Introduction

Un thermomètre infrarouge ne mesure pas directement la température. Il détecte le rayonnement infrarouge provenant de la surface visée, puis détermine la température correspondante.

En conditions réelles, le rayonnement reçu peut comprendre deux composantes : le rayonnement propre émis par l’objet et le rayonnement provenant de l’environnement, réfléchi par la surface vers l’instrument.

Cette seconde composante est liée à la température réfléchie de l’environnement.

Sur les matériaux à forte émissivité, son influence reste généralement limitée. En revanche, les métaux polis et autres surfaces à faible émissivité peuvent fortement réfléchir le rayonnement d’un four, d’une conduite chaude, d’un luminaire, d’une personne ou d’un environnement froid.

Points essentiels

● Le rayonnement reçu par un thermomètre infrarouge ne provient pas nécessairement uniquement de l’objet mesuré.
● Plus l’émissivité de la surface est faible, plus le rayonnement infrarouge réfléchi par l’environnement peut influencer la mesure.
● Un environnement très chaud peut augmenter la température affichée, tandis qu’un environnement froid peut la diminuer.
● Les métaux brillants et les autres matériaux à faible émissivité sont particulièrement sensibles à ce phénomène.
● Un réglage correct de l’émissivité et des conditions de mesure adaptées permettent de réduire les erreurs dues aux réflexions.

Qu’est-ce que la température réfléchie de l’environnement ?

La température réfléchie peut être définie comme la température radiative équivalente de l’environnement dont le rayonnement infrarouge est réfléchi par la surface mesurée vers le thermomètre infrarouge.

Elle ne correspond pas nécessairement à la température de l’air ambiant.

Par exemple, l’air d’un atelier peut être à 25°C alors qu’un four très chaud se trouve à proximité de la pièce mesurée. Une surface métallique brillante peut réfléchir une partie importante du rayonnement du four. La température réfléchie effective peut alors être nettement supérieure à 25°C.

À l’inverse, une surface orientée vers une paroi froide, un équipement frigorifique ou une autre source froide peut réfléchir un niveau de rayonnement plus faible.

Il faut donc considérer avant tout l’environnement radiatif visible par la surface mesurée, et non uniquement la température de l’air.

Pourquoi le rayonnement réfléchi influence-t-il la mesure ?

Une surface réelle peut à la fois émettre et réfléchir un rayonnement infrarouge.

Dans une approche simplifiée, le rayonnement reçu par le thermomètre peut être représenté ainsi :

Rayonnement reçu ≈ rayonnement propre de l’objet + rayonnement environnemental réfléchi

On peut également l’exprimer de manière simplifiée par :

Rayonnement reçu ≈ ε × rayonnement de l’objet + (1 − ε) × rayonnement réfléchi de l’environnement

où ε représente l’émissivité de la surface.

Lorsque l’émissivité est proche de 1, le rayonnement propre de l’objet domine et l’influence de l’environnement reste limitée.

Lorsque l’émissivité est faible, la contribution du rayonnement propre diminue tandis que celle du rayonnement réfléchi devient plus importante.

C’est pourquoi les surfaces peintes, les caoutchoucs, les plastiques et de nombreux matériaux à forte émissivité sont généralement plus faciles à mesurer que l’aluminium poli, l’acier inoxydable brillant, le cuivre ou d’autres métaux similaires.

Pourquoi un environnement chaud peut-il augmenter la température affichée ?

Prenons l’exemple d’une plaque métallique brillante relativement froide située à proximité d’un four ou d’une conduite chaude.

La source chaude émet un rayonnement infrarouge intense. Une partie de ce rayonnement atteint le métal, est réfléchie par sa surface puis entre dans le thermomètre infrarouge.

L’instrument ne peut pas simplement distinguer :

● Le rayonnement réellement émis par le métal ;
● Le rayonnement provenant d’une source chaude et seulement réfléchi par le métal.

Si la composante réfléchie est importante et qu’elle n’est pas correctement compensée, l’instrument peut attribuer une partie de cette énergie supplémentaire à l’objet lui-même.

La température affichée peut alors être supérieure à la température réelle de la surface.

Plus l’émissivité est faible, plus ce phénomène peut devenir important.

Un environnement froid peut-il également influencer la mesure ?

Oui.

La température réfléchie peut entraîner une erreur aussi bien positive que négative.

Par exemple, si une surface métallique chaude à faible émissivité fait face à un environnement beaucoup plus froid, le rayonnement réfléchi par cette surface sera relativement faible.

Si l’émissivité et la température réfléchie ne sont pas correctement prises en compte, la température calculée peut être inférieure à la température réelle de l’objet.

De manière générale :

● Un environnement nettement plus chaud que l’objet tend à augmenter la température mesurée ;
● Un environnement nettement plus froid tend à la diminuer ;
● Plus l’émissivité de la surface est faible, plus l’influence de l’environnement peut être importante.

Pourquoi les métaux brillants sont-ils particulièrement sensibles ?

Les métaux brillants présentent souvent une faible émissivité infrarouge et une forte capacité de réflexion.

Pour un thermomètre infrarouge, une surface métallique polie peut donc se comporter comme un « miroir infrarouge ».

Lors de la mesure d’une conduite en acier inoxydable brillant, le rayonnement reçu peut notamment être influencé par :

● La température propre de la conduite ;
● Des machines chaudes situées à proximité ;
● Des fours ou des conduites à haute température ;
● Le rayonnement thermique de l’opérateur ;
● Les murs, plafonds et équipements environnants ;
● Des surfaces chauffées par le rayonnement solaire.

Ainsi, une modification de la position ou de l’angle de mesure peut suffire à modifier le résultat.

Cela n’indique pas nécessairement un défaut du thermomètre. Les conditions radiatives peuvent simplement avoir changé.

Quel est le lien entre émissivité et température réfléchie ?

L’émissivité est l’un des paramètres essentiels pour évaluer l’influence du rayonnement réfléchi.

Pour une surface opaque, on peut retenir de manière simplifiée que plus une surface émet efficacement un rayonnement infrarouge, moins elle en réfléchit. À l’inverse, une faible émissivité est généralement associée à une réflexion plus importante du rayonnement environnant.

En pratique :

● Surface à forte émissivité : le rayonnement propre domine et l’influence de l’environnement est généralement plus faible ;
● Surface à faible émissivité : le rayonnement propre représente une part plus faible du signal total et les réflexions deviennent plus importantes.

Le simple réglage de l’émissivité ne suffit donc pas toujours à supprimer toutes les erreurs.

Lorsque l’émissivité est très faible et que la température des sources environnantes diffère fortement de celle de l’objet, le rayonnement réfléchi peut rester une source importante d’incertitude.

Pourquoi l’angle de mesure peut-il modifier l’erreur de réflexion ?

Sur les surfaces fortement réfléchissantes, la position et l’angle du thermomètre influencent la quantité de rayonnement environnemental renvoyée vers l’instrument.

Lors de la mesure d’une plaque métallique brillante, un certain angle peut par exemple réfléchir directement vers le thermomètre le rayonnement d’une machine chaude. En modifiant la position de mesure, cette contribution peut fortement diminuer.

Il convient donc de vérifier l’influence des réflexions lorsque :

● La température affichée varie nettement avec l’angle de mesure ;
● Le résultat change lorsque l’opérateur se déplace ;
● La mise en marche ou l’arrêt d’un équipement voisin modifie la valeur affichée ;
● Les mesures effectuées depuis différentes directions présentent des écarts importants.

Ces écarts ne correspondent pas nécessairement à une variation réelle de la température de l’objet.

Comment réduire les erreurs dues à la température réfléchie ?

Il faut d’abord identifier le matériau et l’état de surface afin d’utiliser une valeur d’émissivité appropriée.

● Régler correctement l’émissivité. Si le thermomètre permet ce réglage, la valeur doit être adaptée au matériau et à l’état réel de la surface.
● Éviter les arrière-plans très chauds ou très froids. Lorsque cela est possible, choisir une position qui limite les réflexions provenant de fours, conduites chaudes, appareils de chauffage, équipements frigorifiques ou autres sources thermiques importantes.
● Maintenir des conditions de mesure constantes. Pour les mesures comparatives ou de tendance, conserver autant que possible la même distance, le même angle, la même position et les mêmes conditions environnementales.
● Améliorer la surface de mesure sur les matériaux à faible émissivité. Lorsque cela est autorisé, utiliser un ruban à forte émissivité, un revêtement approprié ou une autre surface de référence dont l’émissivité est connue. Attendre l’équilibre thermique avant la mesure.
● Utiliser la compensation de température réfléchie. Certains instruments professionnels permettent de saisir une température réfléchie. Cette valeur doit représenter l’environnement radiatif réel et ne doit pas être automatiquement assimilée à la température de l’air.
● Éviter que l’opérateur ne devienne lui-même une source réfléchie. Sur les surfaces très brillantes, le rayonnement thermique du corps humain peut être réfléchi vers l’instrument.

Pour les mesures exigeantes sur des surfaces à très faible émissivité lorsque l’environnement radiatif ne peut pas être maîtrisé, un thermomètre infrarouge classique peut ne pas fournir une valeur absolue suffisamment fiable.

Comment reconnaître une influence importante des réflexions ?

Un contrôle simple de répétabilité peut fournir une première indication.

Sans modifier l’objet, faites légèrement varier la position ou l’angle de mesure. Si la température affichée change fortement alors que l’objet ne peut pas réellement changer aussi rapidement, il convient d’examiner les réflexions environnementales.

Il est également utile de vérifier :

● Si la surface est polie ou fortement réfléchissante ;
● Si des fours, conduites chaudes, appareils de chauffage ou autres sources thermiques se trouvent à proximité ;
● Si l’opérateur peut être réfléchi par la surface ;
● Si le résultat change nettement selon la direction de mesure ;
● Si une zone de référence à forte émissivité donne un résultat plus stable.

Ces observations permettent de déterminer si le rayonnement réfléchi contribue de manière significative à l’erreur de mesure.

FAQ

La température réfléchie est-elle identique à la température ambiante ?
Non. L’air peut être à 25°C alors qu’une surface réfléchit le rayonnement d’un four à plusieurs centaines de degrés. La température réfléchie décrit l’environnement radiatif, et non uniquement la température de l’air.

Pourquoi les surfaces noires sont-elles généralement moins sensibles aux réflexions ?
De nombreuses surfaces noires, rugueuses ou non métalliques présentent une émissivité infrarouge élevée. Leur propre rayonnement constitue donc une part plus importante du signal total. La couleur visible ne permet toutefois pas, à elle seule, de déterminer l’émissivité.

Suffit-il de réduire le réglage d’émissivité pour mesurer de l’acier inoxydable poli ?
Pas toujours. Un réglage correct est indispensable, mais les surfaces à faible émissivité réfléchissent aussi fortement l’environnement. Si la température de l’arrière-plan diffère fortement de celle de l’objet, des erreurs importantes peuvent subsister.

Le corps de l’opérateur peut-il influencer la mesure ?
Oui. Sur une surface très réfléchissante, le rayonnement infrarouge du corps humain peut être réfléchi vers le thermomètre.

Un ruban à forte émissivité peut-il améliorer la mesure ?
Oui. Lorsque son utilisation est possible, un ruban dont l’émissivité est connue peut réduire considérablement les effets de réflexion. Il faut attendre qu’il atteigne la même température que la surface avant de mesurer.

Conclusion

La température réfléchie de l’environnement influence la mesure infrarouge parce que le rayonnement reçu par le thermomètre ne provient pas nécessairement exclusivement de l’objet.

Lorsque l’émissivité est faible, une part plus importante du rayonnement ambiant est réfléchie vers l’instrument. Un environnement chaud peut augmenter la température affichée, tandis qu’un environnement froid peut la diminuer.

Une mesure infrarouge fiable doit donc prendre en compte non seulement la plage de mesure, la précision et la distance, mais également l’émissivité, la température réfléchie, l’angle de mesure et l’environnement radiatif.

Cette précaution est particulièrement importante pour les métaux polis et les autres surfaces à faible émissivité, pour lesquelles la maîtrise des conditions de mesure est souvent plus importante qu’un simple réglage de l’instrument.