Une caméra thermique pour optimiser une voiture solaire

Une année sur deux depuis 1987, des équipes du monde entier participent au World Solar Challenge en Australie. Dans cette compétition amicale, les équipes partent de Darwin avec la voiture qu'elles ont conçue et fabriquée, et tentent d'arriver première à Adélaïde, environ 3.000 km au sud.

Depuis 2005, les universités néerlandaises Saxion (sciences appliquées) et Twente présentent une équipe. Regroupant 16 étudiants, Solar Team Twente 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 demande toutefois plus qu'une équipe de 16 étudiants. Une équipe de partenaires et de conseillers et 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. La création d'une voiture solaire demande de combiner plusieurs techniques de manière complexe. L'une des techniques utilisées pour la mise au point est l'imagerie thermique.

Pourquoi l'imagerie thermique ?
Une des équipes précédentes des universités Saxion et de Twente a découvert l'imagerie thermique sur un salon professionnel local. Elle a immédiatement vu que cela pouvait s'appliquer à la mise au point de la voiture solaire. Sa voiture étant alors quasi prête pour le World Solar Challenge, elle a utilisé une caméra thermique uniquement pour inspecter les panneaux solaires avant et pendant la course. L'expérience de cette équipe a permis à l'équipe actuelle d'utiliser cette technologie dès le début de la mise au point. Elle a demandé à Flir Systems de soutenir son ambitieux projet en mettant à sa disposition une caméra thermique.

Vérifier que les différentes pièces fonctionnent
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 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 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 Solar Team Twente. "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."

Économiser l'énergie
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 Team Twente. "Nous avons 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."

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. Les cellules photovoltaïques, élément clé 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 et, contrairement à la plupart des autres méthodes, l'examen des panneaux installés est possible au cours de leur fonctionnement. "Une ou deux cellules endommagées peuvent causer une perte de production non négligeable du panneau solaire", précise Chiel De Wit. "Il est très important de vérifier que les panneaux solaires sont en excellent état, avant la course mais aussi pendant celle-ci, pour pouvoir réparer ou remplacer les éléments défectueux."

Caméra thermique portable FLIR T450sc
Les caméras thermiques portables de FLIR sont largement utilisées dans le monde pour diverses applications. De nombreux nouveaux produits sont mis au point à l'aide d'une caméra thermique. 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 fuites de chaleur, ainsi que d'autres phénomènes thermiques dans leur équipement, 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 idéales pour les essais dynamiques sur le terrain. "C'était très pratique, car nous avons utilisé cette caméra thermique pour différents essais en différents endroits", raconte Jelle 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." La caméra thermique FLIR T450sc peut 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 °C et +1500 °C.

"La caméra thermique nous a beaucoup aidés lors de la mise au point de notre voiture solaire", continue Chiel De Wit. "Sans elle, nous n'aurions pas été certains que certaines pièces 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 Jelle 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. Nous sommes confiants : à l'aide de l'imagerie thermique, nous avons mis au point une voiture solaire qui sera bien placée dans la prochaine compétition." conclut Jelle Wagenvoort.