Version scientifique · Article 2

Influence du refroidissement Peltier sur la caractérisation de l’IMX477

Comparaison de deux campagnes EIP sur la Raspberry Pi HQ : ventilation seule puis refroidisseur thermoélectrique au maximum. Protocole, mesures, modèles statistiques et limites d’interprétation.

RAW12BGGRGain 1Analyse spatiale
Périmètre du résultat. Les températures des images d’obscurité longues passent de 25–27 °C à 0–1 °C. Les quantiles positifs des pentes et plusieurs métriques spatiales sont moins élevés dans la campagne froide. Le courant d’obscurité typique reste non résolu dans les deux états. Cette comparaison seule ne démontre aucun effet thermique causal sur le gain de conversion, le bruit de lecture ou l’origine des motifs.
Rapport de synthèse — IMX477 · campagne Peltier6 octobre 2026Mesures, figures et conclusions de la campagne EIP. Consulter le rapport PDF

1. Question scientifique et périmètre

Que change réellement le passage d’environ 26 °C à 0–1 °C dans les mesures de l’IMX477 ? Cette étude prolonge la caractérisation initiale de la Raspberry Pi HQ. J’examine les caractéristiques générales du capteur, puis les signatures d’obscurité qui empêchaient de séparer le courant d’obscurité typique des déplacements instrumentaux du fond.

EIP assure l’acquisition, la conservation des mesures et l’application reproductible des traitements. Les deux campagnes du 6 octobre 2026 utilisent la même caméra, selon la continuité du montage confirmée par l’auteur. Elles comparent une ventilation seule et un refroidisseur Peltier au maximum. Les conclusions concernent cette expérience, pas tous les IMX477 : une observation entre deux campagnes n’est pas une causalité démontrée.

2. Montage thermique et protocole expérimental

Du montage ventilé au couplage Peltier

La référence chaude est acquise sans Peltier actif, dans une ambiance de l’ordre de 23 à 24 °C. Deux ventilateurs d’appoint soufflent vers l’arrière du circuit imprimé (PCB, Printed Circuit Board) de la HQ afin de limiter l’auto-échauffement. La présence physique du refroidisseur ne signifie pas qu’il soit alimenté.

Deux ventilateurs d’appoint dirigés vers l’arrière du circuit imprimé de la caméra.
Référence chaude : ventilation forcée, sans Peltier actif pendant la campagne.
Vue de conception assistée par ordinateur de l’implantation de la caméra dans PiNox.
Implantation mécanique en conception assistée par ordinateur (CAO). Le dessin ne démontre pas l’état réel du contact thermique.

Le refroidisseur pour smartphone réunit module thermoélectrique, ventilateur côté chaud et électronique. La campagne froide est réalisée avec le refroidisseur réglé à sa puissance maximale, sans asservissement en température. Le module porte le marquage FZ-2302 et mesure environ 25 × 25 × 4,64 mm ; l’épaisseur exclut l’encollage et l’interface côté ventilateur. Sa référence commerciale exacte et ses caractéristiques électriques propres n’ont pas été établies. La tension aux bornes n’a pas été mesurée. Aucune tension ou courant nominal, puissance frigorifique maximale, différence maximale de température ou efficacité n’est déduite du marquage.

La face de contact prévue pour le téléphone est retirée et la pâte nettoyée. Un pad thermique assure ensuite le couplage thermique avec l’arrière du PCB : le transfert passe par l’interface et la structure de la caméra, sans contact direct avec le silicium. L’effet Peltier déplace la chaleur vers la face chaude ; le ventilateur intégré doit l’évacuer.

Face carrée du module thermoélectrique accessible après ouverture du refroidisseur.
Module ouvert ; marquage FZ-2302 relevé par l’auteur.
Arrière du circuit imprimé et refroidisseur ouverts avant pose du pad.
Préparation de l’interface thermique.
Pad thermique posé à l’arrière du circuit imprimé de la caméra.
Pad installé avant fermeture du contact.
Boîtier PiNox ouvert avec le Raspberry Pi et les éléments du refroidissement.
Intégration mécanique ; cette photographie seule ne permet pas de déterminer l’état électrique.

Consommation de l’ensemble

La puissance instantanée est mesurée à la prise, en amont du bloc 230 V → USB-C, avec un wattmètre GreenBlue GB620 E, ASIN B0DGQLWCCN. Le constructeur annonce une plage d’environ 0,3 à 3680 W et une précision sur la puissance de ±2 %. Ce n’est ni un étalonnage indépendant ni un budget complet d’incertitude.

Wattmètre affichant 4,7 W pour le Raspberry Pi seul.
Raspberry Pi seul : environ 4,7 W à la prise.
Wattmètre affichant 14,0 W pour le Pi et le refroidisseur au maximum.
Pi et refroidisseur : 14,0 W au réglage maximal utilisé pendant la campagne froide.

Le surcroît observé est d’environ 9,3 W. Il englobe le Peltier, son ventilateur, son électronique et les différences de pertes de l’alimentation. Ni 9,3 W ni 14,0 W ne représentent la puissance du Peltier seul. Les répétitions, la stabilité de lecture et la charge du Pi ne sont pas documentées ; aucune incertitude de la différence ou énergie totale de campagne n’est calculée.

Acquisition et échantillonnage

Les deux campagnes utilisent des données brutes (RAW) 12 bits, 4056 × 3040 pixels, plein champ. La matrice de filtres colorés (CFA) est BGGR. Le niveau noir de référence est 256 ADU (unités numériques), le code blanc 4095, soit 3839 niveaux au-dessus du noir. Le gain analogique des images d’obscurité longues est 1.

Huit durées sont étudiées : 0,1 ; 1 ; 5 ; 10 ; 30 ; 60 ; 120 et 300 s. Chaque palier comporte dix images, soit 80 par campagne. L’ordre d’acquisition alterne les durées et prévoit 60 s de repos thermique entre paliers. Il réduit la confusion entre durée et échauffement, sans constituer une randomisation ou des répétitions indépendantes chaud/froid.

Pour les statistiques temporelles, 16 060 positions sont suivies de manière identique dans les deux campagnes ; les quatre phases de Bayer sont représentées. L’analyse spatiale de la section 7 porte, elle, sur le plein capteur.

La courbe de transfert photonique utilise douze niveaux par gain, vingt images par niveau, soit dix paires. Le bruit de lecture est estimé sur cinquante images d’obscurité courtes par gain, soit vingt-cinq paires. Au total, les huit gains fournissent 960 paires pour la courbe de transfert et 200 pour le bruit, sans rejet pour non-comparabilité. La grille d’exposition de la référence chaude est réglée manuellement, celle de la campagne froide automatiquement : l’éclairement n’est pas strictement identique.

3. Températures effectivement obtenues

Chaque série longue possède 72 températures disponibles sur 80 images. La première image de chaque palier est sans mesure thermique ; l’image elle-même est conservée. Aucune valeur manquante n’est interpolée. Les plages sont 25–27 °C à chaud et 0–1 °C à froid, avec des moyennes d’environ 26,03 °C et 0,43 °C.

Ces moyennes peuvent avoir des décimales alors que la mesure thermique est quantifiée au degré. Elles résument plusieurs lectures entières ; elles n’améliorent pas la résolution du thermomètre.

Moyennes et plages de température des huit durées d’exposition dans les campagnes chaude et froide.
Températures des images d’obscurité longues : neuf mesures par palier. Minima et maxima observés, pas intervalles de confiance. L’axe des durées est logarithmique ; il ne représente pas la chronologie d’acquisition.

Ces plages ne décrivent pas toutes les acquisitions. À gain 1, les paires de bruit de lecture couvrent 23–26 °C à chaud et 0–2 °C à froid ; la courbe de transfert couvre 24–27 °C et 0–2 °C. Selon les gains, les températures agrégées des paires atteignent 30 °C et 3 °C.

Courbes de température de la caméra et du processeur pendant les premiers essais Peltier du 11 septembre.
Essais du 11 septembre 2026, distincts des campagnes d’octobre. Sans données tabulaires ni journal de commande, aucune constante de temps ou attribution précise des ruptures n’est extraite.

4. Paramètres généraux du capteur

Ces paramètres servent à situer la comparaison, non à refaire toute la caractérisation du premier article. Les valeurs restent du même ordre ; les différences observées ne suffisent pas à démontrer une dépendance thermique.

Caractéristiques générales : deux campagnes, pas une loi en température.
Grandeur≈26 °C0–1 °CInterprétation
K à gain 1 (e⁻/ADU)2,3270962,308443Valeurs proches ; conditions de comparaison différentes.
Bruit de lecture à gain 1 (e⁻)3,5176463,385063Même ordre de grandeur.
Bruit à gain 22,260870 (e⁻)1,6685541,573008Différence observée, causalité non établie.
Comportement multi-gainContinuContinuAucune rupture démontrée sur les huit gains.
Capacité effective à gain 1 (e⁻)≈8 310≈7 465Estimation instrumentale liée à la saturation et au domaine d’ajustement.
Dynamique à gain 1 (diaphragmes)11,20611,107Ne démontre pas une perte physique causée par le froid.

Courbe de transfert photonique à gain 1

La courbe de transfert photonique (PTC, Photon Transfer Curve) relie la variance temporelle au niveau moyen du signal dans la zone linéaire. Le gain de conversion K exprime la conversion en électrons par ADU. Les erreurs standard de l’ajustement sont ±0,001084 e⁻/ADU à chaud et ±0,001348 à froid ; elles ne représentent pas une incertitude instrumentale totale.

Les coefficients de détermination R² valent respectivement 0,99999848 et 0,99999692. Sur douze niveaux acquis, neuf sont retenus à chaud et onze à froid ; trois et un sont rejetés. Les ajustements sont très linéaires, mais leurs domaines et leur approche de saturation diffèrent. Une confusion thermique est signalée à gain 1 dans la référence chaude. La légère différence de K reste une observation, pas un effet causal établi du refroidissement.

Bruit de lecture par différences de paires

Pour deux images comparables A et B, sous l’hypothèse de fluctuations indépendantes de même variance, le bruit de lecture est estimé par l’écart-type de leur différence, divisé par √2 :

σlecture, ADU = σ(A − B) / √2

La conversion en électrons utilise le K mesuré au gain concerné, pas une extrapolation du seul gain 1 :

σlecture, e = K × σlecture, ADU

Les unités sont cohérentes : (e⁻/ADU) × ADU = e⁻. À gain 1, les bruits numériques sont 1,511603 ADU à chaud et 1,466384 à froid. Les différences de paires séparent une dispersion de lecture d’un niveau de base fixe, mais leur comparaison reste liée aux températures, aux conditions de lecture et à K. Aucun intervalle d’incertitude comparative ne permet ici d’attribuer la différence au refroidissement.

Huit gains, sans rupture démontrée

Les gains effectifs sont identiques : 1 ; 1,556231 ; 2,426540 ; 3,778598 ; 5,885057 ; 9,142858 ; 14,222222 ; 22,260870. Le comportement retenu est continu et monotone dans les deux états. Pour départager un modèle continu et un modèle avec rupture, le critère d’information bayésien (BIC, Bayesian Information Criterion) tient compte à la fois de l’ajustement et de la complexité du modèle.

La convention est ici ΔBIC = BIC du modèle continu − BIC du modèle à rupture. Les valeurs −8,05165 à chaud et −5,86966 à froid favorisent donc le modèle continu. Le rééchantillonnage statistique, avec 2 000 répétitions, donne p = 0,51524 et 0,59720. Aucune rupture n’est statistiquement établie sur ces huit gains. Cela ne prouve pas l’absence d’une transition hors de la plage étudiée ou sous la sensibilité du protocole.

5. Recherche du courant d’obscurité

Modèle du niveau moyen

À chaque position i, les dix images d’un palier sont moyennées. Une régression linéaire sur les huit durées d’exposition décrit ensuite ce niveau moyen :

yi(t) = ai + mit

yi(t) est le niveau moyen à la durée t, en ADU ; ai est le niveau initial estimé, ou ordonnée à l’origine ; mi est une pente apparente en ADU/pixel/s.

Une pente positive peut contenir une contribution du courant d’obscurité, mais aussi une dérive du niveau noir, un déplacement électronique ou une contribution commune à de nombreux pixels. Une dérive du piédestal ou du mode commun peut donc modifier le niveau moyen. mi n’est pas automatiquement un courant physique.

Distinction méthodologique : pente du niveau moyen ≠ pente de variance temporelle. Cette étude ajuste le niveau moyen selon l’exposition. La future investigation cherchera une signature dans la variance temporelle. Les deux estimateurs ne mesurent pas la même chose, même si la variance intervient déjà dans la PTC.

Critère global de pente positive

Le diagnostic global du niveau de base est distinct de la distribution des pentes individuelles. Le critère recherche spécifiquement une pente positive supérieure à 1,96 fois son erreur standard :

mglobal > 1,96 σm

σm désigne l’erreur standard de la pente globale. Il s’agit du critère utilisé dans cette étude, non d’un test bilatéral d’absence de toute dérive.

Diagnostic global : pente du niveau de base en fonction de l’exposition.
Indicateur≈26 °C0–1 °C
Pente (ADU/pixel/s)−0,00109167−0,00213482
Erreur standard (ADU/pixel/s)0,000921810,00095292
R²0,1894620,455478
Courant typiqueNon résoluNon résolu

Les deux pentes sont négatives. À froid, z = mglobal / σm ≈ −2,2403 : ce signe ne satisfait pas la recherche d’une pente positive. Le critère ne détecte donc aucune pente positive significative, mais ne teste pas l’absence de toute dérive. Une dérive négative reste possible.

Non résolu ≠ nul. Aucune valeur physique fiable du courant d’obscurité typique n’est obtenue dans les deux campagnes. Ce résultat ne signifie ni un courant nul, ni un courant physique négatif, ni une borne supérieure validée.

6. Distribution des pentes et pixels chauds

La population des pentes {mi} est résumée par sa médiane, ses percentiles et une dispersion robuste. Les quantiles sont interpolés dans cette population mesurée. p90 et p99 sont moins élevés à froid sur les mêmes positions et avec le même estimateur : ils décrivent la queue positive, pas un courant typique. Aucun intervalle de confiance de leur différence n’est disponible.

Comparaison des percentiles p90 et p99 des pentes apparentes à chaud et à froid.
Percentiles de la distribution des pentes apparentes du niveau moyen en fonction de la durée d’exposition, en ADU/pixel/s. Quatre indicateurs descriptifs, sans barre d’incertitude.
Distribution sur 16 060 positions : niveaux descriptifs et sélection adaptative.
Grandeur≈26 °C0–1 °C
Médiane (ADU/pixel/s)−0,00544253−0,00575600
p90 (ADU/pixel/s)0,009029180,00706071
p99 (ADU/pixel/s)0,040306610,03186904
Seuil (ADU/pixel/s)0,054425320,05756005
Positions signalées75 · 0,467 %23 · 0,143 %

Les pixels chauds temporels sont les positions dont la pente dépasse un seuil T dépendant de la distribution :

T = max(10 × |m̃|,6 × 1,4826 × MAD)

m̃ est la médiane des pentes. La MAD (Median Absolute Deviation) est la médiane des écarts absolus à cette médiane : MAD = médiane(|mi − m̃|). La première branche du maximum fixe le seuil dans les deux campagnes.

Le seuil réalisé est plus élevé à froid : environ 0,05443 ADU/pixel/s à chaud contre 0,05756 à froid. 75 contre 23 n’est donc pas une comparaison à seuil fixe. On ne peut affirmer ni l’élimination de 52 pixels physiques ni une division de leur population par trois.

7. Structures spatiales à 300 s

Pour chaque campagne, dix images de 300 s sont combinées par médiane temporelle entière en un master plein capteur, 4056 × 3040, avec la CFA BGGR conservée. Le gain analogique est 1 et le gain numérique proche de 1. Une structure basse fréquence est ensuite évaluée sur une grille régulière ; cette carte dérivée n’est pas le master.

Après moyenne des quatre positions de chaque cellule Bayer 2 × 2, des médianes de blocs estiment la composante basse fréquence. La maille correspond à 64 × 64 pixels du capteur, soit 32 × 32 cellules Bayer, sur une grille de 64 × 48 blocs avec blocs partiels aux bords. Un masque exclut les valeurs extrêmes au-delà du percentile p99,9 et les saturations. La règle de rejet est identique, mais les seuils réalisés sont 300 ADU à chaud et 282 ADU à froid : les pixels retenus ne sont pas strictement les mêmes.

Structure basse fréquence chaude à 300 s, cellules visibles dans une échelle de gris commune.
Chaud : médianes de blocs, affichées sans interpolation. Les carrés montrent la maille de l’estimateur, pas des régions physiques de sensibilité.
Structure basse fréquence froide à 300 s, dans la même orientation et la même échelle que la carte chaude.
Froid : même orientation et plage de gris, de 254 ADU (noir) à 258 ADU (blanc). Le contraste est étiré pour rendre les écarts visibles.

Les cellules sont affichées au plus proche voisin, sans interpolation ni anticrénelage, afin de ne pas suggérer une résolution spatiale supérieure à celle de l’estimateur. L’écrêtage concerne seulement le rendu ; les valeurs mesurées sont conservées.

Métriques spatiales à 300 s (ADU) : comparaison descriptive avec masques adaptatifs.
Métrique≈26 °C0–1 °C
Bords moins centre+0,50+0,25
Coins moins centre+0,75+0,25
RMS par lignes0,2445330,204825
RMS par colonnes0,0313100,022889

Les RMS sont arrondis à six décimales dans ce tableau. Les valeurs non arrondies sont, par lignes, 0,244532878 et 0,204825132 ADU ; par colonnes, 0,031309741 et 0,022888862 ADU. Elles concernent les dix images de chaque campagne comparée ici, et non l’étude historique à vingt images du premier article.

Les profils sont calculés après moyenne Bayer 2 × 2 et retrait de la médiane du bloc local. Une médiane selon chaque axe donne un profil par lignes et un profil par colonnes, chacun centré sur sa moyenne arithmétique. Ce sont des statistiques spatiales du master, pas une variance temporelle.

Profils centrés par lignes et par colonnes, comparant chaud et froid sans lissage.
Profils par lignes et colonnes de cellules Bayer après retrait de la composante basse fréquence, centrés sur leur moyenne. Positions en pixels du capteur, niveaux en ADU ; aucun lissage.

Pour un profil centré de N valeurs xi, le RMS (Root Mean Square) mesure l’amplitude typique des variations autour du niveau moyen :

RMS = √[(1/N) ∑i=1N xi2]

Dans ce cas, il correspond à l’écart-type de population. Les métriques sont moins élevées dans la campagne froide, mais les motifs persistent. Les valeurs sous l’ADU résultent des agrégations et des statistiques ; la quantification d’un RAW individuel reste à 1 ADU. La comparaison est descriptive, pas une mesure causale pure.

8. Comparabilité et limites expérimentales

Le socle commun — caméra, durées, gains analogiques et positions suivies — rend la comparaison pertinente. Il ne suffit pas à isoler la température des autres conditions. Les erreurs standard des ajustements ne remplacent pas un budget d’incertitude couvrant ces différences expérimentales. Ni une loi thermique du courant typique ni une attribution de l’origine des motifs ne peut en être déduite.

9. Ce que le refroidissement permet de conclure

Observé

Le refroidisseur au maximum permet des acquisitions longues avec une température de 0 à 1 °C, contre 25 à 27 °C sous ventilation seule. La queue positive des pentes apparentes est moins élevée ; plusieurs métriques spatiales sont réduites et moins de positions temporelles sont signalées comme atypiques, avec un seuil différent. Le gain de conversion et le bruit restent du même ordre. Les motifs spatiaux sont toujours présents.

Non démontré

Ces deux campagnes n’établissent ni une loi causale thermique, ni une modification physique de K ou du bruit attribuable au froid, ni l’origine des motifs. Le courant d’obscurité typique demeure non résolu : on ne peut pas conclure qu’il est nul. Aucune borne supérieure validée n’est obtenue. Ce résultat est une limite de séparation des contributions, pas une absence d’analyse.

À mesurer ensuite

La priorité est une étude plus sensible, répétée et capable de distinguer contributions thermiques et dérives communes. Deux campagnes ne constituent pas une caractérisation thermique complète.

10. Suite de l’étude

Le prochain article posera la question : « Comment mesurer un courant d’obscurité presque invisible ? » Le protocole envisagé confrontera variance temporelle et différences de paires, retrait du mode commun et analyse séparée des phases CFA. Il devra établir ses répétitions et sa sensibilité avant de proposer une mesure, ou une borne supérieure si aucune pente positive crédible n’est détectée. Aucun résultat de cette future étude n’est considéré comme acquis.

Pour continuer

Autre niveau de lecture

Version découverte · Reprendre l’expérience par les images et l’intuition.

Dans la série

  1. Article 1 · ScientifiqueCaractérisation expérimentale de l’IMX477
  2. Article 2 · ScientifiqueInfluence du refroidissement Peltier sur la caractérisation de l’IMX477
  3. Article 3 · À venirComment mesurer un courant d’obscurité presque invisible ?

Sources consultées le 7 octobre 2026. Les deux versions reposent sur les mêmes données, les mêmes résultats et les mêmes limites. Seule la manière de les expliquer diffère.