Introduction

Dans les caractéristiques techniques d’un thermomètre infrarouge, on rencontre souvent les mentions « Spectral Response » ou « plage spectrale », par exemple 8–14 μm. Cette valeur ne correspond pas à la plage de température mesurable. Elle indique les longueurs d’onde du rayonnement infrarouge que l’appareil peut détecter et exploiter.

Tout objet dont la température est supérieure au zéro absolu émet un rayonnement électromagnétique. La répartition de cette énergie selon les longueurs d’onde dépend notamment de la température, du matériau et de l’état de surface. Le thermomètre infrarouge détecte le rayonnement dans une bande spectrale déterminée puis calcule la température de surface en tenant compte, entre autres, de l’émissivité.

La réponse spectrale détermine donc non seulement ce que le détecteur infrarouge est capable de « voir », mais aussi les températures, matériaux et conditions de mesure auxquels l’instrument est adapté.

Points essentiels

● La plage de réponse spectrale correspond aux longueurs d’onde infrarouges détectées et utilisées pour calculer la température.
● Les thermomètres infrarouges portables polyvalents utilisent fréquemment la bande infrarouge longue de 8–14 μm.
● La plage spectrale et la plage de température sont deux caractéristiques différentes.
● L’émissivité, la réflectivité et la transmissivité d’un matériau peuvent varier selon la longueur d’onde.
● Les métaux à haute température, le verre, les films plastiques et d’autres cibles spécifiques peuvent nécessiter des bandes spectrales différentes.
● La longueur d’onde du laser de visée visible n’a pas de rapport direct avec la bande infrarouge utilisée pour mesurer la température.

Qu’est-ce que la plage de réponse spectrale d’un thermomètre infrarouge ?

La plage de réponse spectrale peut être définie simplement comme l’intervalle de longueurs d’onde infrarouges que le thermomètre détecte et utilise pour déterminer la température.

Par exemple, si l’appareil indique :

Réponse spectrale : 8–14 μm

cela signifie que son système optique, ses filtres et son détecteur infrarouge sont principalement conçus pour recevoir un rayonnement compris entre environ 8 μm et 14 μm. L’énergie détectée dans cette bande sert ensuite au calcul de la température de surface de la cible.

L’unité μm signifie micromètre. Un micromètre correspond à 0,001 mm.

Un thermomètre infrarouge ne détecte pas l’ensemble du spectre infrarouge. Les composants optiques, les filtres et le détecteur délimitent volontairement une bande utile correspondant à l’application prévue.

Pourquoi la bande 8–14 μm est-elle couramment utilisée ?

Pour les objets proches de la température ambiante et pour de nombreuses applications jusqu’à plusieurs centaines de degrés Celsius, l’infrarouge à grande longueur d’onde offre de bonnes conditions de mesure sans contact.

La bande 8–14 μm est donc largement utilisée dans les thermomètres infrarouges polyvalents destinés à la maintenance industrielle, au CVC, aux inspections électriques, au diagnostic des bâtiments et aux mesures courantes de température de surface.

Cette bande se situe également dans une fenêtre atmosphérique infrarouge couramment exploitée. Sur les courtes distances typiques d’un thermomètre portable, la transmission atmosphérique est généralement favorable.

Il faut toutefois retenir que 8–14 μm est une plage fréquente, mais non universelle.

Comment la réponse spectrale influence-t-elle la mesure infrarouge ?

La thermométrie infrarouge repose sur le rayonnement thermique, dont les caractéristiques dépendent de la longueur d’onde. Deux objets à la même température réelle peuvent donc présenter des comportements radiatifs différents selon la bande spectrale observée.

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

Pour de nombreux matériaux, elle n’est pas constante sur l’ensemble du spectre infrarouge. Un matériau peut présenter une émissivité relativement élevée et stable dans l’infrarouge lointain tout en devenant beaucoup plus réfléchissant à des longueurs d’onde plus courtes.

La plage spectrale peut donc influencer :

● La capacité de l’instrument à détecter efficacement le rayonnement émis par la cible ;
● L’adéquation de l’appareil à différents matériaux et états de surface ;
● L’influence du réglage de l’émissivité sur le résultat ;
● L’effet des gaz, de la vapeur d’eau ou d’autres milieux présents sur le trajet optique ;
● Le niveau du signal utile reçu par le détecteur à différentes températures.

Le choix d’un thermomètre infrarouge ne doit donc pas reposer uniquement sur sa plage de température et sa précision nominale.

Pourquoi certaines cibles nécessitent-elles des bandes spectrales différentes ?

Les thermomètres infrarouges polyvalents sont fréquemment utilisés pour les surfaces peintes, les plastiques, le caoutchouc, le bois, le papier, les matériaux de construction, les aliments et de nombreux autres matériaux non métalliques. La bande 8–14 μm convient à une grande partie de ces applications.

Certaines cibles exigent toutefois une approche différente.

● Métaux à haute température : Les métaux, en particulier les surfaces brillantes ou polies, présentent généralement une faible émissivité et une forte réflectivité. Certains pyromètres professionnels pour hautes températures utilisent donc des longueurs d’onde plus courtes.
● Verre : La transmission, l’absorption et la réflexion du verre varient fortement avec la longueur d’onde. La bande de mesure doit donc être adaptée au type de verre et au procédé.
● Films plastiques : Certains films minces sont très transmissifs dans certaines parties de l’infrarouge. Les systèmes spécialisés utilisent souvent une bande où le matériau absorbe davantage le rayonnement.
● Flammes et gaz chauds : Les gaz possèdent des bandes caractéristiques d’absorption et d’émission. Les applications correspondantes peuvent nécessiter des bandes étroites ou des systèmes spécifiquement conçus pour le procédé.

Il n’existe donc pas de plage spectrale unique adaptée à tous les matériaux et à toutes les températures.

Une plage spectrale plus large est-elle toujours préférable ?

Non.

Un thermomètre infrarouge n’est pas nécessairement plus précis simplement parce qu’il détecte davantage de longueurs d’onde. En thermométrie radiative, il est plus important que la bande sélectionnée soit adaptée à la température de la cible, à ses propriétés optiques et à l’environnement de mesure.

Si certaines longueurs d’onde sont fortement affectées par la transmission de la cible, les réflexions de l’environnement, l’absorption atmosphérique ou d’autres sources infrarouges, une bande plus large peut introduire davantage d’incertitude.

Les instruments professionnels utilisent donc des filtres optiques, des détecteurs et des systèmes optiques conçus pour limiter précisément la bande de fonctionnement.

L’important est de disposer d’une bande spectrale adaptée à l’application, et non de la bande la plus large possible.

Quelle différence entre plage spectrale et plage de température ?

Ces deux caractéristiques sont souvent confondues.

La plage de réponse spectrale indique les longueurs d’onde détectées, par exemple :

● 8–14 μm

La plage de mesure de température indique les températures que l’appareil peut mesurer, par exemple :

● -50°C à 550°C

La première est principalement liée à l’optique et au détecteur. La seconde correspond aux capacités thermométriques de l’instrument.

Les deux sont liées dans la conception globale de l’appareil, mais aucune conversion directe n’est possible entre elles. Deux thermomètres utilisant une bande spectrale similaire peuvent présenter des plages de température et des performances de précision différentes.

Quelle différence entre réponse spectrale et longueur d’onde du laser ?

Le laser d’un thermomètre infrarouge sert principalement de dispositif de visée. Il émet généralement de la lumière visible et n’effectue pas lui-même la mesure de température.

Un appareil peut par exemple présenter :

● Réponse spectrale infrarouge : 8–14 μm ;
● Longueur d’onde du laser : environ 630–670 nm.

Il s’agit de deux systèmes optiques distincts. Le point laser rouge visible sur la cible n’est ni le rayonnement infrarouge détecté ni la longueur d’onde utilisée pour mesurer la température.

La mesure infrarouge reste possible même lorsque le laser de visée est désactivé.

Quel est le lien entre réponse spectrale et émissivité ?

L’émissivité varie avec la longueur d’onde. Un même matériau peut donc présenter des caractéristiques radiatives différentes selon la bande infrarouge observée.

En conséquence, la valeur d’émissivité effectivement applicable à une mesure peut varier lorsque deux instruments travaillent dans des bandes spectrales différentes.

Pour les mesures industrielles courantes, l’utilisation d’une valeur d’émissivité réglable unique est généralement suffisante. En revanche, pour les surfaces à faible émissivité, les métaux à haute température, le verre, les films minces ou les mesures de procédé exigeant une grande précision, les propriétés spectrales deviennent plus importantes.

Dans ces cas, il convient de prendre en compte à la fois la bande spectrale de l’appareil et les caractéristiques du matériau.

L’environnement peut-il influencer les différentes longueurs d’onde infrarouges ?

Oui.

Le rayonnement infrarouge doit traverser l’atmosphère entre la cible et le détecteur. Si le trajet comporte une quantité importante de vapeur d’eau, de vapeur industrielle, de fumée, de poussières ou de certains gaz, une partie du rayonnement peut être absorbée, diffusée ou complétée par le rayonnement émis par le milieu lui-même.

Ces phénomènes dépendent de la longueur d’onde. La plage spectrale joue donc également un rôle dans l’adaptation de l’instrument aux conditions environnementales.

Pour les mesures portables courantes à courte distance et dans une atmosphère normale, cet effet reste généralement limité. Il doit cependant être évalué plus attentivement lors de mesures à grande distance ou en présence de vapeur, fumée, humidité élevée ou gaz de procédé.

Faut-il privilégier la réponse spectrale lors du choix d’un thermomètre infrarouge ?

Pour la maintenance industrielle générale et les mesures courantes de température de surface, il n’est généralement pas nécessaire de sélectionner un thermomètre polyvalent uniquement à partir de sa plage spectrale. La bande 8–14 μm convient à de nombreuses applications.

Ce paramètre devient cependant particulièrement important pour :

● Les métaux à haute ou très haute température ;
● Les surfaces métalliques brillantes, polies ou à faible émissivité ;
● Les surfaces en verre et les procédés verriers ;
● La production de films plastiques ;
● Les flammes, processus de combustion ou gaz chauds ;
● Les mesures infrarouges à longue distance ;
● Les procédés industriels exigeant une faible incertitude de mesure.

Dans ces applications, la réponse spectrale doit être évaluée avec la plage de température, l’émissivité, le rapport distance/diamètre de cible D:S, le temps de réponse, la précision et les propriétés du matériau.

FAQ

Que signifie une réponse spectrale de 8–14 μm ?

Cela signifie que le thermomètre détecte principalement le rayonnement infrarouge compris entre environ 8 μm et 14 μm et utilise cette énergie pour calculer la température de surface.

Un thermomètre 8–14 μm peut-il mesurer tous les matériaux ?

Non. Cette bande convient à de nombreux matériaux non métalliques et surfaces industrielles courantes, mais les métaux brillants, le verre et certains films transparents ou semi-transparents peuvent nécessiter une méthode ou une bande spécifique.

Une plage spectrale plus large est-elle meilleure ?

Pas nécessairement. L’adéquation de la bande aux propriétés du matériau, à la température et à l’environnement est plus importante que sa largeur.

La réponse spectrale détermine-t-elle la température maximale mesurable ?

Pas à elle seule. Le détecteur, l’optique, l’électronique, le traitement du signal et l’étalonnage interviennent également.

Le laser rouge appartient-il à la bande infrarouge 8–14 μm ?

Non. Le laser rouge appartient au spectre visible et sert uniquement à la visée. La mesure de température utilise un rayonnement infrarouge invisible.

Conclusion

La plage de réponse spectrale définit les longueurs d’onde infrarouges qu’un thermomètre peut détecter et utiliser pour calculer la température. Elle constitue une caractéristique importante pour comprendre le fonctionnement de la thermométrie infrarouge.

Les thermomètres infrarouges portables polyvalents travaillent fréquemment dans la bande 8–14 μm, adaptée à un grand nombre de mesures courantes de température de surface. Cependant, les propriétés spectrales varient selon les matériaux, les températures et les environnements. Les métaux à haute température, le verre ou les films plastiques peuvent ainsi nécessiter des bandes spécifiques.

La réponse spectrale ne doit donc pas être examinée isolément. Le choix d’un instrument doit prendre en compte conjointement le matériau cible, la plage de température, l’émissivité, le rapport D:S et les conditions de mesure.