Analyse fonctionnelle d’un ballon captif pour thermographie aérienne (1s3 gr 2 équipe 2 )

Le ballon captif est-il l’appareil le plus rentable ainsi que le plus simple pour faire des thermographies aériennes ?

6.2 Analyse du besoin

-La thermographie aérienne sert à réaliser des cartographies thermiques de toitures de bâtiments de grande hauteur.

Thermographie d'une maison

Plus la couleur est sombre, plus c’est froid (pas de déperdition thermiques), plus la couleur est claire, plus c’est chaud (déperdition de chaleur)

Schéma de pourcentage de déperdition de chaleur  sur une maison mal isolée

Schéma de pourcentage de déperdition de chaleur sur une maison mal isolée

Source : www.agglo-carene.fr/1347365191639/0/fiche___actualite/&RH=OPAH

-La thermographie aérienne sert également à réaliser des détections de cavités souterraines, des détections de fuites hydrauliques souterraines importantes, des contrôles de centres d’enfouissement recherche de pollutions sur terre et en mer.

 

Analyse du système

FS1 : Permettre à un opérateur d’effectuer des relevés de thermographie infrarouge sur une station de ski.

FT2 : Transporter, orienter et piloter une caméra thermique infrarouge.

P3300028

Ballon captif blanc, nacelle noire sous le ballon contenant une caméra à thermographie, relié à un treuil par un câble

FT4 : Relever la position géographique.Ballon captif de thermographie (Source : http://www.thermocontrol.fr/02-IMAGES/05-Image-AERIENNE/P3300028.jpg)

Choix du ballon captif

Une solution technique qui a été retenu par le constructeur est l’utilisation du ballon « Gélule 2 » car il permet de transporter une masse totale de 3,7 kg ; cette masse équivaut à la somme des masses de la caméra, des systèmes de fixation qui fait 1,7 kg, il faut y ajouter celle du câble et de la nacelle, qui fait 3,7 kg.

Dimensions, caractéristiques et performances ( en plaine) des différents ballons captifs

(Source : Bac 2013 – Sciences de l’ingénieur )

Afin de réduire son impact environnemental, le système choisi est un ballon sphère car, contrairement au ballon dirigeable, il est peu coûteux et facilement transportable.

Le treuil reste immobile sur le sol, le ballon se dirige selon une trajectoire strictement verticale la caméra suit la direction du ballon et elle sera dirigé a distance,

La tension moyenne est de 12V pour le moteur. La vitesse angulaire à la sortie du moteur est réduit par un réducteur à engrenage et une transmission par poulies crantées. Pendant une montée, une simulation a permis de déterminer 900 joules d’énergie consommée. Le rendement du variateur de vitesse est à peu près égal à 100%. La consommation d’énergie en termes de vitesse est donc négligeable.

Les différent matériaux utilisés sont le carbone, l’aluminium, l’acier inoxydable, fibre de verre.

Evolution possible du ballon captif

Les évolutions possibles pouvant être apportées, sous forme fonctionnelle du système, seraient d’ajouter un moteur sur le ballon qui permettrait de le diriger à distance à l’aide d’une télécommande sans fil, d’augmenter l’autonomie de la caméra.

Comparaison du Ballon captif, à différents moyens de transport

Type

alimen-tation

Coût

Consommation

Niveau sonore

Hauteur de prise de vue

Émission de CO²

Type de mesures

Hélicoptère léger (2/3 places)

pétrole

250 € / h

chère

30 à 40 litre / h

( polluant )

70 dB à 500 m

(bruyant)

Mini 400 m

(grande hauteur)

Oui

Toitures sur grande zone

Hélicoptère mono-turbine (5/6 places)

pétrole

500 € / h

(chère)

100 à 140 litre / h

( polluant )

70 dB à 500 m

 (bruyant)

Mini 400 m

(grande hauteur)

Oui

Toitures sur grande zone

Avion de tourisme

pétrole

110 € / h

(chère)

27 litre / h

( polluant )

70 dB à 500 m

(bruyant)

Mini 400 m

 (grande hauteur)

Oui

Toitures sur grande zone

U.L.M

pétrole

110 € / h

(chère)

27 litre / h

( polluant )

35 dB

à 500 m

(bruyant)

Mini 400 m

(grande hauteur)

Oui

Toitures sur grande zone

Ballon Captif

/

30 € / h

(peu

chère)

0 litre / h

( non polluant )

0 dB à 0M

(pas bruyant)

Max 150m

(petite hauteur)

Non

Toiture, façades et sites difficiles d’accès

 

 

Vue d’un ballon captif pour thermographie aérienne

 

 Contrainte liée au Ballon captif

le ballon captif doit pouvoir résister a des températures très froide, à résister aux vents puissants, il ne doit pas s’envoler et doit être maîtrisé au sol et que le système de retenue soit résistant est maniable.

diagramme pieuvre d'un ballon captif à thermographie aérienne

Diagramme pieuvre d’un ballon captif à thermographie aérienne

 

Station de ski : FS1 : permettre à un opérateur d’effectuer des relevés de thermographie infrarouge sur une station de ski.

Condition météo: FS2 : être utilisable sous certaines conditions météorologiques.

Terrain : FS3 : s’adapter au terrain d’évolution.

Atmosphère : FS4 : être utilisable quelle que soit l’altitude du terrain.

Esthétique : FS5 : être esthétique (aspect des matériaux, formes, couleurs, etc.).

environnement : FS6 : respecter les normes environnementales.

Satellites : FS7 : connaître les coordonnées G.P.S de la prise de vue

Lien vers le sujet de bac de SCIENCES DE L’INGENIEUR

Thermographie aérienne d’une station de ski par ballon captif (1S2 équipe 2)

Notre objet d’étude est le ballon captif permettant de prendre des thermogramme.

Thermographie ? Késako ?

La thermographie ou thermographie infrarouge est une technique permettant d’obtenir une image thermique d’une scène par analyse des infrarouges. L’image obtenue est appelée « thermogramme».

Image thermique de l’émission d’un radiateur à travers un mur issue du travail d’Hugues Crépin. (source : wikipédia.com)

Problématiques :

-Comment concevoir un outil d’observation aérienne ?

-Comment décrire le besoin, les contraintes, le fonctionnement, … pour un objet technique existant ?

-Comment le besoin et les contraintes sont prises en compte dans la conception des solutions techniques ?

Tout d’abord nous analysons le besoin:

On veut pouvoir prendre des températures en altitude sur les constructions neuves et de mesurer les progrès effectués sur les bâtiments en cours de réhabilitation sur une station de ski. Autrement dit il faut que l’utilisateur ait un outil d’observation qui lui permette de prendre des relevés thermographiques en altitude.Ensuite on peut établir les fonctions que l’appareil doit assurer et les contraintes auquel il va être soumis. Pour cela nous utilisons un diagramme des interacteurs :

interacteurs

Diagramme des intéeracteurs (Source : sujet du baccalauréat 2014)

Enfin nous allons analyser comment le besoin et les contraintes sont prises en compte dans la conception des solutions techniques:

Les différentes contraintes sont notamment pour le ballon , le poids du matériel ,la prise au vents du ballon ! La qualité de la caméra thermique ainsi que sa porter de vue de plus le ballon doit pouvoir être assez résistant pour pouvoir porter le matériel.

Le ballon doit accéder a des endroits escarpé et difficile d’accès, comme en montagne, pour les drones ou autres !

Le ballon, lui est plus compliquer que le drone ou autre il ne suffit pas seulement d’une télécommande pour le commander mais comme par exemple il faut un treuil pour pouvoir le guider ! Un exemple ci dessous d’un ballon :

Pour utiliser le ballon il faut pour cela un treuil munit d’un câble pour ” guider ” le ballon , le pupitre radio sert lui a pouvoir contrôler la caméra qui est sur le ballon.

Les flux d’informations:
Le ballon captif est relié au sol par un câble , malgré cela le ballon n’est pas relié au pupitre multimédia en filaire.
Il est relié par radio , cela facilite énormément de nombreuses contraintes notamment au niveau du poids.
Il faut donc un émetteur radio sur le ballon et un récepteurs sur le pupitre radio.
C’est aussi une des raisons pour laquelle la contrainte de l’altitude très basse est obligatoire.

point de vue externe

Schéma expliquant le fonctionnement du visionnage des capture thermographique (Source : photo-aerienne-91.com/altelia-photo-aerienne.htm)

croquis

schéma original de Alix C.qui explique les solutions techniques du ballon captif

Aperçu de fonctionnement :

chateau 1

Photographie aérienne du Louvre (Paris) ( Source :phodia.com/activites/photographie-aerienne/)

chateau 2

Point de vue thermographique du Louvre : on observe des perditions de chaleur au niveau du toît et des fenêtre (Source : thermographie-aerienne.fr/)

Vidéo Youtube montrant le fonctionnement des prises de vue aérienne thermique :

 Pour conclure nous allons comparer avec les autres outils d’observation aérienne:

Par rapport aux autres type de véhicules utilisés, le ballon captif a beaucoup d’avantages:

 Il ne consomme pas de carburant et n’émet pas de carbone. (Cela convient àFS6 : “respecter les normes environnementales”.)

 En ce qui concerne le niveau sonore, le ballon captif ne fait pas de bruit, tandis que les autres en font.(Par exemple, un avion de tourisme émet 70 dB à 500m. )

(Cela convient à FS6 : “respecter les normes environnementales”.)

Le ballon captif a un coût de 30 euro/h de vol.( Alors qu’un ULM coûte 60euro/h , un avion de tourisme, 110 euro/h, un hélicoptère mono-turbine, 500 euro/h et un hélicoptère léger, 250 euro/h.)

Le ballon captif peut s’adapter aux différents types de mesure incluant «toitures» , « façades » et « sites difficiles d’accès» tandis que les autres éléments de la liste ne peuvent que travailler sur les toitures de grande zone. (Cet avantage convient à FS3: “s’adapter au terrain d’évolution”.)

Par contre, le ballon captif ne peut pas satisfaire FS4:”être utilisable quelle que soit l’altitude de terrain” du fait qu’il peut monter à 150 mètres au maximum beaucoup moins haut que les autres qui peuvent monter jusqu’à 400 mètres.

Hélicoptère léger (2/3 places)

Hélicoptère monoturbine (5/6 places)

Avion de tourisme

ULM

BALLON CAPTIF

Bruit : Bruyant Bruyant Bruyant Bruyant Non bruyant
Pollution Polluant Polluant Polluant Polluant Non polluant
Consommation(L.h) 30 à 40 100 à 140 27 27
Prix: 250€ par heure 500,00 € 110,00 € 110,00 € 30,00 €
Grandeur de mesure : Grande zone Grande zone Grande zone Grande zone Toitures, facades , sites difficiles d’accès
Prise de vue 400 m minnimum 400m minimum 400 m minnimum 400m minimum Max 150 m

Un article signé Félix P., Sijia Y., Anthony L. et Corentin B.

 

Ballon captif de thermographie aérienne : Analyse fonctionelle (1S2, équipe 4)

xcvbnLes besoins

Produire une carte de la thermographie d’une zone spécifiée. Les utilisateurs sont les municipalités, elles s’en servent afin de repérer les maisons mal isolées et pour pouvoir proposer une amélioration.

Qu’est-ce que la thermographie? C’est une méthode qui permet de relever les différences de chaleurs sur différents points d’une cible en fonction des émissions de lumière infrarouge.

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Exemple de thermographie:

thermographie_maison

Source: Wikipédia         Auteur: Passivhaus Institut

         On peut par exemple constater sur cette image une perte de chaleur au niveau des fenêtres du bâtiment en arrière plan.

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Avantages et inconvénients du ballon captif par rapport à d'autres systèmes.

Avantages et inconvénients du ballon captif par rapport à d’autres systèmes.

Avantage de ce système par rapport aux ULM, hélicoptères et avions :

  • Pouvoir photographier le toit ET les façades des bâtiments.

  • Détecte les cavités souterraines.

  • Détecte les fuites hydrauliques.

  • Silencieux.

  • Écologique.

  • Précis.

  • Adaptable à l’environnement.

  • Peu de démarches administratives.

Inconvénients de ce système par rapport aux ULM, hélicoptères et avions :

  • Ne peut prendre que de petites zones.

Contraintes :

  • Devoir transporter le système de mesures.

  • Pouvoir orienter le système de mesure.

  • Communiquer avec le sol.

  • S’adapter aux conditions.

 

Diagramme des intégrateurs pour le ballon :interacteurs

 

Diagramme FAST:

Fast

 

Croquis du ballon captif :croquis

 

Analyse du système

  • Le câble est une solution technique retenue pour la fonction : Maintenir le dispositif en altitude. Son utilisation est justifiée car le câble est d’utilisation facile et est peu cher. Le Treuil est une solution technique retenue pour la fonction : Modifier l’altitude des prises de vues. Son utilisation est justifiée car le treuil est l’une des seules solutions viables pour cette solution.

  • Le ballon à été utilisé dans le but de répondre à la fonction : Engendrer une force ascensionnelle. Son utilisation est donc intéressante pour des raisons écologique, de réduction de nuisance sonore et sa capacité à être recyclé.

  • Une évolution possible serait de pouvoir s’éclairer. Le ballon pourrait ainsi poursuivre sont travail durant la nuit, en voyant et étant vu.

  • Les différents mouvements des systèmes sont, le changement de hauteur du ballon, grâce au treuil, et le déplacement de la caméra, grâce à la nacelle.

  • Les Flux d’informations sont, la capture vidéo de la caméra, l’acquisition GPS et les informations de pilotage.

    Les Flux d’énergies sont inexistants pour ce système.

 

Membres de l’équipe 4 (1S2): W. Vincent, P. Archibald, C. Alix, W. Xinru