Introduction

L’utilisation du rayonnement infrarouge pour mesurer la température repose directement sur le phénomène de rayonnement thermique. Tout objet dont la température est supérieure au zéro absolu émet continuellement un rayonnement électromagnétique. Dans les plages de température couramment rencontrées en maintenance industrielle, inspection électrique, HVAC et production, une part importante de cette énergie se situe dans le domaine infrarouge.

Le système optique du thermomètre recueille le rayonnement infrarouge émis par la surface de la cible. Un détecteur infrarouge transforme cette énergie en signal électrique, puis l’instrument utilise notamment l’émissivité, la compensation thermique et ses paramètres internes pour calculer la température de surface.

La thermométrie infrarouge est donc essentiellement une méthode de mesure sans contact de la température de surface à partir du rayonnement thermique émis naturellement par l’objet.

Il convient également de distinguer ce principe du laser présent sur de nombreux thermomètres portables. Ce laser sert généralement uniquement à faciliter la visée.

Points essentiels

● Tout objet au-dessus du zéro absolu émet un rayonnement thermique, dont une part importante se situe dans l’infrarouge aux températures usuelles.
● Un thermomètre infrarouge détecte principalement le rayonnement émis par la cible elle-même ; il ne mesure normalement pas la température en envoyant un rayonnement infrarouge vers celle-ci.
● Le rayonnement infrarouge varie avec la température et constitue donc une base adaptée à la mesure sans contact.
● La thermométrie infrarouge permet une mesure rapide de la température de surface sur des objets chauds, mobiles, sous tension ou difficiles d’accès.
● L’émissivité, la distance de mesure, la taille de la cible, l’état de surface et l’environnement influencent le résultat.
● Un thermomètre infrarouge mesure généralement la température de surface, et non la température interne de l’objet.

Pourquoi les objets émettent-ils un rayonnement infrarouge ?

D’un point de vue physique, tout objet situé au-dessus du zéro absolu possède une énergie thermique. Les particules qui le constituent sont en mouvement et libèrent continuellement de l’énergie sous forme de rayonnement électromagnétique. Ce phénomène est appelé rayonnement thermique.

Ce rayonnement ne correspond pas à une seule longueur d’onde. Il est réparti sur une plage spectrale dont la distribution et l’intensité évoluent avec la température.

À température ambiante et dans de nombreuses applications industrielles, une part importante du rayonnement thermique émis par les machines, composants électriques et autres objets se trouve dans l’infrarouge.

Lorsque la température de la cible change, son rayonnement infrarouge change également. Le thermomètre infrarouge exploite cette relation pour calculer la température de surface.

Pourquoi utiliser l’infrarouge plutôt que la lumière visible ?

La lumière visible ne représente qu’une petite partie du spectre électromagnétique. À température ambiante et dans la majorité des plages industrielles courantes, les objets n’émettent pas suffisamment de rayonnement thermique visible pour permettre une estimation fiable de leur température.

Un carter de machine à quelques dizaines de degrés Celsius peut sembler parfaitement normal à l’œil, tout en émettant en permanence un rayonnement thermique infrarouge.

Ce n’est qu’à température suffisamment élevée qu’une partie du rayonnement thermique se déplace vers le domaine visible. Un métal fortement chauffé peut alors commencer à rougeoyer.

Pour la majorité des mesures pratiques, la lumière visible n’est donc pas adaptée. Le rayonnement infrarouge, présent dans des plages de température beaucoup plus courantes, est mieux adapté à la thermométrie sans contact.

Que mesure réellement un thermomètre infrarouge ?

Un thermomètre infrarouge ne mesure pas directement la « température ». Il commence par détecter l’énergie infrarouge émise par la surface de la cible.

Le processus peut être résumé ainsi :

● La surface de la cible émet un rayonnement thermique infrarouge.
● Le système optique recueille le rayonnement dans un champ de vision défini.
● Le détecteur infrarouge convertit cette énergie en signal électrique.
● L’instrument traite ce signal en tenant compte de l’émissivité, de sa propre température et de différents paramètres de compensation.
● Le microprocesseur calcule la température de surface.
● Le résultat est affiché à l’écran.

Le principe peut donc être résumé par :

Rayonnement infrarouge → signal électrique → valeur de température

Pourquoi l’infrarouge convient-il à la mesure sans contact ?

Une sonde de température classique doit entrer en contact avec la cible. Un transfert thermique se produit alors entre l’objet et la sonde avant qu’une valeur représentative puisse être obtenue.

La mesure infrarouge ne nécessite pas ce contact physique. Il suffit que le rayonnement infrarouge émis par la cible puisse atteindre le détecteur.

Cette méthode offre plusieurs avantages :

● Aucun contact avec la cible. Utile pour les surfaces difficiles d’accès, sensibles ou qui ne doivent pas être touchées.
● Réponse rapide. Aucun équilibre thermique prolongé entre sonde et cible n’est nécessaire.
● Mesure de surfaces chaudes. Les équipements à haute température peuvent être contrôlés à distance.
● Mesure d’objets en mouvement. Par exemple des pièces rotatives ou des produits se déplaçant sur une ligne de production.
● Contrôle de certains équipements sous tension. Sous réserve de respecter les exigences de sécurité applicables, il est possible d’effectuer une vérification thermique sans contact de mesure.

Ces caractéristiques expliquent l’utilisation fréquente des thermomètres infrarouges en maintenance industrielle, inspection électrique, HVAC, maintenance mécanique et contrôle de production.

Pourquoi la réponse est-elle rapide ?

Une sonde de contact dépend du transfert de chaleur entre le capteur et l’objet. Sa vitesse de réponse dépend notamment de sa conception, de sa masse thermique, de la qualité du contact et du matériau mesuré.

Un thermomètre infrarouge détecte un rayonnement déjà émis par la cible. Il n’a donc pas besoin d’attendre que le capteur atteigne la même température que la surface.

Cette rapidité est particulièrement utile pour contrôler de nombreux points, notamment sur des équipements électriques, des roulements, des installations HVAC, des lignes de production ou pour localiser rapidement des zones anormalement chaudes.

Une réponse rapide ne signifie toutefois pas qu’une mesure est automatiquement exacte dans toutes les situations. La taille de la cible, la distance, les variations de température ambiante et la stabilisation de l’appareil peuvent toujours influencer le résultat.

Pourquoi mesure-t-on généralement la température de surface ?

Les thermomètres infrarouges détectent principalement le rayonnement qui quitte la surface de l’objet. La valeur affichée représente donc généralement la température de surface.

Un thermomètre infrarouge portable standard ne doit pas être considéré comme un instrument mesurant directement la température à l’intérieur d’un matériau.

Par exemple :

● Sur une canalisation, la mesure correspond normalement à la température de la paroi extérieure et non directement au fluide interne.
● Sur un récipient alimentaire, la mesure correspond à la surface du récipient ou de l’aliment exposé.
● Sur un moteur, elle correspond à la zone de carter ou au composant visé.
● Pour le verre, il faut également tenir compte de ses propriétés de transmission, de réflexion et d’émission dans la bande infrarouge concernée.

Pour mesurer une température interne, une sonde thermocouple, une sonde à résistance, une sonde de pénétration ou une autre méthode appropriée peut être nécessaire.

Pourquoi l’émissivité influence-t-elle la mesure ?

Tous les matériaux n’émettent pas la même quantité de rayonnement infrarouge à température identique. Cette propriété est caractérisée par l’émissivité.

De nombreuses surfaces non métalliques, peintes, revêtues ou oxydées présentent une émissivité relativement élevée et sont généralement plus faciles à mesurer avec un thermomètre infrarouge.

Les métaux polis ou brillants ont souvent une faible émissivité et une forte réflectivité. Le thermomètre peut alors recevoir non seulement le rayonnement émis par la cible, mais également une partie du rayonnement de l’environnement réfléchi par sa surface.

Cette situation peut entraîner des erreurs importantes.

Il est donc incorrect de considérer qu’un thermomètre infrarouge mesure tous les matériaux avec la même précision. Le réglage correct de l’émissivité et des conditions de mesure appropriées sont essentiels.

Pourquoi la distance de mesure est-elle importante ?

Un thermomètre infrarouge ne mesure pas uniquement le petit point indiqué par le laser. Il mesure le rayonnement moyen d’une zone définie par son système optique.

Lorsque la distance augmente, la zone mesurée devient généralement plus grande. Cette relation est couramment exprimée par le rapport D:S, Distance-to-Spot.

Si la cible est plus petite que la zone réellement mesurée, le rayonnement provenant de l’arrière-plan peut également être détecté et modifier la température affichée.

Pour obtenir une mesure fiable :

● La cible doit couvrir entièrement la zone de mesure.
● La distance doit être choisie en fonction du rapport D:S de l’instrument.
● Le diamètre du point laser ne doit pas être confondu avec le diamètre réel de la zone mesurée.

Une mesure à distance est donc possible, mais une distance plus grande n’est pas nécessairement préférable.

Le laser mesure-t-il la température ?

Non.

Le laser rouge visible présent sur de nombreux thermomètres infrarouges sert principalement d’aide à la visée.

La température est réellement déterminée par le système optique infrarouge et le détecteur qui recueillent le rayonnement thermique de la cible.

Un thermomètre infrarouge peut donc fonctionner sans laser si son système de détection infrarouge est opérationnel.

Le point laser ne doit pas non plus être considéré comme une représentation exacte de toute la zone de mesure. Celle-ci dépend de l’optique et du rapport D:S.

Quels sont les principaux avantages de la thermométrie infrarouge ?

Le principe de mesure offre plusieurs avantages pratiques :

● Mesure sans contact de surfaces chaudes, mobiles, difficiles d’accès ou qu’il est préférable de ne pas toucher.
● Réponse rapide adaptée aux inspections et au contrôle de nombreux points.
● Aucun capteur n’a besoin d’être installé en permanence sur la cible.
● Influence minimale sur l’état thermique de l’objet.
● Accès à des zones difficiles à mesurer avec une sonde de contact.
● Comparaison rapide de plusieurs surfaces pour identifier des échauffements ou différences de température anormales.

La mesure infrarouge ne remplace cependant pas complètement les méthodes par contact. Le choix dépend du matériau, de la plage de température, de la précision requise et du besoin de mesurer une température de surface ou interne.

Quels facteurs peuvent affecter le résultat ?

La thermométrie infrarouge est rapide et pratique, mais elle dépend fortement des caractéristiques radiatives de la cible et de son environnement.

Les principaux facteurs sont :

● Émissivité : un réglage incorrect peut générer des écarts importants.
● État de surface : les surfaces polies, oxydées, peintes, revêtues ou rugueuses n’ont pas les mêmes propriétés radiatives.
● Distance de mesure : une distance excessive peut augmenter la zone mesurée au-delà des dimensions de la cible.
● Taille de la cible : la cible doit remplir le champ de vision de l’instrument.
● Rayonnement réfléchi : les surfaces à faible émissivité peuvent réfléchir le rayonnement thermique d’objets voisins.
● Trajet optique : la poussière, la fumée, la vapeur et certains matériaux transparents peuvent atténuer ou modifier le rayonnement infrarouge.
● Variations de température ambiante : après un déplacement entre deux environnements de températures très différentes, l’appareil peut nécessiter un temps de stabilisation.

La maîtrise de ces paramètres permet d’exploiter correctement les avantages de la mesure infrarouge sans contact.

FAQ

Un thermomètre infrarouge émet-il des infrarouges pour mesurer la température ?
En général, non. Il détecte principalement le rayonnement thermique infrarouge émis par la cible elle-même. Le laser visible sert essentiellement à la visée.

Pourquoi tous les objets émettent-ils un rayonnement infrarouge ?
Tout objet au-dessus du zéro absolu possède une énergie thermique et émet un rayonnement électromagnétique. Aux températures usuelles, une part importante de cette énergie se trouve dans l’infrarouge.

Un thermomètre infrarouge peut-il mesurer une température interne ?
Généralement non. Les modèles standards mesurent principalement la température de surface. Une sonde de contact adaptée est habituellement nécessaire pour une température interne.

À quoi sert le laser rouge ?
Il sert principalement à faciliter la visée et ne réalise pas la mesure thermique elle-même.

Pourquoi les métaux brillants sont-ils difficiles à mesurer ?
Ils ont souvent une faible émissivité et une forte réflectivité. Le thermomètre peut donc détecter une part importante du rayonnement infrarouge réfléchi provenant de l’environnement.

La mesure infrarouge est-elle plus précise qu’une mesure par contact ?
Pas nécessairement. L’infrarouge est rapide et sans contact, mais sensible à l’émissivité et à l’état de surface. Une sonde de contact peut être préférable pour une température interne ou un point précis.

Conclusion

Les thermomètres infrarouges utilisent le rayonnement infrarouge parce qu’il existe une relation physique mesurable entre la température d’un objet et le rayonnement thermique qu’il émet. Dans les plages de température courantes, les objets émettent continuellement de l’énergie infrarouge, que les détecteurs peuvent convertir rapidement en valeur de température sans contact.

Par rapport aux méthodes de contact, la thermométrie infrarouge offre une réponse rapide et facilite la mesure de surfaces chaudes, mobiles, sous tension ou difficiles d’accès.

Elle mesure toutefois principalement la température de surface, et son résultat peut être influencé par l’émissivité, la taille de la cible, la distance, l’état de surface, les réflexions et les conditions ambiantes. Comprendre qu’un thermomètre infrarouge mesure le rayonnement thermique émis par la surface de la cible est essentiel pour l’utiliser correctement.