Pour déterminer les performances thermiques d’un bâtiment (valeur U) à l’aide d’une plaque à flux thermique et d’un enregistreur de données, il faut adhérer des capteurs de la taille d’un sous-verre à la surface interne d’un mur et les laisser en place généralement pendant 3 à 7 jours (en fonction de la masse thermique de la structure). Les sondes sont également nécessaires pour mesurer les températures de l’air et de la surface murale internes et externes. Le processus est perturbateur, chronophage, coûteux et ne mesure finalement que le flux de chaleur à travers le point spécifique de la fixation du capteur. Les murs sont de nature inhomogène et le capteur peut être placé sur un joint mortier ou une fixation murale, par exemple, en fournissant par la suite des données non représentatives.

Un moyen plus rapide et plus précis de mesurer les valeurs U avec la technologie infrarouge

Heat3D a été co-développé par BTS pour traiter le temps et le coût de la réalisation d’une étude, ainsi que la nécessité de mesurer la perte de chaleur dans toute la section du mur, et non les points isolés. Il suit la norme ISO 9869-2, qui couvre la mesure in situ de la résistance thermique et de la transmittance thermique des éléments du bâtiment. La partie 2 concerne spécifiquement l’utilisation de la technologie infrarouge.

Bien que les inspecteurs du bâtiment tirent parti des caméras thermiques infrarouges Flir depuis de nombreuses années, principalement à des fins d’inspection, Heat3D BTS a repéré un nouveau cas d’utilisation potentiel pour cette technologie innovante. En associant un Flir One® Pro à un autre matériel sur mesure et à une application mobile propriétaire, il serait possible non seulement de déduire la température sur la surface du mur, mais également le taux réel de transfert de chaleur à travers le mur. 

« Word se propage rapidement sur le potentiel de cette nouvelle technologie brevetée », déclare Luke Smith, directeur général de BTS. « Un certain nombre de propriétés et de domaines en ont déjà profité, le monument architectural et culturel de l'abbaye de Westminster étant parmi les plus remarquables. » 

L’abbaye de Westminster teste la technologie Heat3D pour améliorer son efficacité énergétique

Le domaine de l’abbaye de Westminster comprend une gamme variée de bâtiments qui sont actuellement en cours d’amélioration de l’efficacité énergétique pour réduire l’impact carbone et assurer la résilience pour les générations futures. La catégorie I énumère la désanéry, par exemple, dont certaines parties remontent au 13e siècle, et se démarque pour sa consommation d’énergie élevée. Avec ses murs en maçonnerie épais, ses lambris en bois et ses fenêtres à structure métallique originale, c’était un bon point de départ pour une évaluation basée sur les données.  

Pour comprendre les performances thermiques du bâtiment et effectuer une évaluation détaillée, l’abbaye de Westminster a nommé le consultant multidisciplinaire en construction et en propriété Keegans, qui a investi dans la technologie Heat3D de BTS pour mesurer la valeur U des murs en brique du bâtiment principal, ainsi que l’extension aux murs de pierre. 

Les résultats étaient surprenants. Les valeurs U murales étaient beaucoup plus faibles [meilleures] que ce qui était supposé. Par exemple, la valeur U prévue pour la paroi principale (brique solide rendue) était de 1,7 W/m2K. La valeur mesurée réelle était de seulement 0,8 W/m2K, soit environ 53 % de mieux que prévu. De même, la valeur prédite pour le mur en pierre facettée du XIIIe siècle de l’extension était de 2 W/m2K, tandis que la valeur réelle était de 0,9 W/m2K, soit une différence de 55 %. 

Des données précises sur la valeur U permettent de prendre des décisions plus intelligentes en matière de rénovation et de conservation

En capturant des mesures plus précises des valeurs U (et de la perméabilité à l’air), les inspecteurs peuvent fournir aux clients des estimations plus précises des coûts énergétiques annuels. Dans le cas du Deanery à l’abbaye de Westminster, le modèle étalonné basé sur des mesures réelles a fourni une valeur 16 % plus précise pour les coûts énergétiques annuels, ce qui équivaut à une différence financière dans les économies prévues de plus de 1 000 £. Cela ne concerne qu’un seul bâtiment. L’abbaye de Westminster prévoit désormais d’appliquer des tests similaires dans son domaine. 

Plus important encore, ces informations ont permis à l’abbaye de Westminster d’être convaincue qu’investir dans des améliorations telles que le vitrage secondaire, de meilleurs contrôles de chauffage et une étanchéité ciblée aux courants d’air s’avérerait une option rentable mais suffisante par rapport à l’installation d’une isolation interne, ce que les mesures confirmées étaient inutiles. 

« Cela a essentiellement permis à l’équipe de direction d’améliorer l’efficacité sans compromettre l’intégrité historique du désanérage », explique Luke Smith. « Sans ces données, il aurait été facile de recommander des changements coûteux, perturbateurs et inutiles. Avec ses somptueux lambris internes, ses corniches et sa plinthe, et son extérieur en pierre ornée, il aurait pu coûter des dizaines de milliers de livres juste en rénovant le tissu du bâtiment après l’installation d’une isolation. » 

Comment Heat3D mesure les valeurs U à l’aide du Flir One® Pro

Heat3D calcule les valeurs U à l’aide d’un matériel sur mesure et d’une application iOS. Un appareil mobile tel qu’un iPhone ou un iPad est monté sur un trépied avec la caméra portable Flir One® Pro fixée et dirigée vers le mur à une distance d’environ 2 m.

Pour maximiser la précision des relevés de température absolus du système, deux cibles d’étalonnage sont suspendues à un monopode appuyé contre le mur lors de la prise de vue de la caméra. L’une est une cible de température corporelle noire (mate) qui intègre un capteur Bluetooth précis jusqu’à 0,1 °C. Il est suffisamment dimensionné pour représenter une grande quantité de pixels que la caméra peut détecter. La seconde est une cible de température radiative, un réflecteur isotrope, qui est représentative de la température radiative que la surface du mur peut recevoir d’un autre endroit de la pièce.

Le Flir One® Pro prend une image infrarouge toutes les minutes pendant une heure. À l’aide de ces mesures, l’application calcule le transfert de chaleur sur toute la surface interne des murs externes. Il crée une carte de transfert thermique 3D qui permet non seulement de quantifier les pertes de chaleur, mais également d’identifier les ponts thermiques ou les défauts, ce qui entraîne une action ultérieure.

Les avantages de cette technologie commerciale totalement unique sont considérables par rapport à la méthode de plaque de flux thermique actuelle : configuration rapide en 15 minutes ; aucun risque de détachement du capteur ; mesure de la perte de chaleur sur une section de mur beaucoup plus grande ; résultats disponibles en une heure ; et toutes les données téléchargées sur le cloud en ligne de BTS et stockées en toute sécurité pour les diagnostics et l’analyse des données.

« Grâce à cette méthode économique, rapide et non invasive de mesure du flux thermique et des valeurs U des éléments du bâtiment, les inspecteurs peuvent plus de la moitié du coût de leurs études », révèle Luke Smith. « Il est facile de répondre à une enquête en une seule visite de site, tandis que la méthode du flux thermique nécessite au moins deux visites sur deux semaines. Il convient également de souligner que le prix de Heat3D est environ 20 % inférieur à celui du système de plaques à flux thermique que nous proposons. »

Validé et éprouvé : la science derrière la mesure de la valeur U infrarouge de Heat3D

La Heat3D est le fruit d'années de recherche et de tests en situation réelle dans les techniques de thermographie infrarouge quantitative. Un travail de validation approfondi impliquant plus de 500 comparaisons de mesures entre Heat3D et la méthode de plaque à flux thermique prouve que la technologie est robuste et reproductible. Une grande partie de la recherche a été menée avec des partenaires britanniques réputés tels que l’installation Energy House de l’Université de Salford et le Laboratoire national de physique. Le développement a eu lieu dès le départ sur la base du Flir One® Pro.

« Nous avons choisi iOS parce qu’il était propice à notre projet avec son utilisation de l’ARKit d’Apple [réalité augmentée] », explique Luke Smith. « À son tour, le SDK mobile Flir permet aux développeurs iOS de créer des applications qui utilisent les capacités d’imagerie thermique et de détection de Flir. Cela nous a incités à utiliser la technologie Flir et c’est un partenariat que nous sommes très heureux de conserver. »

Le potentiel de cette nouvelle technologie est vraiment vaste. Loin de la préservation des propriétés patrimoniales, Heat3D est également idéal pour les nouvelles propriétés de construction, en vérifiant 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 offre également un service et un étalonnage après-vente.