Introduction

Lors de l’utilisation d’un thermomètre infrarouge, il arrive que deux objets ayant pratiquement la même température réelle donnent des résultats différents lorsque l’un est noir et l’autre blanc, argenté ou recouvert d’une finition différente.

Cela peut donner l’impression que le thermomètre infrarouge détermine la température en fonction de la couleur.

En réalité, il ne mesure pas la couleur visible. Il détecte le rayonnement infrarouge émis par la surface et utilise cette énergie pour déterminer sa température. Lorsque différentes couleurs produisent des valeurs différentes, la cause est généralement liée au matériau, au revêtement, à la finition, à l’oxydation, à la réflectivité et à l’émissivité.

Le facteur important n’est donc pas simplement de savoir si une surface est noire ou blanche, mais de connaître son comportement dans le domaine infrarouge.

Points essentiels

● Un thermomètre infrarouge détecte le rayonnement infrarouge, et non la couleur visible.
● Les différences entre surfaces de couleurs différentes sont souvent liées à leur émissivité.
● Le matériau, le revêtement, la rugosité, l’oxydation et le niveau de brillance sont généralement plus importants que la couleur seule.
● Une surface noire ne possède pas nécessairement une émissivité élevée, et une surface blanche n’a pas nécessairement une faible émissivité.
● Les métaux brillants sont généralement plus difficiles à mesurer correctement que les peintures, plastiques, caoutchoucs et autres surfaces à forte émissivité.
● Un réglage correct de l’émissivité améliore nettement la fiabilité d’un thermomètre infrarouge réglable.

Que mesure réellement un thermomètre infrarouge ?

Tout objet dont la température est supérieure au zéro absolu émet un rayonnement thermique, dont une partie se situe dans le domaine infrarouge.

Le système optique du thermomètre capte cette énergie. Le détecteur infrarouge la transforme ensuite en signal électrique, puis l’électronique de l’appareil calcule la température de surface correspondante.

La température n’est donc pas déterminée à partir de couleurs visibles telles que le rouge, le jaune, le noir ou le blanc.

L’un des paramètres les plus importants est l’émissivité.

L’émissivité représente la capacité d’une surface réelle à émettre un rayonnement infrarouge par rapport à un corps noir idéal. Elle est généralement exprimée par une valeur comprise entre 0 et 1.

Les matériaux et les états de surface peuvent présenter des émissivités très différentes. Si l’émissivité réglée sur l’appareil ne correspond pas à celle de la cible, la température affichée peut différer de la température réelle de la surface.

Pourquoi différentes couleurs semblent-elles produire des températures différentes ?

Dans les applications réelles, une différence de couleur s’accompagne souvent d’autres différences de surface.

Par exemple, une partie noire d’une plaque métallique peut être peinte, tandis qu’une partie argentée voisine peut être constituée de métal nu et poli. Ces zones diffèrent alors non seulement par leur couleur visible, mais également par leur revêtement, leur structure, leur réflectivité et leur émissivité.

Les écarts peuvent notamment provenir des facteurs suivants :

● Surface peinte ou non peinte ;
● Surface polie ou rugueuse ;
● Matériaux de base différents ;
● Présence ou absence d’oxydation ;
● Rugosité de surface différente ;
● Émissivité différente.

Dans de nombreux cas, la différence de couleur n’est donc qu’un indice visible. La cause réelle réside dans les propriétés infrarouges des surfaces.

Les surfaces noires sont-elles toujours plus faciles à mesurer ?

Pas nécessairement.

Dans le domaine de la lumière visible, une surface noire absorbe généralement une part importante du rayonnement visible. Il serait toutefois incorrect d’en conclure qu’une surface noire possède toujours une forte émissivité dans l’infrarouge.

Le domaine visible et le domaine infrarouge correspondent à des longueurs d’onde différentes.

Une surface qui paraît noire à l’œil humain présente simplement un certain comportement dans le spectre visible. Cela ne suffit pas pour déterminer avec précision son émissivité dans la bande spectrale utilisée par un thermomètre infrarouge.

De nombreuses peintures noires, matières plastiques, surfaces en caoutchouc ou surfaces oxydées ont effectivement une émissivité relativement élevée et sont donc faciles à mesurer. Néanmoins, la couleur seule ne permet pas de choisir une valeur d’émissivité fiable.

Une surface blanche a-t-elle toujours une émissivité plus faible qu’une surface noire ?

Non.

Certaines peintures blanches, céramiques, matières plastiques ou feuilles de papier réfléchissent fortement la lumière visible tout en conservant une émissivité élevée dans l’infrarouge.

Une peinture blanche et une peinture noire fabriquées à partir de matériaux de revêtement similaires peuvent donc présenter des propriétés infrarouges beaucoup plus proches que leur aspect visuel ne le laisse penser.

Pour la mesure infrarouge, le matériau et l’état de surface sont généralement plus pertinents que la couleur visible.

Pourquoi les métaux argentés ou brillants sont-ils particulièrement difficiles à mesurer ?

Les métaux brillants font partie des surfaces les plus délicates pour la mesure de température sans contact.

L’aluminium, l’acier inoxydable, le cuivre et d’autres métaux polis ou non oxydés présentent souvent une faible émissivité et une forte réflectivité dans l’infrarouge.

Le thermomètre peut alors recevoir non seulement le rayonnement émis par le métal lui-même, mais également le rayonnement infrarouge provenant de machines, de murs, de sources chaudes ou même de l’opérateur, après réflexion sur la surface.

Cela peut entraîner :

● Des valeurs différentes selon l’angle de mesure ;
● Une température anormalement élevée à proximité d’une source chaude ;
● Des écarts importants entre les zones polies et oxydées ;
● Des différences entre les parties peintes et le métal nu.

Le problème n’est donc pas simplement la couleur argentée, mais surtout la combinaison d’une faible émissivité et d’une forte réflectivité.

Pourquoi la brillance de la surface influence-t-elle la mesure ?

Même avec le même matériau et la même couleur, une finition différente peut modifier le comportement infrarouge.

Pour l’acier inoxydable, par exemple :

● Une surface fortement polie est très réfléchissante ;
● Une surface rugueuse ou oxydée peut avoir une émissivité différente ;
● Une surface peinte ou revêtue présente encore d’autres caractéristiques.

Une couleur identique ne signifie donc pas nécessairement une émissivité identique. Inversement, deux couleurs différentes ne signifient pas automatiquement que leur émissivité est très différente.

Pourquoi différentes zones d’un même objet peuvent-elles donner des valeurs différentes ?

Si un objet est supposé avoir une température relativement uniforme mais que différentes zones affichent des valeurs infrarouges sensiblement différentes, il convient de vérifier leur état de surface.

Un carter de moteur peut par exemple comporter :

● Une zone peinte en noir ;
● Une plaque signalétique métallique ;
● Des vis ou boulons métalliques nus ;
● Des zones oxydées ;
● Des zones recouvertes d’huile, de poussière ou de saletés.

La température réelle de ces zones peut être proche, alors que les valeurs affichées diffèrent en raison de leur émissivité.

Pour les inspections périodiques, il est donc recommandé d’utiliser toujours les mêmes points de mesure et des surfaces dont l’état reste comparable.

Quel est l’effet d’un mauvais réglage de l’émissivité ?

Sur un thermomètre infrarouge à émissivité réglable, une valeur très différente de l’émissivité réelle de la cible peut entraîner une erreur de température importante.

Une attention particulière est nécessaire pour :

● Les métaux polis ;
● L’aluminium, le cuivre, l’acier inoxydable et les autres surfaces à faible émissivité ;
● Les applications exigeant une bonne précision ;
● Les comparaisons entre matériaux ou finitions différents ;
● Les cibles dont la température est très différente de celle de l’environnement.

De nombreux matériaux non métalliques, peintures, plastiques et caoutchoucs présentent une émissivité relativement élevée et sont généralement plus faciles à mesurer.

Pour les surfaces à faible émissivité, en revanche, il ne suffit pas de pointer l’appareil et de considérer automatiquement la valeur affichée comme la température exacte de la surface.

Comment réduire les erreurs dues à la couleur ou à l’état de surface ?

Il faut d’abord identifier le matériau et l’état réel de la surface plutôt que de choisir les paramètres uniquement selon la couleur visible.

Si l’appareil permet de régler l’émissivité, il est possible d’utiliser des données de matériaux fiables, la documentation du fabricant ou une méthode de référence appropriée pour déterminer une valeur adaptée.

Pour les métaux brillants à faible émissivité, il peut être préférable, lorsque l’application le permet, de mesurer une zone présentant une émissivité plus stable ou une surface de référence préparée de manière appropriée.

Les bonnes pratiques comprennent également :

● Comparer des zones ayant un état de surface similaire ;
● Éviter si possible la mesure directe de métaux fortement polis ;
● Éviter les réflexions de sources chaudes dans le champ de mesure ;
● Maintenir une distance et un angle de mesure constants ;
● Vérifier que la cible est plus grande que le spot de mesure réel de l’appareil ;
● Pour le suivi des tendances, utiliser toujours le même point et des conditions comparables.

La couleur reste-t-elle importante si l’objectif est uniquement de suivre une variation de température ?

Oui, mais la constance des conditions de mesure est plus importante que la couleur elle-même.

Lors d’une maintenance préventive, par exemple, mesurer régulièrement la même zone peinte d’une machine peut fournir un suivi de tendance fiable, même si l’émissivité exacte n’est pas connue avec une précision de laboratoire, à condition de conserver une distance, un angle, un environnement, un réglage et un point de mesure comparables.

En revanche, mesurer une surface peinte lors d’une inspection puis un boulon métallique nu lors de l’inspection suivante peut rendre la comparaison peu fiable.

La répétabilité du point de mesure est donc essentielle pour le suivi thermique.

Quels autres facteurs peuvent expliquer des valeurs différentes ?

Toutes les différences ne proviennent pas de l’émissivité.

Il faut également vérifier :

● Que les surfaces ne présentent pas réellement des températures différentes ;
● Que la distance de mesure n’est pas trop importante ;
● Que le spot de mesure ne couvre pas des zones environnantes ;
● Que l’angle de mesure ne varie pas fortement ;
● Que l’optique n’est pas contaminée par de la poussière, de l’huile, de l’humidité ou de la condensation ;
● Qu’une surface réfléchissante ne renvoie pas le rayonnement d’une source chaude voisine ;
● Que l’appareil a eu le temps de se stabiliser après un changement important de température ambiante ;
● Qu’aucun verre, film plastique transparent ou autre matériau ne se trouve entre l’appareil et la cible.

Une mesure infrarouge incorrecte doit donc être analysée en tenant compte de l’ensemble des conditions de mesure, et non de la seule couleur de la surface.

FAQ

Des objets de couleurs différentes mais à la même température donnent-ils toujours des résultats différents ?

Non. Si le matériau, le revêtement, l’état de surface et l’émissivité sont similaires, les valeurs peuvent également être très proches.

Un thermomètre infrarouge détecte-t-il la couleur de l’objet ?

Un thermomètre infrarouge standard détecte principalement le rayonnement infrarouge émis par la surface. Il ne détermine pas la température en analysant la couleur visible.

Une surface noire est-elle toujours la plus facile à mesurer avec précision ?

Non. De nombreux revêtements noirs ont une émissivité élevée, mais la précision dépend également du réglage d’émissivité, de la distance, de l’angle et de l’environnement.

Pourquoi une zone métallique peinte en noir et une zone de métal nu donnent-elles des résultats très différents ?

Parce que la peinture et le métal nu peuvent présenter des émissivités très différentes. Un métal brillant peut également réfléchir une partie importante du rayonnement infrarouge environnant.

Quelles précautions faut-il prendre pour mesurer de l’acier inoxydable ?

Il faut vérifier si la surface est polie, oxydée, rugueuse ou revêtue. L’acier inoxydable poli est particulièrement difficile à mesurer par infrarouge en raison de sa faible émissivité et de sa forte réflectivité.

Peut-on régler l’émissivité uniquement à partir de la couleur ?

Non. Le réglage doit principalement tenir compte du matériau, du traitement de surface et de l’état réel de la surface.

Conclusion

Des valeurs différentes obtenues sur des surfaces de couleurs différentes ne signifient pas que le thermomètre infrarouge réagit directement à la couleur visible.

Les facteurs essentiels sont l’émissivité, le matériau, le revêtement, la rugosité, l’oxydation et la réflectivité infrarouge. Comme ces propriétés évoluent souvent en même temps que la couleur, il est facile d’attribuer à tort les différences de mesure à la couleur seule.

Les peintures, plastiques, caoutchoucs et autres surfaces à forte émissivité sont généralement plus simples à mesurer. Les surfaces métalliques polies telles que l’aluminium, l’acier inoxydable ou le cuivre exigent davantage de précautions.

La prise en compte correcte de l’émissivité ainsi que la constance du point de mesure, de la distance, de l’angle et de l’état de surface sont essentielles pour obtenir des mesures infrarouges fiables.