuit n'intéresse pas uniquement les conducteurs de véhicule terrestre. Les capitaines de bateau doivent aussi naviguer de nuit. Le navire, ses passagers, la marchandise et l'équipage doivent être protégés.

Avec une caméra thermique, le capitaine peut voir dans l'obscurité complète. Il distingue clairement les balises de chenal, le trafic des grandes voies maritimes, les avancées de terre, les piles de pont, les rochers émergents, les autres navires et tout autre objet flottant qui pourrait endommager le bateau s'il n'était pas détecté. Même les petits objets que le radar ne détecte pas, comme les débris flottants, sont clairement visibles sur l'image thermique.

De plus, la caméra thermique d'un bateau peut sauver des vies. Une personne tombée par-dessus bord doit à tout prix être retrouvée le plus vite possible. Non seulement elle peut dériver et s'éloigner du bateau, mais l'hypothermie est un danger mortel. Grâce à l'imagerie thermique, la personne en perdition peut être rapidement localisée et tirée hors de l'eau.

Dans les avions

Dans les avions, l'imagerie thermique peut être utilisée comme aide à l'atterrissage. Elle peut aider le pilote à distinguer le terrain et les autres avions à grande distance, même dans l'obscurité complète, la brume, la poussière ou la fumée.

Les caméras thermiques ne remplaceront jamais les outils et les instruments auxquels se fie un pilote lors de l'atterrissage. Elles peuvent toutefois les compléter en lui donnant une image claire de la situation.

De plus, lors du roulage à faible vitesse, une image thermique peut contribuer à éviter les accidents. Souvenez-vous qu'une caméra thermique voit à travers la brume et la pluie. Elle peut donc détecter facilement les autres avions et les objets invisibles à l'œil nu lorsque les conditions atmosphériques sont difficiles.

Lutte contre les incendies

Les pompiers utilisent les caméras thermiques depuis des années pour voir dans l'obscurité absolue, à travers la fumée, et pour détecter les points chauds dans les sols, les murs et les plafonds. À cause des nombreuses microparticules de suie qu'elle comporte, la fumée absorbe une grande partie de la lumière visible. Cependant, lorsque les particules sont plus petites que la longueur d'onde à laquelle est sensible le capteur, la diffusion est nettement réduite et il est possible de voir à travers la fumée. La capacité à voir à travers la fumée avec une caméra thermique contribue à sauver des vies. Il est facile de situer des personnes dans une pièce remplie de fumée.

Pour les pompiers, il est d'importance vitale de pouvoir détecter les différences de température des objets, car ils doivent souvent ouvrir des portes donnant sur le feu, ou identifier rapidement et avec certitude le siège et l'étendue d'un incendie. Les caméras thermiques ont prouvé qu'elles sont un excellent outil lorsqu'elles sont utilisées par des pompiers expérimentés et bien entraînés.

Les pompiers connaissent bien les avantages des caméras thermiques ; un nombre croissant d'entre eux utilisent aujourd'hui leurs fonctions puissantes pour sauver des vies.

Faire du monde un lieu plus sûr

L'imagerie thermique est également adoptée dans un nombre croissant d'applications de sécurité et de surveillance. Alors que l'utilisation d'une caméra thermique était autrefois le privilège des gardes-frontières et d'autres organisations officielles, la puissance de l'imagerie thermique est aujourd'hui au service d'un nombre croissant d'installations industrielles pour protéger les biens et le personnel.

Centrales nucléaires, installations pétrochimiques, entrepôts, ports et aéroports… Toutes ces installations sont exposées aux vols, voire même aux attaques terroristes, et peuvent être protégées par des caméras thermiques. Le terrorisme, le vandalisme et la violence menacent la sécurité du personnel et l'intégrité des installations publiques et privées. Un programme de sécurité complet utilisant des caméras thermiques est crucial pour protéger les biens et réduire les risques. Les caméras thermiques révèlent les menaces cachées dans l'obscurité, rendues invisibles par les conditions climatiques, voilées par la poussière, le brouillard ou la fumée.

L'imagerie thermique est aussi utilisée par la police et d'autres forces officielles. Elle leur permet de trouver et de suivre les suspects dans l'obscurité totale. Les suspects ne peuvent pas se cacher dans les buissons ou dans l'ombre, car leur signature thermique est facilement visible sur l'image.

Dans ce domaine aussi, les caméras thermiques sont progressivement adoptées par les particuliers. Certaines grandes maisons et certains immeubles sont gardés à l'aide de caméras thermiques. Le temps viendra peut-être où de nombreux systèmes de sécurité domestiques seront complétés par une petite mais puissante caméra thermique.

Les intrus sont facilement repérés par les caméras thermiques. Il est inutile d'installer un coûteux système d'éclairage.		Les caméras thermiques peuvent aider la détection des maladies de peau.

Missions de sauvetage

La tâche principale des équipes de secours est de trouver des personnes en détresse, perdues, malades ou blessées. Elles se rendent dans les zones éloignées ou difficiles d'accès comme les montagnes, les déserts et les forêts, ou encore en mer, près des côtes ou au large. Les recherches peuvent être effectuées à pied, à cheval ou au moyen de véhicules. Dans certains cas, un véhicule aérien est utilisé.

Les hélicoptères survolant la zone de recherche sont parfois équipés d'une caméra thermique. Elle détecte facilement la présence humaine dans les zones inhabitées, ce qui permet de trouver la victime avant qu'il soit trop tard. Elle fonctionne dans la nuit la plus noire, sur terre, dans les airs et en mer.

Inspections de bâtiments

Depuis le choc pétrolier des années 1970, nous prenons progressivement conscience du caractère limité et précieux de nos réserves d'énergie. Il est également établi que le réchauffement climatique dû aux émissions de CO2 est, pour une grande part, provoqué par la combustion des carburants fossiles pour le chauffage des immeubles. Un nombre croissant de pays légifèrent pour l'inspection régulière du parc immobilier, à la recherche des pertes de chaleur.

Une caméra thermique est un outil facile d'emploi pour visualiser les défauts d'isolation et d'autres anomalies de construction. À plus ou moins brève échéance, chaque immeuble sera probablement inspecté par une caméra thermique.

L'imagerie thermique peut contribuer à sauver des vies ; elle est largement utilisée dans les missions de sauvetage.		Les zones mal isolées sont facilement identifiées avec une caméra thermique. La réparation de ces zones permet d'économiser de l'énergie.

Applications médicales

La température du corps humain est un phénomène complexe. L'homme est homéotherme, et produit de la chaleur qui doit être évacuée dans l'environnement. L'interface entre cette production de chaleur et l'environnement est constituée par la peau. Cet organe dynamique s'adapte constamment pour équilibrer les conditions internes et externes, tout en répondant aux exigences physiologiques du corps.

L'imagerie thermique est largement acceptée comme un outil précis et fiable pour le contrôle médical et le diagnostic. Les modifications de la conductivité thermique de la peau provoquées par les brûlures, les ulcérations de la peau ou les greffes peuvent également être détectées et surveillées au moyen d'un système sensible d'imagerie thermique. D'autres applications fréquentes sont la détection précoce du cancer de la peau, la gestion de la douleur, l'évaluation de la profondeur des brûlures, la détection de fièvre, la chirurgie à cœur ouvert, etc.

Pendant l'épidémie de SRAS il y a quelques années, les caméras thermiques ont été largement utilisées pour prévenir la contagion. Plusieurs pays ont installé des caméras thermiques dans les aéroports pour détecter les personnes ayant une température élevée. Elles étaient ensuite examinées par le personnel médical pour établir si cette température était due au SRAS.

L'imagerie thermique a permis de contrôler un très grand nombre de personnes en très peu de temps.

L'avenir de l'imagerie thermique

Les caméras thermiques vont sans aucun doute suivre le même chemin que les produits évoqués en introduction. Le matériel va devenir encore plus compact, la qualité d'image va encore s'améliorer et de nouvelles fonctions vont apparaître.

Comme les caméras thermiques prennent leur place dans un nombre croissant d'applications pour le grand public, comme l'amélioration de la vision du conducteur et la sécurité domestique, l'intérêt pour elles va grandir, le volume de production va augmenter et les prix vont encore baisser.

Personne ne sait exactement jusqu'où nous mènera ce mouvement. Mais nous avons de bonnes chances de voir, à court terme, une caméra thermique équiper chaque policier, chaque pompier, chaque employé de la sécurité. De même pour la majorité des voitures, des camions et des trains et des autres véhicules.

Car en conclusion, pour voir dans l'obscurité et pour bien d'autres applications, l'imagerie thermique est un outil supérieur à tous les autres.

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