Introduction
Lorsqu'un même objet est mesuré avec un thermomètre infrarouge, le simple fait de déplacer le point de mesure de gauche à droite, du centre vers le bord ou de quelques centimètres peut entraîner une variation de la température affichée. Cela ne signifie pas nécessairement que l'instrument présente un défaut.
Un thermomètre infrarouge mesure le rayonnement infrarouge provenant d'une zone définie de la surface cible. En pratique, la température de surface, l'émissivité, l'état de surface et le rayonnement ambiant réfléchi peuvent varier selon la position. Des valeurs différentes peuvent donc correspondre soit à une véritable variation thermique, soit à une modification des conditions de mesure.
Points essentiels
● Les différentes zones d'un même objet peuvent réellement présenter des températures de surface différentes.
● La position de la source de chaleur, la dissipation thermique, la structure interne et les mouvements d'air peuvent créer des gradients de température.
● La couleur, la rugosité, l'oxydation, les salissures ou les revêtements peuvent modifier localement l'émissivité.
● Un thermomètre infrarouge mesure une zone, ou spot de mesure, et non uniquement le point laser.
● Les variations de distance, d'angle et de rayonnement ambiant réfléchi peuvent modifier la mesure.
● Pour vérifier si un écart est réel, il convient de maintenir autant que possible l'émissivité, la distance, l'angle et la zone mesurée dans des conditions identiques.
La température de surface d'un même objet n'est pas nécessairement uniforme
Dans les applications réelles, peu d'objets présentent une température parfaitement uniforme sur toute leur surface. Même au sein d'un même composant, la production, la conduction et la dissipation de chaleur peuvent varier selon la zone.
Sur une plaque métallique chauffée, par exemple, la région proche de la source de chaleur est généralement plus chaude que les bords. Sur le carter d'un moteur, les zones proches des roulements, des enroulements ou d'autres sources thermiques internes peuvent être plus chaudes. De même, la température de surface d'une conduite peut varier entre la partie proche de la source thermique et celle qui en est plus éloignée.
Cette variation spatiale de température est généralement appelée gradient de température. Des mesures infrarouges différentes à ces emplacements peuvent donc être parfaitement normales et ne traduisent pas nécessairement un manque de répétabilité de l'instrument.
L'échauffement local et la dissipation thermique peuvent varier
La température de surface dépend de l'équilibre entre la chaleur reçue et la chaleur dissipée. Dès que ces conditions diffèrent d'une zone à une autre, des points plus chauds ou plus froids peuvent apparaître.
● Les zones proches d'un élément chauffant, d'un enroulement moteur, d'un roulement, d'une résistance ou d'une autre source thermique peuvent être plus chaudes.
● Les bords, supports ou liaisons métalliques peuvent évacuer davantage de chaleur par conduction.
● Les zones exposées à un ventilateur, une sortie d'air ou un flux de refroidissement peuvent être plus froides.
● Le contact avec un autre composant peut entraîner un transfert thermique supplémentaire.
● Une exposition différente au soleil, à une source de rayonnement thermique ou à un environnement froid peut également créer des écarts locaux.
Lors des opérations de maintenance, ces différences peuvent au contraire fournir des informations utiles, notamment pour détecter un point chaud anormal, un refroidissement insuffisant ou un frottement mécanique.
L'émissivité peut varier d'une zone à une autre
Un thermomètre infrarouge détermine la température de surface à partir du rayonnement infrarouge détecté. L'émissivité constitue donc un paramètre essentiel.
Même sur un seul objet, l'état de surface peut ne pas être identique partout. Une zone peut être oxydée tandis qu'une autre est polie. De l'huile, de la poussière, de la peinture ou un revêtement peuvent également être présents uniquement sur certaines parties. Ces différences modifient les caractéristiques radiatives de la surface.
L'effet est particulièrement important sur l'acier inoxydable, l'aluminium, le cuivre et les autres surfaces métalliques à faible émissivité ou fortement réfléchissantes. Une même pièce comportant des zones polies, oxydées ou contaminées peut ainsi donner des températures infrarouges différentes alors que les températures réelles sont proches.
Avant de comparer plusieurs points, il convient donc de vérifier que le matériau et l'état de surface sont comparables.
Le spot de mesure change avec la position
Un thermomètre infrarouge ne mesure pas uniquement l'endroit matérialisé par le laser. Le laser sert principalement au pointage. La mesure réelle correspond à une zone définie par l'optique de l'instrument, appelée spot de mesure.
Lorsque la position de mesure change, la zone couverte par le spot change également. Si un spot couvre principalement une zone chaude tandis qu'un autre englobe à la fois une zone chaude et une zone plus froide, la température affichée par le second peut être inférieure.
Ce phénomène est particulièrement important lorsque :
● la cible est de petite taille ;
● la distance de mesure est importante et le spot devient plus grand ;
● la mesure est effectuée près d'un bord ;
● le spot couvre plusieurs matériaux ou plusieurs zones de températures différentes ;
● la surface présente des points chauds localisés.
Pour obtenir des résultats comparables, l'ensemble du spot doit rester à l'intérieur de la cible et la distance de mesure doit être aussi constante que possible.
Une distance de mesure différente peut modifier le résultat
Les thermomètres infrarouges sont caractérisés par un rapport distance/diamètre du spot, appelé rapport D:S. Lorsque la distance entre l'instrument et la cible augmente, le diamètre du spot augmente généralement lui aussi.
Si un premier point est mesuré de près et un second à une distance nettement plus importante, les deux mesures ne portent pas sur la même surface. Un spot plus large peut intégrer des zones voisines plus froides ou plus chaudes et modifier la valeur affichée.
Pour comparer plusieurs points, il est recommandé de conserver une distance similaire et de vérifier que la cible est nettement plus grande que le spot de mesure.
Une variation de l'angle de mesure peut introduire une erreur supplémentaire
La mesure infrarouge est généralement plus fiable lorsque l'instrument est orienté aussi perpendiculairement que possible à la surface cible. Si l'angle varie fortement entre plusieurs points, le spot devient plus elliptique et couvre une surface effective plus importante.
Parallèlement, la quantité de rayonnement infrarouge ambiant réfléchi vers le détecteur peut également varier.
Cet effet est particulièrement important sur les surfaces métalliques, brillantes ou à faible émissivité.
Lors d'une mesure multipoint, il est donc préférable de conserver un angle similaire pour chaque zone plutôt que de mesurer un point perpendiculairement et un autre sous un angle fortement oblique.
Le rayonnement ambiant réfléchi peut modifier la température indiquée
Le rayonnement reçu par un thermomètre infrarouge ne provient pas toujours uniquement de l'objet lui-même. Les surfaces à faible émissivité peuvent réfléchir le rayonnement infrarouge provenant d'objets chauds ou froids présents dans l'environnement.
Par exemple, une zone d'une surface métallique brillante peut réfléchir un équipement chaud situé à proximité, tandis qu'une autre zone réfléchit un mur plus froid. Les températures réelles peuvent être similaires, mais les valeurs indiquées par le thermomètre peuvent différer sensiblement.
Si l'angle de mesure change en même temps que la position, cet effet de réflexion peut être encore plus marqué.
Comment savoir si l'écart de température est réel ?
Pour déterminer si une différence correspond réellement à la distribution thermique de l'objet ou à un effet de mesure, il est recommandé de répéter les mesures dans des conditions aussi constantes que possible.
● Régler l'émissivité en fonction de la surface cible.
● Mesurer les différents points à une distance similaire.
● Maintenir un angle de mesure comparable.
● Vérifier que chaque zone cible est plus grande que le spot.
● Éviter les mesures trop proches des bords, ouvertures ou jonctions entre matériaux différents.
● Contrôler la présence d'huile, de poussière, d'oxydation, de revêtements ou de différences importantes de brillance.
● Répéter plusieurs fois la mesure sur chaque point et vérifier la stabilité et la répétabilité des résultats.
Si une zone reste systématiquement plus chaude ou plus froide dans des conditions identiques, l'écart est probablement lié à la distribution thermique réelle.
Si la valeur change fortement avec l'angle, la distance ou la position de l'opérateur, il convient en priorité de vérifier l'émissivité, la taille du spot et le rayonnement ambiant réfléchi.
Comment améliorer la comparabilité des mesures multipoints
Pour les contrôles réguliers de plusieurs points fixes sur un équipement, il est recommandé de standardiser la méthode de mesure.
● Définir et, si possible, repérer clairement les points de mesure.
● Utiliser à chaque fois une distance identique ou très proche.
● Conserver une direction et un angle de mesure constants.
● Utiliser le même réglage d'émissivité pour des surfaces comparables.
● Éviter de comparer directement des points ayant des états de surface très différents.
● Pour les métaux fortement réfléchissants, une zone de référence à forte émissivité peut être utilisée lorsque cela est techniquement approprié et compatible avec les exigences de sécurité.
● Pour l'analyse de tendance, maintenir autant que possible des conditions comparables de charge, de température ambiante et de fonctionnement.
En maintenance, la constance des conditions de mesure est souvent plus importante qu'une valeur isolée. Une procédure standardisée permet d'obtenir des tendances thermiques beaucoup plus pertinentes.
FAQ
Pourquoi les températures peuvent-elles être très différentes selon les zones d'une même pièce métallique ?
La différence peut provenir à la fois d'une véritable variation thermique et de différences d'émissivité ou de réflexion. Sur l'acier inoxydable nu, l'aluminium, le cuivre et les autres métaux réfléchissants, l'oxydation, la rugosité, la contamination et l'environnement réfléchi peuvent fortement influencer la mesure infrarouge.
Le point laser correspond-il exactement à la zone mesurée ?
Non. Le laser sert principalement au pointage. L'instrument mesure en réalité un spot possédant une surface déterminée. Plus la distance augmente, plus le spot devient généralement grand.
Est-il normal que le centre et le bord d'un objet aient des températures différentes ?
Oui. Les bords peuvent présenter des conditions de dissipation différentes. De plus, près d'un bord, le spot peut inclure une partie de l'arrière-plan. Il faut donc prendre en compte à la fois la répartition thermique réelle et la zone effectivement mesurée.
De légères variations sont-elles normales lors de mesures répétées au même endroit ?
De faibles variations peuvent provenir de la résolution de l'instrument, de variations réelles de la température de la cible ou de petits changements de position, de distance et d'angle. Si les résultats restent stables dans les limites de répétabilité et de précision spécifiées pour l'instrument, cela n'indique généralement pas un dysfonctionnement.
Quelle est la méthode la plus fiable pour comparer plusieurs points d'un équipement ?
Il est préférable d'utiliser des points fixes et de conserver autant que possible la même émissivité, la même distance, le même angle, la même zone mesurée et les mêmes conditions de fonctionnement. Des points standardisés sont mieux adaptés au suivi thermique à long terme que des mesures réalisées à des positions variables.
Conclusion
Des températures différentes mesurées à plusieurs endroits d'un même objet ne signifient pas nécessairement que le thermomètre infrarouge manque de précision. Les objets réels présentent fréquemment des gradients de température, car la production de chaleur, la dissipation et les sources thermiques internes ne sont pas réparties de manière uniforme.
Par ailleurs, l'émissivité locale, la rugosité de surface, l'oxydation, la taille du spot, la distance, l'angle de mesure et le rayonnement ambiant réfléchi peuvent créer des écarts supplémentaires.
Pour évaluer une élévation de température anormale, il ne faut donc pas se limiter à une valeur ponctuelle. Il est préférable de standardiser la position et les conditions de mesure, de répéter les relevés et de suivre les tendances dans le temps. Les différences entre plusieurs points deviennent réellement exploitables lorsque les conditions de mesure sont comparables.
