Introduction
Un thermomètre infrarouge mesure la température d’une surface sans contact en détectant le rayonnement infrarouge émis par celle-ci.
Cependant, ce rayonnement doit traverser l’espace situé entre la cible et le détecteur. Lorsque le trajet optique contient une quantité importante de vapeur, de fumée, de poussière, de brouillard ou d’autres particules, une partie de l’énergie infrarouge peut être absorbée ou diffusée. Ces milieux peuvent également émettre leur propre rayonnement thermique.
Ainsi, l’air propre influence généralement très peu les mesures infrarouges à courte distance, tandis qu’une vapeur dense, la fumée, les poussières et les longues distances peuvent affecter sensiblement la précision.
Points essentiels
● L’air propre a généralement peu d’influence sur les mesures infrarouges à courte distance.
● Une vapeur dense peut absorber et diffuser le rayonnement infrarouge de la cible.
● La fumée, la suie et les poussières peuvent réduire la transmission infrarouge et émettre leur propre rayonnement.
● Plus la distance augmente, plus l’humidité, l’absorption des gaz et les particules peuvent devenir importantes.
● Le thermomètre mesure le rayonnement infrarouge dans son champ de visée ; le laser sert uniquement au pointage.
● Dans un environnement chargé en vapeur, fumée ou poussières, il convient de réduire autant que possible la longueur du trajet optique.
Pourquoi l’air peut-il influencer une mesure infrarouge ?
Le principe peut être résumé ainsi :
La cible émet un rayonnement infrarouge → le rayonnement traverse l’atmosphère → le système optique le collecte → le détecteur reçoit l’énergie → l’instrument calcule la température.
Le milieu situé entre la cible et l’appareil fait donc partie intégrante de la chaîne de mesure.
L’atmosphère contient notamment de la vapeur d’eau, du dioxyde de carbone et des aérosols, dont les propriétés d’absorption varient avec la longueur d’onde.
De nombreux thermomètres infrarouges industriels fonctionnent dans des fenêtres de transmission atmosphérique, notamment dans l’infrarouge à grande longueur d’onde, où l’air présente une transmission relativement élevée.
À courte distance, l’effet atmosphérique reste donc généralement faible. Il devient plus significatif lorsque la distance augmente ou lorsque la concentration de vapeur, fumée ou particules devient importante.
Quel est l’effet de l’air normal ?
Pour la majorité des applications utilisant un thermomètre infrarouge portatif, l’air propre sur quelques centimètres à quelques mètres entraîne généralement très peu d’erreur.
Applications typiques :
● Carter de moteur ;
● Composants d’armoires électriques ;
● Tuyauteries HVAC ;
● Surfaces de machines ;
● Emballages ;
● Murs et sols.
Dans ces situations, l’émissivité, la taille de la cible, le rapport distance/spot, les réflexions de l’environnement et la précision de l’instrument sont généralement plus critiques que l’air lui-même.
Sur plusieurs dizaines de mètres, l’absorption et la diffusion liées à la vapeur d’eau, au dioxyde de carbone et aux aérosols deviennent en revanche plus importantes.
Pourquoi la vapeur influence-t-elle la mesure infrarouge ?
La vapeur est fréquemment présente autour des chaudières, des installations alimentaires, des réseaux de tuyauterie, des équipements de traitement thermique et des procédés chimiques.
Les molécules d’eau absorbent certaines longueurs d’onde infrarouges. Une forte concentration de vapeur entre la cible et l’appareil peut donc réduire l’énergie provenant de la surface.
La vapeur possède également sa propre température et émet un rayonnement thermique.
Le détecteur peut alors recevoir simultanément :
● Un rayonnement atténué provenant de la cible ;
● Le rayonnement thermique émis par la vapeur.
La température indiquée peut donc être supérieure ou inférieure à la température réelle de la surface.
● Une cible très chaude observée à travers une vapeur plus froide peut donner une valeur trop basse.
● Une vapeur ou des gaz très chauds peuvent augmenter l’énergie reçue.
● Une densité de vapeur variable peut provoquer des valeurs instables.
Lorsque la cible est complètement masquée par une vapeur dense, un thermomètre infrarouge portatif classique n’est généralement pas adapté à une mesure de surface de haute précision.
Quelle différence entre vapeur d’eau et brouillard visible ?
La vapeur d’eau sous forme gazeuse est normalement invisible. Le nuage blanc couramment appelé « vapeur » contient généralement de fines gouttelettes d’eau condensée.
Ces gouttelettes peuvent diffuser et masquer davantage le rayonnement infrarouge.
Un brouillard dense, une vapeur visible ou un nuage de condensation perturbent donc généralement davantage la mesure qu’un simple air humide.
Si la cible est difficilement visible à travers le brouillard, la valeur infrarouge doit également être interprétée avec prudence.
Comment la fumée influence-t-elle la mesure infrarouge ?
La fumée est constituée de gaz et de particules solides ou liquides en suspension, telles que de la suie, des produits de combustion, des gouttelettes d’huile ou des poussières.
Lors du passage du rayonnement infrarouge à travers la fumée :
● Une partie du rayonnement peut être absorbée ;
● Une partie peut être diffusée ;
● Les fumées chaudes peuvent émettre leur propre rayonnement ;
● Une fumée dense peut masquer partiellement ou totalement la cible.
L’influence augmente généralement avec la densité de fumée et la longueur du trajet optique.
Dans un four, une conduite de fumées ou une installation de combustion, le détecteur peut donc recevoir un signal combinant la cible, les gaz de combustion et les particules.
Une mesure effectuée à travers une fumée dense ne doit pas être automatiquement considérée comme la température réelle de la surface située derrière celle-ci.
Les poussières peuvent-elles affecter la mesure ?
Oui.
Dans les cimenteries, les mines, les ateliers de transformation du bois, l’usinage des métaux ou d’autres environnements poussiéreux, les particules en suspension peuvent absorber ou diffuser le rayonnement infrarouge.
Une faible concentration a généralement peu d’effet. En revanche, un nuage de poussière dense entre l’instrument et la cible augmente l’incertitude de mesure.
Les poussières peuvent également contaminer la fenêtre optique ou la lentille infrarouge.
Poussières, huile, humidité et condensation réduisent la transmission vers le détecteur et peuvent continuer à provoquer des erreurs même après retour dans un environnement propre.
L’optique doit donc être inspectée et nettoyée conformément aux recommandations du fabricant.
La température de l’air influence-t-elle la mesure ?
Deux phénomènes doivent être distingués.
Le premier concerne la température du milieu situé entre la cible et l’appareil. Sur une courte distance, son influence est généralement faible. Elle peut néanmoins devenir significative en présence de gaz chauds, de longues distances ou de gaz fortement absorbants.
Le second concerne la température ambiante de l’instrument lui-même.
Lorsqu’un thermomètre infrarouge passe rapidement d’un environnement froid à un environnement chaud, ou inversement, son optique et son électronique doivent atteindre un nouvel équilibre thermique.
Des erreurs temporaires peuvent apparaître avant stabilisation.
Il convient donc d’utiliser l’instrument dans les conditions ambiantes spécifiées et de lui laisser un temps de stabilisation suffisant après un changement important de température.
Pourquoi la distance augmente-t-elle l’influence de l’atmosphère ?
L’effet atmosphérique dépend fortement de la longueur du trajet optique.
À une distance de 20 cm, le rayonnement traverse très peu d’air. À 5 m, 20 m ou davantage, il traverse une quantité beaucoup plus importante d’atmosphère.
Les phénomènes d’absorption, de diffusion et d’émission intermédiaire deviennent alors plus probables.
En règle générale :
Trajet court → faible influence atmosphérique ;
trajet long → transmission atmosphérique plus importante à considérer.
Une distance plus grande augmente également la taille du spot de mesure.
Le rapport D:S définit la relation entre la distance de mesure et le diamètre du spot. Si la cible ne remplit pas entièrement le spot, le rayonnement de l’arrière-plan contribue également à la mesure.
Une erreur à longue distance n’est donc pas nécessairement due uniquement à l’atmosphère.
Le laser permet-il de savoir si la fumée perturbe la mesure ?
Non.
Le laser sert uniquement à faciliter la visée. Il ne mesure pas la température.
Le fait de voir le point laser sur la cible à travers la fumée ne signifie pas que le rayonnement infrarouge utilisé pour la mesure traverse cette fumée sans atténuation.
La lumière laser visible et le rayonnement infrarouge thermique n’ont pas les mêmes propriétés de transmission.
La visibilité du point laser ne garantit donc pas la fiabilité de la mesure.
Comment réduire les erreurs dues à la vapeur et à la fumée ?
● Réduire autant que possible la distance tout en respectant le rapport D:S.
● Choisir un emplacement où la concentration de vapeur, fumée ou poussières est minimale.
● Lorsque la vapeur ou la fumée est intermittente, mesurer pendant une phase où le trajet est dégagé.
● Vérifier que la cible remplit entièrement le spot de mesure.
● Régler correctement l’émissivité de la surface.
● Vérifier régulièrement l’état de l’optique infrarouge.
● Laisser l’instrument se stabiliser après un changement important de température ambiante.
● Pour les températures critiques, comparer si nécessaire la mesure avec un thermocouple ou un thermomètre de contact.
Lorsqu’une cible reste en permanence masquée par une vapeur ou une fumée dense, un thermomètre infrarouge portatif classique peut ne pas fournir une mesure suffisamment fiable de la température réelle de surface.
Quelles applications nécessitent une attention particulière ?
● Chaudières et conduites de vapeur : la vapeur peut se trouver directement sur le trajet optique.
● Industrie alimentaire : cuisson, stérilisation et chauffage produisent vapeur, humidité et brouillard.
● Fours industriels et combustion : fumées, gaz chauds et particules peuvent modifier le signal.
● Soudage et travail des métaux : fumées et particules peuvent traverser le champ de mesure.
● Cimenteries, mines et travail du bois : les fortes concentrations de poussière perturbent la transmission et contaminent l’optique.
● Mesures extérieures à longue distance : humidité, brouillard, aérosols et longue trajectoire atmosphérique augmentent l’incertitude.
Dans ces situations, la précision nominale de l’instrument ne représente qu’une partie de l’incertitude globale.
FAQ
L’air normal peut-il fausser un thermomètre infrarouge ?
À courte distance et dans un air propre, son influence est généralement très faible. Elle augmente avec la distance, l’humidité et la concentration de particules.
Peut-on mesurer à travers de la vapeur ?
Une faible quantité de vapeur peut avoir un effet limité. Une vapeur ou un brouillard dense peut toutefois provoquer des écarts importants.
La fumée fait-elle monter ou baisser la température affichée ?
Les deux sont possibles. Cela dépend notamment de la température de la cible, de celle des fumées, de leur concentration et de la distance.
Pourquoi le laser reste-t-il visible alors que la mesure peut être incorrecte ?
Parce que le laser sert uniquement à la visée. Le rayonnement thermique infrarouge utilisé pour mesurer la température peut être absorbé ou diffusé différemment.
Une forte humidité influence-t-elle la mesure ?
Peu à courte distance dans la plupart des cas, mais davantage sur une longue distance ou en présence de brouillard visible.
Un thermomètre infrarouge peut-il mesurer directement la température de l’air ou de la vapeur ?
Un appareil standard est principalement destiné aux surfaces. La mesure de température de gaz nécessite généralement un système spécialisé.
La condensation sur la lentille peut-elle provoquer une erreur ?
Oui. L’humidité, les poussières et l’huile sur l’optique réduisent la transmission du rayonnement infrarouge.
Conclusion
L’air, la vapeur et la fumée peuvent influencer les mesures de température infrarouge, mais l’importance de cet effet dépend fortement des conditions.
L’air propre a généralement peu d’influence à courte distance. Une vapeur dense, du brouillard, de la fumée, de la suie ou des poussières peuvent absorber, diffuser ou ajouter du rayonnement infrarouge, ce qui modifie le signal reçu par le détecteur.
Plus la distance est longue et plus la concentration de substances perturbatrices est élevée, plus leur influence devient importante.
Pour obtenir des mesures fiables, il convient de maintenir un trajet optique aussi dégagé que possible, de limiter la distance, de régler correctement l’émissivité, de maintenir l’optique propre et, pour les mesures critiques, de vérifier les résultats avec une méthode de contact adaptée lorsque cela est nécessaire.
