Introduction

Les mesures réalisées sur le plastique, le caoutchouc, les revêtements et de nombreux autres matériaux non métalliques sont généralement assez stables avec un thermomètre infrarouge. Il en va autrement pour l’acier inoxydable, en particulier lorsqu’il présente une surface brillante ou polie. Les valeurs peuvent fluctuer, varier lors de mesures répétées au même endroit ou s’écarter sensiblement de la température réelle de la surface.

Cela ne signifie pas nécessairement que le thermomètre infrarouge fonctionne mal. L’instrument détermine la température à partir du rayonnement infrarouge reçu de la surface visée. Or, l’émissivité, la réflectivité et l’état de surface de l’acier inoxydable sont relativement complexes. Les surfaces à faible émissivité et à forte réflectivité sont donc beaucoup plus sensibles à l’environnement et aux conditions de mesure.

Points essentiels

● Les surfaces d’acier inoxydable brillantes ou polies présentent généralement une faible émissivité infrarouge.
● Une surface à faible émissivité réfléchit davantage le rayonnement infrarouge provenant de son environnement.
● Le thermomètre peut recevoir simultanément le rayonnement émis par l’acier inoxydable et le rayonnement ambiant réfléchi.
● Le polissage, l’oxydation, la rugosité, les huiles, les salissures et les revêtements peuvent modifier l’émissivité réelle.
● Un angle inadapté, une distance trop importante ou une cible trop petite peuvent augmenter davantage l’erreur de mesure.
● Pour les applications plus exigeantes, un ruban à forte émissivité, un revêtement adapté ou un capteur de température par contact peut servir de référence.

Pourquoi les mesures infrarouges sur l’acier inoxydable sont-elles souvent instables ?

Un thermomètre infrarouge ne mesure pas directement la température interne d’un objet. Il détecte le rayonnement infrarouge émis par sa surface dans une plage spectrale donnée, puis calcule la température de surface à partir de ce signal et de paramètres tels que l’émissivité réglée sur l’appareil.

Tous les matériaux n’émettent pas le rayonnement infrarouge avec la même efficacité.

L’acier inoxydable, notamment lorsqu’il est brillant et fortement poli, présente souvent une faible émissivité et une forte réflectivité. Son propre rayonnement infrarouge peut être relativement faible, tandis que le rayonnement provenant des murs, des machines, des équipements de chauffage, des personnes ou d’autres objets chauds peut être réfléchi par sa surface vers le thermomètre.

Le signal reçu par l’instrument ne provient donc pas nécessairement uniquement de l’acier inoxydable lui-même.

Lorsque la position du thermomètre, de l’opérateur ou des sources de chaleur environnantes change, la quantité de rayonnement de fond réfléchi vers le détecteur peut également varier. La température affichée peut alors fluctuer alors que la température réelle de la surface reste pratiquement constante.

Pourquoi l’émissivité est-elle l’un des paramètres les plus importants ?

L’émissivité caractérise la capacité d’une surface à émettre un rayonnement infrarouge. Elle est généralement exprimée par une valeur comprise entre 0 et 1.

De nombreux matériaux non métalliques possèdent une émissivité relativement élevée et sont donc plus faciles à mesurer par infrarouge. Les surfaces métalliques, en particulier les métaux propres, brillants et polis, présentent souvent une émissivité nettement plus faible.

Si le réglage d’émissivité du thermomètre infrarouge ne correspond pas suffisamment à l’émissivité réelle de l’acier inoxydable, la température calculée peut comporter une erreur importante.

Par exemple, appliquer à une surface d’acier inoxydable brillante un réglage destiné à un matériau à forte émissivité peut produire une valeur qui ne représente pas correctement sa température réelle.

Il faut également retenir qu’il n’existe pas une valeur d’émissivité unique valable pour tous les aciers inoxydables.

L’émissivité réelle dépend notamment des facteurs suivants :

● Surface miroir, brillante ou brossée ;
● Présence ou absence d’oxydation ;
● Rugosité de la surface ;
● Présence d’huile, de poussière ou d’autres contaminants ;
● Revêtement ou autre traitement de surface ;
● Bande spectrale de l’instrument et plage de température réelle.

Choisir une valeur fixe uniquement parce que le matériau est de l’acier inoxydable ne garantit donc pas une mesure précise dans toutes les situations.

Pourquoi l’environnement influence-t-il également la mesure de l’acier inoxydable ?

Sur une surface à forte émissivité, le rayonnement propre de la cible représente généralement la majeure partie du signal reçu. L’influence du rayonnement ambiant réfléchi reste alors relativement faible.

Le comportement d’un acier inoxydable brillant est différent.

Comme son émissivité est faible, sa réflectivité est généralement plus élevée. Le rayonnement infrarouge provenant de l’environnement peut donc être réfléchi par la surface et atteindre le thermomètre.

Lors de la mesure d’une même plaque d’acier inoxydable, par exemple :

● Un équipement chaud situé à proximité peut augmenter la valeur par réflexion de son rayonnement ;
● Un changement de position de l’opérateur peut modifier la part de rayonnement corporel réfléchie ;
● Une modification de l’angle de mesure peut changer la zone de l’environnement réfléchie vers le détecteur ;
● Un mur froid ou un équipement de refroidissement situé à proximité peut faire diminuer la valeur affichée.

Les erreurs de mesure sur les métaux à faible émissivité peuvent donc être aussi bien positives que négatives. Il n’est pas correct de supposer qu’une surface métallique réfléchissante donnera systématiquement une valeur trop basse ou trop élevée.

Pourquoi la température affichée peut-elle changer lorsque l’angle de mesure change ?

L’angle de mesure est un facteur important, mais souvent négligé, lors de la mesure de l’acier inoxydable.

Les surfaces métalliques brillantes sont fortement réfléchissantes. Lorsque le thermomètre est orienté vers la surface depuis différentes directions, différentes parties de l’environnement peuvent être réfléchies vers le détecteur. La température affichée peut donc varier.

À des angles très obliques, les propriétés radiatives effectives de la surface et les conditions de réflexion deviennent encore plus complexes.

Dans la mesure du possible, le thermomètre infrarouge doit être orienté approximativement perpendiculairement à la surface et l’angle de mesure doit rester constant.

Pour des mesures comparatives ou un suivi de tendance, il est préférable de conserver le même point de mesure, la même distance et le même angle.

Pourquoi des états de surface différents peuvent-ils produire des températures différentes ?

Même sur une même pièce en acier inoxydable, l’état de surface peut varier sensiblement d’une zone à l’autre.

Une partie peut être polie tandis qu’une autre est brossée. Une zone peut rester brillante tandis qu’une autre s’est oxydée. Des films d’huile, des salissures ou d’autres dépôts peuvent également être présents. Ces différences modifient l’absorption, l’émission et la réflexion du rayonnement infrarouge.

Le thermomètre infrarouge peut donc indiquer des températures différentes sur plusieurs zones alors que leur température réelle est identique.

Une différence de température affichée ne doit donc pas être automatiquement interprétée comme une différence thermique réelle.

Pour une surface métallique, il convient d’abord de déterminer s’il s’agit :

● D’une véritable variation de température ;
● Ou d’une différence apparente provoquée par l’émissivité et l’état de surface.

La distance de mesure et la taille du spot peuvent-elles provoquer des fluctuations ?

Oui.

Un thermomètre infrarouge possède un rapport distance/diamètre du spot, généralement indiqué sous la forme D:S.

Lorsque la distance augmente, la zone effectivement mesurée devient plus grande. Si la surface d’acier inoxydable ne couvre pas complètement le spot, le thermomètre peut également recevoir le rayonnement infrarouge d’objets situés autour ou derrière la cible.

Par exemple, lors de la mesure d’un tube fin en acier inoxydable à une distance excessive, le spot peut devenir plus grand que le diamètre du tube. Le mur, une machine ou un autre objet situé à l’arrière-plan peut alors influencer le résultat.

Pour limiter cet effet :

● S’assurer que la zone utile de la cible est nettement plus grande que le spot de mesure ;
● Choisir une distance adaptée au rapport D:S de l’instrument ;
● Ne pas considérer le point laser visible comme la zone réelle de mesure.

Le laser sert principalement à faciliter la visée. La zone de mesure infrarouge est généralement beaucoup plus grande que le point laser.

Comment améliorer la stabilité des mesures sur l’acier inoxydable ?

Il faut d’abord vérifier si l’émissivité du thermomètre infrarouge est réglable. Si c’est le cas, elle doit être adaptée autant que possible à l’état réel de la surface au lieu d’utiliser la même valeur pour tous les matériaux.

Les mesures suivantes peuvent également améliorer la stabilité :

● Privilégier, lorsque cela est possible, une zone oxydée, rugueuse ou présentant un traitement de surface stable plutôt qu’une zone fortement polie ;
● Mesurer aussi perpendiculairement que possible à la surface et conserver un angle constant ;
● Réduire les réflexions provenant d’équipements chauds, de personnes ou d’autres sources thermiques proches ;
● Maintenir une distance constante et s’assurer que la cible couvre entièrement le spot infrarouge ;
● Lors de mesures répétées, conserver autant que possible la même position, la même distance, le même angle et les mêmes conditions ambiantes ;
● Ne pas tirer de conclusion à partir d’une seule lecture instantanée, mais observer la stabilité et l’évolution de la valeur.

Pour le contrôle qualité, les essais en laboratoire ou les applications exigeant une meilleure exactitude, l’émissivité ou la température réelle de la surface doit également être vérifiée au moyen d’une méthode de référence appropriée.

Pourquoi un ruban noir peut-il améliorer la mesure sur l’acier inoxydable ?

Lorsque la surface et la température le permettent, un petit morceau de ruban présentant une émissivité connue ou relativement élevée peut être appliqué sur l’acier inoxydable. Après avoir laissé le ruban et le métal atteindre un équilibre thermique suffisant, la zone recouverte peut être mesurée avec le thermomètre infrarouge.

Le principe n’est pas que « le noir est toujours plus précis ». L’objectif est de créer une surface dont l’émissivité est plus élevée, plus stable et mieux connue.

Par rapport à l’acier inoxydable brillant, un ruban à forte émissivité est généralement moins sensible au rayonnement infrarouge ambiant réfléchi. La lecture devient donc souvent plus stable.

Il convient toutefois de respecter les points suivants :

● Le ruban doit supporter la température réelle de la surface ;
● Il faut attendre que le ruban et l’acier inoxydable atteignent un équilibre thermique suffisant ;
● L’ensemble du spot de mesure doit se trouver à l’intérieur de la zone recouverte ;
● Le thermomètre doit être réglé selon l’émissivité réelle du ruban.

Cette méthode ne doit pas être utilisée si la température risque de faire fondre, décoller ou dégrader le ruban, ni si son application peut perturber le procédé industriel.

Quand ne faut-il pas se fier uniquement à un thermomètre infrarouge ?

La mesure infrarouge est rapide, sans contact et particulièrement utile pour les objets mobiles, très chauds ou difficiles d’accès. Toutefois, sur une surface d’acier inoxydable à faible émissivité et forte réflectivité, elle n’est pas toujours adaptée comme méthode unique de détermination de la température absolue.

Une attention particulière est recommandée dans les cas suivants :

● Acier inoxydable très poli ou proche d’un état miroir ;
● Exigence élevée concernant l’exactitude de la température absolue ;
● Présence de sources chaudes ou froides importantes dans l’environnement ;
● Émissivité réelle impossible à déterminer de façon fiable ;
● Zone de mesure trop petite pour couvrir entièrement le spot de l’instrument ;
● Applications métrologiques, étalonnages ou essais expérimentaux de haute précision.

Dans ces situations, un thermocouple, une sonde à résistance ou un autre capteur de température par contact peut être utilisé pour effectuer une vérification croisée. Les résultats permettent ensuite d’établir des paramètres de mesure infrarouge mieux adaptés à la surface concernée.

FAQ

● Peut-on mesurer l’acier inoxydable avec un thermomètre infrarouge ?
Oui. Toutefois, l’acier inoxydable, en particulier lorsqu’il est brillant, fait partie des matériaux les plus délicats à mesurer par infrarouge. L’émissivité et le rayonnement ambiant réfléchi doivent être pris en compte.

● Pourquoi la valeur change-t-elle lorsque je mesure plusieurs fois exactement le même point ?
Outre une variation réelle de température, le rayonnement de fond réfléchi, l’angle de l’instrument, la position de l’opérateur et la couverture du spot peuvent provoquer des fluctuations.

● Quelle émissivité faut-il régler pour l’acier inoxydable ?
Il n’existe pas une valeur unique adaptée à toutes les surfaces. L’émissivité varie selon le polissage, l’oxydation, la rugosité, les contaminants, le traitement de surface et les conditions de mesure. Pour une mesure précise, elle doit être déterminée pour la surface réelle.

● Pourquoi l’acier inoxydable poli est-il plus difficile à mesurer que l’acier inoxydable brossé ?
Une surface fortement polie réfléchit généralement davantage le rayonnement infrarouge et devient plus sensible au rayonnement thermique environnant. De faibles changements des conditions de mesure peuvent donc provoquer des variations significatives.

● Peut-on simplement régler l’émissivité sur 0,95 ?
Il n’est pas recommandé d’utiliser une valeur fixe sans connaître l’état réel de la surface. Une émissivité de 0,95 convient à de nombreux matériaux fortement émissifs, mais pas nécessairement à un acier inoxydable brillant. Un écart important peut entraîner une erreur de température significative.

● Un ruban noir donne-t-il toujours la température réelle ?
Un ruban à forte émissivité peut nettement améliorer les conditions de mesure de nombreux métaux à faible émissivité. Il doit toutefois résister à la température, atteindre l’équilibre thermique avec la surface et être mesuré avec le réglage d’émissivité approprié. Pour les applications de haute précision, une mesure par contact reste recommandée pour vérification.

Conclusion

Des valeurs instables lors de la mesure de l’acier inoxydable ne signifient pas nécessairement que le thermomètre infrarouge est instable. Elles sont plus souvent dues à la faible émissivité et à la forte réflectivité infrarouge de la surface.

Sur un acier inoxydable brillant ou poli, l’énergie infrarouge reçue par le thermomètre peut contenir à la fois le rayonnement propre de la cible et le rayonnement réfléchi de l’environnement. L’état de surface, l’angle, l’environnement thermique, la distance et la taille du spot deviennent donc des paramètres essentiels.

En pratique, l’émissivité doit être adaptée à la surface réelle, la distance et l’angle doivent rester aussi constants que possible, les réflexions provenant de sources thermiques proches doivent être limitées et la cible doit couvrir entièrement le spot. Pour les applications plus exigeantes, un ruban à forte émissivité, un revêtement adapté ou un capteur de température par contact peut être utilisé pour compléter et vérifier la mesure.

Pour l’acier inoxydable et les autres métaux à faible émissivité, la maîtrise des propriétés radiatives de la surface et des conditions de mesure est souvent plus importante que la seule recherche d’une spécification d’exactitude instrumentale plus élevée.