Mettre Au Point Une Voiture Solaire Grâce À Une Caméra Thermique

Le 01/09/2013 à 14:00  

L'essentiel

Solar Team Twente, un groupe d'étudiants des universités néerlandaises Saxion et Twente, a développé un véhicule solaire dans le but de remporter l'édition 2013 du World Solar Challenge en Australie.

Le but : parcourir les 3000 kilomètres qui séparent les villes de Darwin et Adélaïde, si possible en gagnant la course.

Pour concevoir une voiture solaire capable de remplir cet objectif, l'équipe a fait appel à la thermographie et aux caméras thermiques de Flir Systems.

Une année sur deux depuis 1987, des équipes du monde entier participent au World Solar Challenge en Australie. Dans cette compétition amicale, les équipes en lice partent de Darwin avec la voiture solaire qu'elles ont conçue et fabriquée, et tentent d'arriver première à Adélaïde, environ 3000 km plus au sud. Depuis 2005, les universités néerlandaises Saxion (sciences appliquées) etTwente présentent une équipe lors de cette compétition. Cette année, cette participation prend la forme d'un groupe baptisé Solar Team Twente rassemblant 16 étudiants ayant suspendu leurs études pendant un an et demi pour tenter de décrocher la victoire.

SolarTeamTwente travaille comme un groupe d'étudiants complètement indépendant. Il conçoit, fabrique et teste la voiture, et entreprend par lui-même des coopérations avec des entreprises, des établissements d'enseignement et des médias. Cela requiert toutefois davantage qu'une équipe de 16 étudiants. Un groupe de partenaires et de conseillers ainsi que de nombreux étudiants de l'enseignement supérieur s'impliquent dans le projet pour accumuler de l'expérience et contribuer à la victoire. Les progrès technologiques et l'innovation sont absolument essentiels pour l'équipe. Car la création d'une voiture solaire demande de combiner plusieurs techniques de manière complexe. L'une des techniques utilisées pour la mise au point de ce véhicule du futur est l'imagerie thermique.

Le choix de l'imagerie thermique pour différentes applications

L'une des équipes précédentes des universités Saxion etTwente a découvert l'imagerie thermique sur un salon professionnel local et a immédiatement décelé le potentiel de cette technologie pour l'appliquer à la mise au point d'une voiture solaire. Mais le véhicule de cette équipe étant à ce moment-là déjà quasiment prêt pour le World Solar Challenge, elle a alors tout juste eu le temps d'installer avant le départ une caméra thermique permettant uniquement d'inspecter les panneaux solaires avant et pendant la course. L'expérience acquise par cette précédente équipe a ainsi permis à l'équipe de l'édition 2013 du World Solar Challenge qui se déroulera en octobre prochain, d'utiliser cette technologie dès le début de la mise au point de la voiture solaire. Et elle a demandé à Flir Systems, concepteur et fabricant de caméras thermiques, de soutenir son ambitieux projet en mettant à sa disposition une caméra thermique.

Dans la mise au point de la voiture solaire, l'imagerie thermique est principalement utilisée pour vérifier que les différentes pièces fonctionnent selon les calculs réalisés et conformément aux spécifications réglementaires du World Solar Challenge. Les freins font partie des pièces les plus importantes à tester, et l'imagerie thermique a joué un rôle crucial à cet effet. « Avec une vitesse moyenne de 50 km/h, pour des raisons de sécurité, la voiture doit réussir un essai de freinage consistant à l'arrêter complètement sur une distance donnée , indique Chiel De Wit, chef de produit de SolarTeamTwente. Nous avons conduit cet essai avec une maquette de la voiture solaire dans un aéroport voisin, car nous ne voulions pas risquer de révéler les technologies utilisées pour finir premiers à Adélaïde ». La caméra thermique a mesuré à différentes vitesses la chaleur croissante des disques de frein, et il a été confirmé que ces derniers répondent aux spécifications réglementaires. De plus, le moteur de la voiture solaire a été inspecté avec la caméra thermique lors de l'essai de sa capacité maximale. « Des capteurs thermiques étaient aussi installés sur le moteur, mais une image thermique procure beaucoup plus d'informations », assure Chiel De Wit.

L'efficacité énergétique est essentielle pour gagner la course. « Moins les différentes parties de la voiture consomment, mieux c'est, car cela signifie qu'une plus grande quantité d'énergie est disponible pour le moteur , explique Jelle Wagenvoort, responsable technique et membre de l'équipe dirigeante de Solar TeamTwente. Nous avons aussi utilisé la caméra thermique pour tester l'électronique embarquée et identifier les parties qui consomment le plus d'énergie, afin d'éventuellement les remplacer ou les modifier ».

21Connect est la voiture solaire avec laquelle l'équipe Solar Teeam Twente a atteint la cinquième place du World Solar Challenge 2011.

Solar Team Twente

Les panneaux solaires, qui convertissent l'énergie du soleil en électricité pour mettre la voiture en mouvement, sont sans aucun doute les pièces les plus importantes du véhicule. Les cellules photovoltaïques, éléments clés de chaque panneau, doivent être fiables et produire continuellement de l'électricité pendant la course. Une caméra thermique peut jouer un rôle important dans l'assurance qualité. L'utilisation de caméras thermiques pour l'évaluation des panneaux solaires présente plusieurs avantages : les anomalies sont clairement visibles sur l'excellente image thermique fournie par l'appareil et, contrairement à la plupart des autres méthodes, l'examen des panneaux installés est possible au cours de leur fonctionnement. Car l'imagerie thermique qui, rappelons-le, permet de visualiser le rayonnement infrarouge correspondant à la chaleur émise par tout corps ou tout objet, et cela avec une grande précision, ne nécessite aucune sorte d'éclairage pour reproduire une image où les plus infimes détails sont visibles, contrairement aux autres technologies comme l'amplification de lumière par exemple. Elle permet de tout voir quels que soient le niveau d'éclairage et les conditions météorologiques. Cette technologie est ainsi la seule à fonctionner dans l'obscurité la plus totale, à travers le brouillard, à grande distance, à travers la fumée, et capable de détecter toute personne se cachant dans l'ombre. « Une ou deux cellules endommagées peuvent causer une perte de production non négligeable du panneau solaire , précise M. DeWit. Il est très important de vérifier que les panneaux solaires sont en excellent état, avant la course mais aussi pendant celle-ci, pour pouvoir les réparer ou remplacer les éléments défectueux

Exemple d'images thermographiques enregistrées par la caméra infrarouge Flir T450sc sur la voiture solaire conçue et fabriquée par l'équipe Solar Teeam Twente : a) étrier de frein après un essai de freinage ; b) boîtier électronique de la batterie sous charge ; c) système de gestion de la batterie sous charge ; d) circuit de démarrage.

Solar Team Twente

Solar Team Twente a utilisé une caméra thermique portable Flir T450sc, dotée d'un bloc optique tournant et d'un écran tactile 320 x240 pixels.

Flir Systems

Une caméra thermique portable

Les caméras thermiques portables de Flir Systems sont largement utilisées dans le monde pour diverses applications. De nombreux produits et équipements sont mis au point à l'aide de ce type d'instruments. Les caméras thermiques sont utilisées pour constater et enregistrer en temps réel la répartition de la chaleur et les variations thermiques. Elles permettent aux ingénieurs et aux chercheurs de voir et de mesurer avec exactitude les motifs thermiques, la dissipation et les déperditions de chaleur, ainsi que d'autres phénomènes thermiques dans leurs équipements, leurs produits et leurs procédés.

Solar Team Twente a utilisé une caméra thermique portable Flir T450sc, dotée d'un bloc optique tournant et d'un écran tactile de 320 × 240 pixels. Les caméras thermiques portables telles que la Flir T450sc sont particulièrement adaptées aux essais dynamiques sur le terrain. « C'était très pratique, car nous avons utilisé cette caméra thermique pour différents essais en différents endroits , raconte M.Wagenvoort. C'était la première fois que nous travaillions avec un tel outil, et nous sommes très satisfaits de la qualité et de l'exactitude des images thermiques ainsi recueillies. » La caméra thermique FlirT450sc peut en effet déceler des différences de température d'à peine 0,04 °C. Son détecteur bénéficie d'une technologie de pointe et ses algorithmes perfectionnés permettent des performances élevées et des mesures précises, entre - 20 et +1500°C ( voir tableau page 50) .

« La caméra thermique nous a beaucoup aidés lors de la mise au point de notre voiture solaire , assure M. De Wit. Sans elle, nous n'aurions pas été certains que les pièces stratégiques du véhicule fonctionnent comme prévu. » Elle représente un atout technologique non seulement pour la mise au point, mais aussi pendant la course. « Notre objectif est de terminer et de gagner la course en moins de quatre jours , ajoute M.Wagenvoort. Pendant la course,il sera plusieurs fois nécessaire d'intervenir sur la voiture.Nous utiliserons la caméra thermique pour inspecter les panneaux solaires, mais aussi pour identifier les composants électriques qui nécessitent d'être refroidis. » Le refroidissement des composants est autorisé uniquement avec de l'eau à température ambiante. « Aucune méthode de refroidissement artificiel n'étant autorisée,il est très important d'identifier très vite les composants surchauffés pour prévenir une détérioration qui nous ralentirait », conclut M.Wagenvoort.