Thermographie infrarouge. Bac S Liban 2015


La thermographie infrarouge permet de contrôler l’isolation thermique d’un bâtiment et de visualiser les déperditions énergétiques. À partir de cette information, chaque citoyen a la possibilité d’agir pour une meilleure isolation de son habitat, réduire sa facture d’énergie et, du même coup, limiter ses émissions de gaz à effet de serre.
Utilisation d’une caméra infrarouge.
Une caméra infrarouge permet de capter des rayonnements infrarouges et de restituer les informations obtenues sous la forme d’une image visible. Son principe repose sur le phénomène physique selon lequel chaque corps dont la température est supérieure au zéro absolu émet un rayonnement électromagnétique. Elle est utilisée pour effectuer la thermographie de façade permettant de mettre en évidence les ponts thermiques et les défauts d’isolation. En thermographie infrarouge, on travaille généralement dans une bande spectrale qui s’étend de 2 à 15 μm.
Dans l’image ci-dessous, les parties les plus claires correspondent aux zones où les pertes d’énergie sont maximales.

Caractéristiques de l’écran de la caméra.
La résolution du détecteur infrarouge (et de l’écran de la caméra) est de 640 × 480 = 307 200 pixels. En codage RVB 24 bits, il est possible de coder un très grand nombre de couleurs en
affectant, à l’aide d’une méthode adaptée, à chaque pixel trois valeurs relatives au rouge, au vert et au bleu, chaque valeur étant codée sur un octet. Il est également possible d’obtenir des nuances de gris en affectant trois valeurs identiques.
Obtention d’une image thermographique.
Après avoir cité une longueur d’onde typique d’un rayonnement correspondant au domaine des infrarouges, déterminer la nature de la transition d’énergie mise en jeu dans le domaine infrarouge.
Données : constante de Planck : h = 6,63 × 10-34 J.s ; célérité de la lumière dans le vide : c = 3,00 × 108 m.s-1 ;1 eV = 1,6 × 10-19 J.
Pour l = 5,0 10-6 m :  E = hc / l
= 6,63 × 10-34 *3,00 108 / (5,0 10-6)~4,0 10-20 J
soit
4,0 10-20 / (1,6 10-19) ~ 0,25 eV.
La transition énergétique appartient au domaine vibrationnel.




La caméra infrarouge peut comporter un pointeur laser qui indique exactement l’objet sur lequel la caméra est pointée. Citer la propriété du laser qui permet précisément cette utilisation.
Le faisceau laser est très directif.
Sur l’image du premier document, quelle est la zone la plus froide de la maison ?
Les parties les plus sombres ( toiture) correspondent aux zones froides où les pertes d'énergie sont minimales.
Combien de nuances de gris peut-on distinguer en codage RVB 24 bits ? Justifier.
Chaque sous pixel ( rouge, vert  ou bleu ) est codé sur 8 bits soit 28 = 256 valeurs.
Pour obtenir du gris, les valeurs des sous pixels doivent être identiques. On peut donc obtenir 256 nuances de gris.
Données :
- un codage numérique sur n bits permet de coder 2n niveaux ; un octet est composé de 8 bits.
 Un pixel noir est codé R(0)V(0)B(0). Comment un pixel blanc serait-il codé ?
La valeur minimale est zéro et la valeur maximale est 255, donc un pixel blanc est codé R(255)V(255)B(255).
La taille de l’image, exprimée en octets, représente la taille associée au codage de tous les pixels qui la constituent. Quelle est la taille de l’image codée en niveaux de gris ?
Chaque nuance de gris est codée sur un octet.
Taille de l'image = nombe de pixels fois taille d'un pixel = 307200*1 = 307200 octets.

.


Choisir, parmi les propositions ci-après, le tableau de nombres correspondant au codage de la zone entourée d’un cadre blanc sur l’image infrarouge du
premier document. Justifier.

Pour obtenir du gris, les valeurs des sous-pixels doivent être identiques : le tableau a ne convient pas.
Les cases numérotées de 1 à 7 sont gris foncé : les valeurs des sous-pixels doivent être faibles.
Les cases numérotées de 9 à 13 sont gris très clair : les valeurs des sous-pixels doivent être élevées.
Donc le tableau c convient.
Enregistrement et stockage des données numériques.
Dans l’objectif d’établir un bilan de performance énergétique du bâtiment, on réalise, à 24 images par seconde, un film en noir et blanc d’une durée Dt = 15 min.
Pourra-t-on l’enregistrer, dans un format compressé caractérisé par un taux de compression de 95 %, sur un disque CD ?
Nombre d'images : 24*15*60=2,16 104.
Pour un film en nuances de gris :
Taille d'une image : 307200 octets.
Taille du fichier initial : 307200*2,16 104 =6,64 109 octets = 6,64 103 Mo.
Taille du fichier compressé :
6,64 103 *0,05 =3,3 102 Mo. On peut donc l'enregistrer sur un disque CD.
Pour un film en noir et blanc :
Un pixel ne pouvant prendre que deux couleurs est codé sur un bit.
Taille d'une image : 307200 bits.
Taille du fichier initial : 307200*2,16 104  / 8=8,3 108 octets = 8,3 102 Mo.
Taille du fichier compressé :
8,3 102 *0,05 ~42 Mo. On peut donc l'enregistrer sur un disque CD.

Donnée : capacité d’un disque CD : 750 Mo.
Compression de données.
La compression de données est l'opération informatique consistant à transformer une suite de bits A en une suite de bits B plus courte pouvant restituer les mêmes informations en utilisant un algorithme particulier. Opération de codage, elle diminue la taille (de transmission ou de stockage) des données.
Le taux de compression t, exprimé en pourcentage, mesure l’efficacité de l’algorithme de compression. Il peut être défini comme le gain en volume rapporté au
volume initial des données :
t= 1 –taille du fichier compressé / taille du fichier initial.
D’après le site www.energieplus-lesite.be

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