La détection visuelle des fuites d’air des bâtiments à l’aide d’une caméra numérique

La détection visuelle des fuites d’air des bâtiments grâce à une caméra ouvre la voie à des diagnostics énergétiques plus rapides et précis. Les bâtiments qui fuient signalent une baisse de l’efficacité énergétique et des factures d’énergie plus élevées pour les propriétaires.

L’air qui s’échappe d’une maison par les fenêtres, les portes et les murs crée un drainage des finances et a un impact sur l’environnement. Résoudre le problème signifie identifier précisément où l’air s’échappe afin que les fissures puissent être scellées – un processus qui peut être coûteux, chronophage et encombrant.

Les tests traditionnels pour détecter les fuites

Le test de porte soufflante est le moyen traditionnel de détecter une fuite. La fumée est parfois utilisée conjointement avec une porte soufflante au cours de laquelle une machine à fumée remplit le bâtiment, et par la suite, la machine soufflante pressurise le bâtiment afin que depuis l’extérieur, la fumée puisse être vue en sortant par les fuites.

Des crayons à fumée peuvent également être utilisés à l’intérieur, où les auditeurs se promènent dans les pièces pour voir les zones où la fumée se déplace pour définir les points de fuite. D’autres techniques de détection qui ont été poursuivies ces dernières années comprennent l’utilisation de lasers pulsés, d’acoustique, de technologie à ultrasons et même de vitamines.

Le système de détection des fuites d’air du ORNL

Le système de détection des fuites d’air du ORNL, qui était l’une des sept nouvelles technologies mises en avant lors de la récente vitrine technologique de l’innovation du laboratoire pour les produits proches de la commercialisation, est basé sur la photographie de schlieren en arrière-plan, un processus utilisé pour capturer l’écoulement des fluides.

Remontant aux années 1860, la photographie schlieren a plus récemment et plus largement été utilisée pour photographier l’écoulement de l’air autour des objets aéronautiques.

Selon le chercheur principal du ORNL Philip Boudreaux, la technique utilise de petits changements dans l’arrière-plan d’une séquence d’images pour visualiser l’air qui fuit et qui a une température différente de l’air ambiant. Cette différence de température crée ce que Boudreaux appelle un mirage lorsqu’il est vu devant la façade d’un bâtiment.

« Même si ce mirage est trop petit pour être vu à l’œil nu, il peut être capturé par une caméra« , a-t-il déclaré. « Le mirage ressemble exactement aux motifs ondulants que l’on pourrait voir s’élever du bitume par une chaude journée ou dans les gaz d’échappement chauds d’un pot d’échappement de voiture. »

Détecter et mesurer

Boudreaux travaille avec une équipe de recherche pour s’assurer que les fuites ne sont pas seulement visualisées mais que leur quantité est également mesurée. Cela permettra aux propriétaires de bâtiments de mieux hiérarchiser les zones qui ont le plus besoin d’être scellées. « Être capable de trier les plus grosses fuites fait gagner du temps et permet de remédier rapidement à la réduction de l’énergie et au fardeau carbone des bâtiments« , a-t-il dit encore.

Avec près de 130 millions de bâtiments aux États-Unis consommant environ 40 % de l’approvisionnement énergétique total du pays et 75 % de son électricité, la réduction de la consommation d’énergie est essentielle à mesure que le pays se dirige vers un avenir énergétique propre. Les fuites des bâtiments représentent environ 4 % de la consommation annuelle d’énergie aux États-Unis. Pour les propriétaires résidentiels, cela représente des centaines de dollars par an en argent gaspillé.

« Il y a aussi des impacts sur la santé, car les fuites contribuent aux moisissures qui peuvent provoquer des problèmes respiratoires« , a commenté Philip Boudreaux. « Les fuites diminuent le confort des occupants et la durabilité de l’habitation. »

L’air a de multiples voies d’échappement dans une maison familiale typique à deux étages avec sous-sol. Les murs, les fenêtres et les portes sont des sources évidentes, mais les conduits de sécheuse, les robinets extérieurs, les ventilateurs, les faux plafonds, les colonnes de ventilation de la plomberie, les vides sanitaires, les trappes de grenier, les bouches de ventilation et les zones où les murs et les planchers se rejoignent sont également des sources d’air qui fuient vers l’extérieur ou qui pénètrent dans la structure depuis l’extérieur.

La solution caméra

En utilisant un appareil photo numérique vidéo modeste et en appliquant ce que Philip Boudreaux appelle la photographie schlieren d’orientation naturelle, les fuites peuvent facilement être vues de l’intérieur ou de l’extérieur du bâtiment.

« Il s’agit d’utiliser la réfraction, où un fluide ayant un indice de réfraction différent de la zone environnante est visualisé en fonction de la distorsion d’un arrière-plan« , a-t-il expliqué. Nous avons également développé un logiciel personnalisé pour la visualisation en temps réel de la fuite avec des algorithmes qui mesurent la vitesse et le débit. »

Le chercheur et son équipe ont appliqué cette approche pour visualiser les fuites à travers trois types différents de revêtements – briques, bardage en vinyle et blocs de maçonnerie en béton. Des expériences de visualisation ont été réalisées dans deux conditions d’éclairage différentes – ensoleillées et nuageuses.

« Nous avions une petite zone d’essai de revêtement avec une fissure au centre et un radiateur en céramique soufflant de l’air chaud à travers la fissure pour servir de substitut au point de fuite« , a-t-il déclaré. « Nous ferions des expériences avec le radiateur éteint et des plages de température variables entre l’air à la sortie de la fissure et l’air ambiant.« 

Les expériences de visualisation, que Philip Boudreaux appelle « rechercher les ondulations » dans l’air, ont montré que les fuites pouvaient être détectées lorsque la différence de température était aussi faible que 12 à 15°C sur les revêtements en blocs de béton et en briques.

« Nous avons pu obtenir une différence de température suffisante entre l’air autour de la zone de fuite et l’air ambiant. Grâce à des recherches continues, nous avons l’intention de faire baisser cette limite de détection des fuites à 5°C« , a-t-il précisé.

Il a fallu plusieurs années à l’équipe de recherche pour développer, réaliser et quantifier les expériences menées à ce jour. L’idée initiale d’un système de détection des fuites par caméra était née en 2019.

« Quatre ans plus tard, et nous savons qu’une approche schlieren d’orientation arrière pour visualiser les fuites est fiable à certaines températures, et elle semble prometteuse maintenant aussi pour la quantification« , a-t-il conclu. « Nous allons continuer à mesurer le débit d’air mais les résultats jusqu’à présent sont globalement favorables.« 

En synthèse

La détection visuelle des fuites d’air des bâtiments à l’aide d’une caméra numérique basée sur la technique de photographie schlieren d’orientation naturelle est une avancée prometteuse pour des diagnostics énergétiques plus rapides et précis. Cette approche innovante développée par les chercheurs du ORNL permet de visualiser facilement les fuites d’air à l’intérieur ou à l’extérieur d’un bâtiment grâce aux distorsions créées par les différences de température.

Couplée à des algorithmes de mesure du débit, cette technologie pourrait permettre de hiérarchiser les fuites les plus importantes et d’orienter efficacement les travaux d’isolation. Son adoption à grande échelle contribuerait à réduire significativement la consommation énergétique des bâtiments et les émissions de CO2 associées.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la technique de photographie schlieren ?

La photographie schlieren est une technique qui permet de visualiser les écoulements de fluides en se basant sur les variations de densité optique. Elle met en évidence les distorsions créées par des différences de température ou de composition.

Comment cette technique permet-elle de détecter les fuites d’air ?

L’air qui fuit crée un mirage invisible à l’œil nu dû à sa température différente de l’air ambiant. La caméra amplifie ces distorsions imperceptibles et les rend visibles sous forme d’ondulations, révélant ainsi les fuites.

Quels sont les avantages par rapport aux méthodes traditionnelles ?

Cette technique permet une détection visuelle directe, rapide et précise des fuites sans recours à des fumigènes. Elle fournit une cartographie des déperditions thermiques du bâtiment.

Cette technologie permet-elle également de mesurer les fuites ?

Oui, des algorithmes développés par le ORNL mesurent le débit d’air des fuites. Cela permettra de hiérarchiser les travaux d’isolation à réaliser.

Quand cette technologie sera-t-elle disponible ?

Elle est en cours de finalisation par les chercheurs et devrait être commercialisée prochainement, potentiellement dans les 12 à 24 mois.

Cette technologie est-elle coûteuse à mettre en œuvre ?

Non, elle utilise juste un appareil photo numérique basique. Son faible coût devrait permettre une adoption à grande échelle.

Légende illustration principale : Philip Boudreaux, chercheur en technologies du bâtiment, utilise un appareil photo et une technique connue sous le nom de photographie schlieren orientée vers l’arrière-plan pour identifier les sources de fuites d’air dans une maquette de mur en blocs de béton. Crédit : ORNL, Département de l’énergie des États-Unis

L’équipe de recherche sur la détection des fuites de l’ORNL comprend Bill Partridge, Gurneesh Jatana, Singanallur Venkatakrishnan, Rui Zhang, Emishaw Iffa, Diana Hun, Flavio Chuahy et Filipe Brandao.