Introduction

Un thermomètre infrarouge mesure le rayonnement infrarouge émis par la surface d’une cible. Il peut donc être utilisé non seulement sur des solides, mais aussi sur de nombreux liquides. Il faut néanmoins retenir un point essentiel : un thermomètre infrarouge mesure généralement la température de surface du liquide, et non sa température interne ou sa température moyenne.

Pour l’eau, les huiles et certains fluides industriels, la mesure infrarouge permet d’obtenir rapidement une température de surface lorsque les conditions de mesure sont adaptées. Si l’objectif est de connaître la température interne, la température moyenne du volume de liquide ou d’effectuer une mesure de procédé de haute précision, un thermocouple, une sonde à résistance ou un autre capteur de contact peut être plus approprié.

Points essentiels

● Un thermomètre infrarouge peut mesurer de nombreux liquides, mais il mesure principalement leur température de surface.
● L’eau et les autres liquides à forte émissivité se prêtent généralement bien à la mesure infrarouge, même si la vapeur, la mousse et les mouvements de surface peuvent perturber la mesure.
● Les huiles, produits chimiques et matériaux fondus peuvent présenter des émissivités différentes ; le réglage doit être adapté au matériau mesuré.
● Un thermomètre infrarouge ne mesure pas directement la température en profondeur dans un liquide.
● Pendant le chauffage, le refroidissement ou en présence de stratification thermique, la température de surface peut être sensiblement différente de la température interne.
● La zone mesurée doit être suffisamment grande pour couvrir entièrement le spot de mesure, tout en évitant autant que possible la vapeur, les bords du récipient et les réflexions importantes.

Peut-on mesurer directement un liquide avec un thermomètre infrarouge ?

Oui. Dans des conditions appropriées, un thermomètre infrarouge peut être dirigé directement vers une surface liquide exposée afin d’en mesurer la température sans contact.

L’appareil n’envoie pas un signal dans le liquide pour déterminer sa température interne. Il détecte le rayonnement infrarouge émis par la surface, puis calcule la température en fonction du rayonnement reçu, de l’émissivité réglée et de son algorithme de mesure.

Le principe est donc similaire à celui d’une mesure sur une surface solide : l’appareil recueille les informations radiatives provenant de la surface comprise dans son champ de mesure.

Exemples d’applications :
● Température de surface de l’eau ;
● Eau chaude ou froide ;
● Huile alimentaire ou huile industrielle ;
● Liquide de refroidissement ;
● Certains produits chimiques liquides ;
● Matières premières liquides ou bains de procédé.

Cependant, les propriétés radiatives varient d’un liquide à l’autre. Un même réglage ne garantit donc pas la même précision pour tous les liquides.

Pourquoi un thermomètre infrarouge mesure-t-il la surface d’un liquide ?

Un thermomètre infrarouge détecte le rayonnement provenant de la direction de la cible et entrant dans son système optique. Avec un appareil portatif classique, la mesure correspond principalement à la température de la surface visible.

Par exemple, lorsqu’un thermomètre infrarouge est dirigé vers une tasse d’eau chaude, il indique principalement la température de la surface de l’eau, et non celle du centre ou du fond de la tasse.

Si le liquide est bien mélangé et présente une température homogène, la température de surface peut être proche de la température interne. En revanche, pendant un chauffage ou un refroidissement rapide, ou lorsqu’une stratification thermique apparaît, l’écart peut devenir important.

Par exemple :
● Le liquide situé près du fond d’un récipient chauffé peut être plus chaud que la surface ;
● Un liquide chaud laissé au repos peut présenter des différences entre les couches supérieures et inférieures ;
● Pendant le refroidissement, la surface peut se refroidir plus rapidement que l’intérieur ;
● Le mélange du liquide favorise généralement une température plus homogène et rend la mesure de surface plus représentative.

La température mesurée par infrarouge ne doit donc pas être assimilée automatiquement à la température interne du liquide.

Quels liquides conviennent à la mesure de température infrarouge ?

De nombreux liquides présentant une émissivité relativement élevée et stable conviennent à la mesure infrarouge de surface.

L’eau constitue un exemple courant. Dans les bandes spectrales utilisées par de nombreux thermomètres infrarouges, la surface de l’eau présente généralement une forte émissivité. Avec une distance de mesure correcte, des conditions ambiantes adaptées et un réglage approprié, il est généralement possible d’obtenir des mesures stables.

De nombreuses huiles et autres liquides peuvent également être mesurés, mais leur émissivité peut varier en fonction de leur nature, de l’état de leur surface et de leur température.

Pour un liquide inconnu, notamment lorsque la précision est importante, il est recommandé de connaître ses caractéristiques d’émission infrarouge et de régler l’émissivité de l’appareil en conséquence.

Dans quelles situations les erreurs de mesure sont-elles plus probables ?

Présence importante de vapeur

Lors de la mesure d’eau chaude, d’eau bouillante ou de fluides de procédé à haute température, de la vapeur peut se trouver entre le thermomètre et la surface. Elle peut absorber, diffuser ou émettre du rayonnement infrarouge et ainsi modifier le signal reçu.

Présence de mousse

La mousse possède des caractéristiques de surface différentes de celles du liquide situé en dessous. Si l’appareil mesure la mousse, la valeur obtenue peut correspondre principalement à la température de celle-ci.

Surface liquide instable ou en mouvement

Un liquide en écoulement, agité ou soumis à des vibrations modifie continuellement la zone mesurée. Les valeurs peuvent donc fluctuer. Plusieurs mesures et l’observation d’une valeur stabilisée sont alors recommandées.

Réglage incorrect de l’émissivité

Les liquides peuvent présenter des émissivités différentes. Si l’émissivité réelle est sensiblement différente du réglage de l’appareil, une erreur systématique peut apparaître.

Spot de mesure plus grand que la surface liquide

Les thermomètres infrarouges présentent un rapport distance/spot (D:S). À mesure que la distance augmente, le diamètre du spot augmente généralement aussi. Si le spot dépasse la surface liquide, le bord du récipient, la table ou l’arrière-plan peuvent entrer dans le champ de mesure et fausser le résultat.

Mesure du récipient au lieu du liquide

Lorsqu’un liquide se trouve dans une bouteille en verre, en plastique ou dans un récipient fermé, viser la paroi extérieure ne permet pas de mesurer directement la température du liquide. L’appareil mesure principalement la température de surface du récipient.

Peut-on mesurer la température d’un liquide à travers du verre ?

Avec la plupart des thermomètres infrarouges portatifs, le verre ordinaire ne doit pas être considéré comme transparent aux longueurs d’onde infrarouges utilisées par l’appareil.

Même s’il est transparent à la lumière visible, le verre ne l’est pas nécessairement dans l’infrarouge lointain utilisé par de nombreux thermomètres portatifs. Lorsque l’appareil vise un récipient en verre, il détecte principalement le rayonnement et les réflexions provenant de la surface du verre.

La valeur affichée correspond donc généralement davantage à la température du verre qu’à celle du liquide situé derrière.

Pour un liquide contenu dans un verre, une bouteille ou derrière un hublot, il est préférable de mesurer directement une surface liquide accessible ou d’utiliser une sonde de contact adaptée.

Comment mesurer correctement un liquide avec un thermomètre infrarouge ?

Pour obtenir des mesures de surface plus fiables :

● Viser directement une surface liquide exposée et éviter de mesurer à travers du verre ordinaire ou du plastique transparent ;
● Régler l’émissivité en fonction du liquide, notamment avec un appareil à émissivité réglable ;
● Respecter une distance de mesure permettant à la surface du liquide de couvrir entièrement le spot ;
● Éviter les bords du récipient afin qu’ils ne soient pas inclus dans le champ de mesure ;
● Pour les liquides chauds, limiter autant que possible la présence de vapeur sur le trajet optique ;
● En présence de mousse, déterminer si la mesure recherchée concerne la mousse ou le liquide sous-jacent ;
● Pendant un chauffage ou un refroidissement rapide, tenir compte du fait que la température de surface peut différer de la température interne ;
● Lorsque cela peut être effectué en toute sécurité, mélanger le liquide avant la mesure afin d’améliorer son homogénéité thermique ;
● Mesurer plusieurs zones si nécessaire afin de vérifier l’uniformité de la température de surface.

Un thermomètre infrarouge peut-il mesurer de l’eau bouillante ?

Oui, il peut mesurer la température de surface de l’eau bouillante, mais les conditions sont plus difficiles.

À proximité du point d’ébullition, les mouvements de surface sont importants et de la vapeur est produite. Ces phénomènes peuvent perturber le trajet optique. De plus, les différentes zones de la surface et la vapeur située au-dessus peuvent présenter des températures légèrement différentes, ce qui peut faire fluctuer la mesure.

Pour une vérification rapide de la température de surface, la mesure infrarouge convient. En revanche, lorsqu’une mesure précise de la température interne est nécessaire, notamment en laboratoire, en étalonnage ou en contrôle de procédé, une sonde de contact adaptée est généralement préférable.

Il faut également rappeler que l’eau ne bout pas toujours exactement à 100 °C : son point d’ébullition varie notamment avec la pression atmosphérique et l’altitude.

Un thermomètre infrarouge peut-il mesurer la température de l’huile ?

Oui dans de nombreuses applications, sous réserve de conditions de mesure adaptées.

Les différentes huiles peuvent présenter des émissivités de surface différentes. L’écoulement, l’aspect de surface, la température, la fumée ou les vapeurs peuvent également influencer la mesure.

En maintenance industrielle, un thermomètre infrarouge est pratique pour contrôler rapidement et sans contact la température de surface d’une huile de lubrification, d’une huile hydraulique, d’un fluide caloporteur ou d’autres liquides.

En revanche, pour surveiller précisément la température à l’intérieur d’une cuve, d’une canalisation ou d’un réservoir, il convient d’utiliser un capteur de température correctement positionné.

La température de surface représente-t-elle la température interne du liquide ?

Pas nécessairement.

La température de surface est surtout représentative lorsque le liquide présente une température homogène et que les échanges thermiques entre la surface et l’intérieur sont relativement stables.

Des écarts importants peuvent exister lorsque :
● Le liquide chauffe rapidement ;
● Le liquide refroidit rapidement ;
● Une source de chaleur localisée agit sur le fond ou la paroi du récipient ;
● Le liquide n’est pas suffisamment mélangé ;
● Une stratification thermique est présente ;
● L’évaporation est importante ;
● La température ambiante est très différente de celle du liquide.

Si l’application exige la température au centre, au fond, à une profondeur précise ou la température moyenne du volume de liquide, une sonde de contact immergeable doit être utilisée.

Quand faut-il utiliser un thermomètre à contact ?

La mesure infrarouge et la mesure par contact répondent à des besoins différents et ne sont pas directement interchangeables.

Le thermomètre infrarouge convient particulièrement aux contrôles rapides, sûrs et sans contact de la température de surface, notamment pour les inspections, les contrôles ponctuels, les liquides en mouvement ou les zones difficiles à atteindre.

Une mesure par contact est généralement préférable lorsque :
● La température interne du liquide est requise ;
● La température doit être mesurée à différentes profondeurs ;
● Une surveillance continue à long terme est nécessaire ;
● Un écart important existe entre la surface et l’intérieur ;
● Une précision de mesure plus élevée est requise ;
● L’émissivité du liquide est inconnue ou varie fortement ;
● De la vapeur, de la fumée ou d’autres perturbations infrarouges sont présentes.

Dans les applications industrielles ou de laboratoire exigeantes, la mesure infrarouge peut également servir de contrôle rapide, puis être confirmée par une mesure de contact.

FAQ

Un thermomètre infrarouge peut-il mesurer la température de l’eau ?
Oui, mais il mesure généralement la température de surface. Si l’eau est thermiquement homogène, cette température peut être proche de la température interne. Pendant le chauffage, le refroidissement ou en cas de stratification, l’écart peut être important.

Peut-on mesurer l’eau chaude dans une tasse ?
Oui, en visant directement la surface libre de l’eau. Si l’appareil vise la paroi de la tasse, la valeur correspond principalement à la température de cette paroi.

Peut-on mesurer un liquide à travers une bouteille en verre ?
En général, non. Le verre ordinaire n’est pas transparent à de nombreuses longueurs d’onde infrarouges utilisées par les thermomètres portatifs. L’appareil mesure donc généralement la surface du verre.

Peut-on mesurer la température de l’huile alimentaire ?
Oui, généralement pour la température de surface. Toutefois, l’émissivité et l’état de surface peuvent varier selon les huiles. Pour une précision plus élevée, il convient de régler correctement l’émissivité et, si nécessaire, de vérifier le résultat avec une sonde de contact.

Peut-on mesurer un liquide en ébullition ?
Oui, mais la vapeur, les bulles et les mouvements de surface peuvent provoquer des fluctuations. Pour mesurer précisément la température interne, une sonde de contact est généralement recommandée.

Pourquoi le thermomètre infrarouge et la sonde donnent-ils des valeurs différentes ?
La raison la plus fréquente est qu’ils ne mesurent pas au même endroit. Le thermomètre infrarouge mesure principalement la surface, tandis qu’une sonde immergée mesure l’intérieur du liquide. L’émissivité, la vapeur, la distance de mesure et la stratification thermique peuvent également expliquer l’écart.

Conclusion

Un thermomètre infrarouge peut mesurer la température d’un liquide, mais il mesure principalement sa température de surface. Pour l’eau, l’huile et de nombreux fluides industriels, cette méthode offre une mesure rapide et sans contact lorsque l’émissivité est adaptée, que la cible couvre entièrement le spot et que les perturbations environnementales sont limitées.

La température de surface n’est toutefois pas toujours identique à la température interne. Le chauffage, le refroidissement, la stratification thermique, l’émissivité, la vapeur, la mousse, la distance de mesure et le récipient peuvent tous influencer le résultat.

Pour un contrôle rapide de surface, le thermomètre infrarouge est particulièrement pratique. Lorsque la température interne, une profondeur précise ou la température moyenne du liquide doit être déterminée, il convient d’utiliser un capteur de température par contact adapté.