Introduction

Lors de l’utilisation d’un thermomètre infrarouge, l’attention se porte souvent sur la distance de mesure, le rapport D:S et l’émissivité. L’angle entre l’instrument et la surface mesurée est pourtant tout aussi important.

Un thermomètre infrarouge ne mesure pas la température du point laser. Il détecte le rayonnement infrarouge provenant d’une zone définie par son champ de vision optique.

Lorsque l’instrument est fortement incliné, cette zone devient plus grande et plus allongée. Les surfaces environnantes peuvent alors entrer dans le champ de mesure. Sur les matériaux réfléchissants, le changement d’angle peut également modifier la quantité de rayonnement ambiant réfléchi vers le détecteur.

Dans la mesure du possible, il est donc préférable d’orienter l’instrument presque perpendiculairement à la surface.

Points essentiels

● Le thermomètre infrarouge doit être orienté aussi perpendiculairement que possible à la surface.
● Plus l’angle devient oblique, plus la zone de mesure s’allonge et prend une forme elliptique.
● Si la cible ne couvre pas entièrement la zone mesurée, l’arrière-plan peut influencer le résultat.
● Sur les surfaces réfléchissantes à faible émissivité, l’angle peut modifier le rayonnement réfléchi reçu par le détecteur.
● L’angle, la distance, le rapport D:S et la taille de la cible doivent être évalués ensemble.
● Le laser sert uniquement au pointage et ne représente pas toute la zone réellement mesurée.

Qu’est-ce que l’angle de mesure d’un thermomètre infrarouge ?

L’angle de mesure correspond à l’orientation de l’axe optique de l’instrument par rapport à la surface de la cible.

La configuration la plus favorable est généralement obtenue lorsque l’axe optique est proche de la normale à la surface.

Sur une plaque métallique plane, par exemple :

● Une visée presque perpendiculaire produit une zone relativement compacte.
● Une visée inclinée projette le même champ optique sur une surface plus étendue.
● À forte inclinaison, la zone mesurée peut dépasser la cible.

L’angle influence donc non seulement la direction de visée, mais également la surface réellement prise en compte.

Pourquoi l’angle de mesure influence-t-il le résultat ?

Le système optique recueille le rayonnement infrarouge provenant d’un champ de vision défini et le dirige vers le détecteur.

Lorsque l’instrument est presque perpendiculaire à une surface plane, la projection reste relativement compacte. Lorsqu’il est incliné, la projection s’allonge dans la direction de l’inclinaison.

Dans un modèle géométrique simplifié, si θ représente l’angle entre l’axe optique et la normale à la surface, la dimension projetée augmente approximativement selon 1/cosθ.

L’effet est limité aux faibles angles, mais devient de plus en plus important lorsque l’inclinaison augmente.

En pratique, les données du fabricant concernant le rapport D:S et le champ de vision restent la référence.

La zone de mesure devient elliptique

À incidence presque normale, la zone de mesure sur une surface plane peut être assimilée à une forme approximativement circulaire.

Lorsque l’instrument est incliné, cette zone s’étire dans une direction et devient progressivement elliptique.

Ce phénomène est particulièrement important lors de la mesure de :

● Petits tubes;
● Roulements;
● Bornes électriques;
● Composants sur circuits imprimés;
● Petits éléments chauffants.

Même si le laser reste centré sur la cible, une partie de la zone infrarouge peut déjà dépasser celle-ci.

Quel est le lien entre l’angle de mesure et le rapport D:S ?

D:S signifie Distance-to-Spot Ratio, c’est-à-dire le rapport entre la distance de mesure et le diamètre nominal de la zone mesurée.

Avec un rapport de 12:1, une distance d’environ 1200 mm correspond, dans des conditions idéalisées, à une zone nominale d’environ 100 mm de diamètre.

Lorsque l’instrument est fortement incliné :

● La distance peut rester identique;
● Le champ optique interne ne change pas;
● Mais sa projection sur la surface devient plus grande.

Le rapport D:S ne suffit donc pas à lui seul pour déterminer si une petite cible peut être mesurée correctement.

La cible doit être plus grande que la zone réellement mesurée

Un principe fondamental de la thermométrie infrarouge est que la cible doit couvrir entièrement le champ de vision.

Si elle est plus petite, le détecteur reçoit simultanément le rayonnement de la cible et celui de l’environnement.

Par exemple, un tube à 120 °C placé devant un mur à 25 °C peut produire une valeur nettement inférieure à sa température réelle si le champ de vision inclut également le mur.

Il est donc préférable que la cible soit sensiblement plus grande que la zone nominale calculée.

L’angle peut également modifier le comportement radiatif apparent

Une surface idéale diffusante émet son rayonnement de manière relativement uniforme selon différentes directions d’observation.

Les matériaux réels ne présentent pas toujours ce comportement. Lorsque l’angle s’éloigne de la normale à la surface, les caractéristiques directionnelles d’émission et de réflexion peuvent évoluer.

Une attention particulière est nécessaire pour :

● Les métaux polis;
● L’acier inoxydable;
● L’aluminium;
● Le cuivre;
● Les surfaces chromées;
● Le verre lisse;
● Les plastiques brillants;
● Les autres matériaux à faible émissivité ou fortement réfléchissants.

Un changement d’angle peut donc modifier la mesure même si le réglage d’émissivité reste inchangé.

Pourquoi les surfaces métalliques sont-elles plus sensibles à l’angle ?

Les métaux brillants non traités présentent généralement une faible émissivité et une forte réflectivité infrarouge.

Le thermomètre peut alors recevoir non seulement le rayonnement propre de la cible, mais également celui réfléchi par son environnement.

Parmi les sources possibles :

● Équipements de chauffage;
● Fours;
● Tuyauteries chaudes;
● Personnes;
● Surfaces chauffées par le soleil;
● Objets présentant une température très différente.

En modifiant l’angle, on peut également modifier la direction depuis laquelle ces rayonnements sont réfléchis vers le détecteur.

Des valeurs différentes obtenues selon l’angle ne traduisent donc pas nécessairement un défaut de l’appareil.

Un angle plus important entraîne-t-il toujours une erreur plus grande ?

Pas nécessairement.

Si la cible :

● Est beaucoup plus grande que la zone de mesure;
● Présente une émissivité élevée;
● Est proche d’une surface diffusante;
● Possède une température uniforme;
● N’est pas exposée à des réflexions thermiques importantes;

une variation modérée de l’angle peut avoir peu d’effet.

Le caoutchouc noir, les surfaces peintes, le papier ou le bois sont généralement plus tolérants que les métaux polis.

Néanmoins, plus l’angle devient oblique, plus l’incertitude potentielle augmente.

Faut-il toujours mesurer exactement à 90° ?

Non. Une orientation géométriquement parfaite à 90° n’est pas toujours nécessaire.

Dans les installations industrielles, la géométrie des équipements, la tuyauterie ou les contraintes de sécurité peuvent empêcher une mesure parfaitement perpendiculaire.

Dans ce cas :

● Éviter les angles excessifs;
● Vérifier que la cible couvre toute la zone de mesure;
● Éviter que l’arrière-plan entre dans le champ optique;
● Conserver le même angle lors des mesures comparatives;
● Tenir compte des réflexions sur les surfaces à faible émissivité.

Les recommandations du fabricant restent prioritaires.

Le laser permet-il de vérifier si l’angle est correct ?

Pas à lui seul.

Le laser sert essentiellement au pointage.

Il faut garder à l’esprit que :

● Le laser ne mesure pas la température;
● Le détecteur reçoit le rayonnement provenant d’une zone;
● Cette zone est généralement beaucoup plus grande que le point laser;
● À forte inclinaison, elle peut dépasser la cible même si le laser reste centré.

La position du laser doit donc être interprétée avec la distance, le rapport D:S, la taille de la cible et l’angle.

Comment maîtriser correctement l’angle de mesure ?

Pour limiter les erreurs liées à l’angle :

● Orienter l’appareil aussi directement que possible. L’axe optique doit rester proche de la normale à la surface.
● Éviter les inclinaisons importantes. À grand angle, vérifier que la totalité du champ reste dans la cible.
● Réduire la distance. Une distance plus courte diminue généralement la taille nominale du spot.
● Vérifier le rapport D:S. Les performances optiques varient selon les modèles.
● Choisir une cible suffisamment grande. Elle doit idéalement dépasser largement la zone nominale de mesure.
● Limiter les réflexions ambiantes. Cette précaution est particulièrement importante sur les métaux brillants.
● Conserver des conditions constantes. Pour les mesures répétées, utiliser autant que possible la même position, la même distance et le même angle.

Pourquoi un angle constant est-il essentiel pour le suivi de tendance ?

En maintenance industrielle, la thermométrie infrarouge sert souvent à identifier des évolutions thermiques dans le temps.

Les points couramment surveillés comprennent :

● Les carters de moteurs;
● Les roulements;
● Les équipements électriques;
● Les connexions électriques;
● Les conduits HVAC;
● Les systèmes de chauffage.

Si deux mesures sont réalisées sous des angles très différents, l’écart observé peut provenir à la fois d’une variation réelle de température et d’un changement de géométrie de mesure.

Pour un suivi fiable, il est donc recommandé de standardiser la position, la distance et l’orientation.

Dans quels cas l’angle de mesure est-il particulièrement important ?

Une attention accrue est recommandée lorsque :

● La cible est petite;
● La distance est importante;
● Le rapport D:S de l’appareil est relativement faible;
● La surface est métallique et brillante;
● L’émissivité est faible;
● Des sources chaudes se trouvent à proximité;
● La différence de température entre la cible et l’arrière-plan est importante;
● Des mesures répétées doivent être comparées;
● Un suivi de tendance est réalisé;
● Des points chauds localisés doivent être identifiés.

Dans ces cas, angle, distance, taille de cible, émissivité et rayonnement réfléchi doivent être examinés ensemble.

FAQ

Une mesure inclinée est-elle toujours incorrecte ?

Non. Une faible variation d’angle peut avoir peu d’effet lorsque la cible est grande, fortement émissive et thermiquement uniforme. Le risque d’erreur augmente cependant avec l’inclinaison.

Quelle est la meilleure orientation ?

Dans la mesure du possible, l’axe optique doit être proche de la normale à la surface.

Pourquoi une même zone affiche-t-elle différentes températures selon l’angle ?

Cela peut provenir de la modification de la zone mesurée, de l’inclusion de l’arrière-plan, de l’émissivité directionnelle ou du rayonnement réfléchi.

Pourquoi la mesure peut-elle être incorrecte alors que le laser est centré ?

Parce que le laser sert uniquement à viser. Le détecteur mesure une zone beaucoup plus grande.

Qu’est-ce qui est le plus important : l’angle ou la distance ?

Les deux. La distance détermine la taille nominale du spot, tandis que l’angle modifie sa projection réelle sur la surface.

Pourquoi faut-il conserver un angle constant sur les métaux ?

Les métaux brillants ont souvent une faible émissivité et une forte réflectivité. Un changement d’angle peut donc modifier le rayonnement ambiant réfléchi vers le détecteur.

Conclusion

L’angle de mesure constitue un paramètre important pour la fiabilité d’une mesure de température infrarouge sans contact.

À mesure que l’angle devient plus oblique, la zone réellement observée devient plus grande et plus elliptique. L’arrière-plan peut alors influencer davantage le résultat. Sur les matériaux réfléchissants à faible émissivité, le rayonnement ambiant réfléchi peut également varier avec l’angle.

Pour obtenir des résultats fiables, il convient de considérer simultanément l’angle de mesure, la distance, le rapport D:S, la taille de la cible, l’émissivité et les réflexions environnantes.

Une orientation aussi directe que possible et des conditions de mesure constantes améliorent la répétabilité, la comparabilité et la fiabilité des mesures.