Introduction
Un thermomètre infrarouge peut parfaitement être utilisé pour mesurer la température de surface d’un métal. Toutefois, toutes les surfaces métalliques ne permettent pas d’obtenir directement une mesure précise.
Les surfaces oxydées, peintes, revêtues ou rugueuses sont généralement relativement faciles à mesurer. À l’inverse, les surfaces brillantes ou polies en acier inoxydable, aluminium ou cuivre peuvent produire des écarts importants.
Le facteur déterminant n’est pas uniquement la nature du métal, mais surtout l’émissivité de sa surface et sa capacité à réfléchir le rayonnement infrarouge environnant. Il est donc essentiel de tenir compte de l’état de surface, du réglage d’émissivité, de la distance de mesure, de l’angle de visée et de l’environnement thermique.
Points essentiels
● Un thermomètre infrarouge peut mesurer la température de surface d’un métal, mais la précision dépend fortement de l’état de la surface.
● Les métaux oxydés, peints, revêtus ou rugueux présentent généralement une émissivité plus élevée et sont plus faciles à mesurer.
● Les métaux brillants et polis ont souvent une faible émissivité et une forte réflectivité.
● Une valeur d’émissivité élevée et fixe ne convient pas automatiquement aux métaux à faible émissivité.
● Un ruban à forte émissivité ou un revêtement de référence approprié peut améliorer la fiabilité de la mesure.
● Un thermomètre infrarouge mesure essentiellement la température de surface, et non la température interne du métal.
Pourquoi un thermomètre infrarouge peut-il mesurer un métal ?
Tout objet dont la température est supérieure au zéro absolu émet un rayonnement infrarouge. Les métaux ne font pas exception.
Le thermomètre infrarouge capte ce rayonnement et le convertit en une valeur de température en tenant compte, entre autres, de l’émissivité définie dans l’instrument.
Le principe de mesure permet donc bien de mesurer des surfaces métalliques.
La difficulté réside dans le fait que les différentes surfaces métalliques n’émettent pas la même quantité de rayonnement infrarouge. Elles peuvent également réfléchir le rayonnement provenant des murs, des machines, des fours, des éléments chauffants, des opérateurs ou d’autres objets environnants.
Sur une surface à forte émissivité, cette réflexion a généralement une influence limitée. Sur un métal brillant à faible émissivité, elle peut devenir une source majeure d’erreur.
Pourquoi les métaux brillants sont-ils plus difficiles à mesurer précisément ?
Les surfaces métalliques brillantes présentent généralement une faible émissivité et une forte réflectivité. L’acier inoxydable poli, l’aluminium et le cuivre peuvent réfléchir une part importante du rayonnement infrarouge présent dans leur environnement.
Le thermomètre ne mesure alors pas uniquement le rayonnement émis par le métal lui-même.
Une surface chaude en acier inoxydable poli peut par exemple réfléchir un mur plus froid, ce qui peut conduire à une température affichée trop basse. À l’inverse, si elle réfléchit un four, un chauffage ou une autre source chaude, la valeur mesurée peut être trop élevée.
Une valeur instable ou incorrecte sur une surface métallique brillante n’indique donc pas nécessairement un défaut de l’instrument. La faible émissivité et les réflexions ambiantes en sont souvent la cause.
Quelles surfaces métalliques sont plus faciles à mesurer ?
Les surfaces oxydées, peintes, revêtues ou rugueuses sont en général mieux adaptées à la mesure infrarouge que les surfaces lisses et fortement polies.
● Surface oxydée : une couche d’oxyde augmente souvent l’émissivité et améliore la stabilité de la mesure.
● Surface peinte : si le revêtement est uniforme et compatible avec la température mesurée, sa surface peut généralement être mesurée correctement.
● Surface rugueuse : elle provoque moins de réflexion spéculaire qu’une surface fortement polie.
● Revêtement sombre ou à forte émissivité : de nombreux revêtements non métalliques présentent une émissivité relativement élevée et stable.
La couleur visible ne permet pas, à elle seule, de déterminer correctement l’émissivité. La nature du matériau, son niveau d’oxydation, sa rugosité et son traitement de surface sont généralement plus importants.
Pourquoi la température mesurée sur un métal brillant est-elle souvent trop basse ?
De nombreux thermomètres infrarouges utilisent par défaut une émissivité relativement élevée, souvent proche de 0,95. Cette valeur convient à de nombreux matériaux non métalliques et à forte émissivité, mais pas nécessairement aux métaux nus et polis.
Si l’émissivité réelle du métal est nettement inférieure à celle configurée dans l’appareil, la température calculée peut s’écarter sensiblement de la température réelle.
En outre, une surface métallique à faible émissivité émet relativement peu de son propre rayonnement infrarouge et réfléchit davantage celui de son environnement.
C’est pourquoi la valeur affichée peut changer lorsque l’angle de mesure ou l’environnement thermique varie.
Comment régler l’émissivité pour mesurer un métal ?
Si le thermomètre permet de régler l’émissivité, la valeur doit être choisie en fonction du matériau et de l’état réel de sa surface.
Il n’existe pas une valeur unique valable pour un métal dans toutes les situations. Un acier inoxydable poli, oxydé, rugueux ou peint peut présenter des valeurs d’émissivité très différentes.
Il convient notamment de prendre en compte :
● Le type de métal ;
● Le niveau d’oxydation ;
● Le polissage éventuel ;
● La rugosité de la surface ;
● La présence de peinture, revêtement, huile ou autre couche superficielle ;
● La plage de température de mesure.
Pour les applications exigeant une meilleure précision, il est préférable d’utiliser des données d’émissivité validées, les informations du fournisseur du matériau ou du revêtement, ou une valeur déterminée par comparaison avec une mesure de référence fiable.
Comment améliorer la précision de mesure sur un métal ?
Pour les surfaces fortement réfléchissantes ou à faible émissivité, il est souvent possible d’améliorer la fiabilité en créant une zone de mesure mieux définie.
● Lorsque les conditions le permettent, appliquer un ruban à forte émissivité sur la zone de mesure et attendre qu’il atteigne l’équilibre thermique avec le métal.
● Pour un point de contrôle permanent, utiliser un revêtement à forte émissivité compatible avec le procédé et la température.
● Régler ensuite l’émissivité de l’instrument en fonction du ruban ou du revêtement mesuré.
● Éviter les zones réfléchissant directement un four, un chauffage, la lumière solaire intense, une machine chaude ou un opérateur.
● Effectuer la mesure aussi perpendiculairement que possible à la surface afin de limiter les effets de réflexion liés à l’angle.
Sur des équipements à haute température, il ne faut pas utiliser un ruban adhésif ordinaire ou un revêtement non adapté. Tout matériau ajouté sur la surface doit être compatible avec la température et les exigences de sécurité de l’application.
La distance de mesure influence-t-elle la mesure d’un métal ?
Oui.
Un thermomètre infrarouge ne mesure pas uniquement l’endroit indiqué par le point laser. Il mesure le rayonnement infrarouge moyen provenant d’une zone déterminée, dont la taille augmente généralement avec la distance.
Il faut donc respecter le rapport D:S, c’est-à-dire le rapport entre la distance de mesure et le diamètre de la zone mesurée.
La surface métallique ciblée doit entièrement couvrir la zone de mesure. Si un petit composant est mesuré de trop loin, le capteur peut également intégrer le rayonnement provenant d’un support, d’un tuyau, de l’arrière-plan ou d’autres objets voisins.
Ce point est particulièrement important pour les roulements, arbres, raccords et petites pièces mécaniques.
Le point laser correspond-il à la zone réellement mesurée ?
Non.
Le laser sert principalement à faciliter la visée. Il ne représente pas la taille réelle de la zone analysée par le capteur infrarouge.
Cette zone s’élargit généralement lorsque la distance augmente. Même si le point laser est correctement placé sur le métal, une distance excessive peut conduire le capteur à intégrer le rayonnement de zones adjacentes.
Pour les petites cibles, il est préférable de réduire la distance de mesure et de vérifier que la cible est nettement plus grande que la zone de mesure de l’instrument.
Quels facteurs environnementaux faut-il prendre en compte ?
L’environnement thermique peut fortement influencer une mesure réalisée sur un métal à faible émissivité.
● Éviter les réflexions provenant de fours, éléments chauffants, tuyaux chauds, luminaires ou autres sources de chaleur.
● Éviter autant que possible un fort rayonnement solaire direct sur la cible.
● Après un déplacement entre deux environnements présentant une forte différence de température, laisser l’instrument se stabiliser.
● Maintenir l’optique propre et exempte de poussière, huile, condensation ou autres contaminants.
● Pour les surfaces très chaudes ou dont la température évolue rapidement, tenir compte du temps de réponse du thermomètre et de la stabilité thermique de la cible.
Les réflexions sont particulièrement importantes sur les métaux polis, car la valeur mesurée peut varier avec l’orientation de l’instrument.
Quelles applications métalliques conviennent à la mesure infrarouge ?
Lorsque l’émissivité et les réflexions sont correctement maîtrisées, les thermomètres infrarouges conviennent à de nombreuses applications industrielles.
● Contrôle de la température des carters de moteurs ;
● Contrôle de paliers et de composants mécaniques ;
● Mesure de température sur des tuyauteries métalliques ;
● Inspection de systèmes HVAC et de conduites ;
● Contrôle thermique de coffrets et équipements électriques ;
● Surveillance de surfaces d’équipements chauffants ;
● Recherche rapide d’échauffements anormaux en maintenance industrielle.
La mesure infrarouge présente l’avantage d’être sans contact. Elle est donc particulièrement pratique pour les surfaces chaudes, mobiles, sous tension ou difficiles d’accès.
Pour les métaux à faible émissivité et les applications demandant une meilleure exactitude, il est recommandé de vérifier la mesure à l’aide d’une surface de référence à forte émissivité, d’un capteur de contact ou d’une autre méthode adaptée.
FAQ
● Peut-on mesurer directement de l’acier inoxydable avec un thermomètre infrarouge ?
Oui, mais l’acier inoxydable brillant ou poli présente généralement une faible émissivité. Les surfaces oxydées, peintes, revêtues ou préparées de manière appropriée donnent généralement des résultats plus stables.
● Peut-on mesurer de l’aluminium ?
Oui, mais l’aluminium brillant constitue une surface typiquement réfléchissante et à faible émissivité. Il faut accorder une attention particulière au réglage d’émissivité et aux réflexions ambiantes.
● Pourquoi la température varie-t-elle pendant la mesure d’un métal ?
Une surface brillante peut réfléchir différentes parties de l’environnement selon l’angle de visée. Lorsque l’angle change, le rayonnement réfléchi reçu par le capteur change également.
● Peut-on régler l’émissivité sur 0,95 pour tous les métaux ?
Non. Une valeur proche de 0,95 convient à de nombreux matériaux à forte émissivité, mais pas nécessairement aux métaux nus et polis.
● Un métal noir est-il toujours plus facile à mesurer ?
Non. La couleur visible ne permet pas de déterminer directement l’émissivité dans l’infrarouge. Le matériau, l’oxydation, la rugosité et le revêtement sont généralement plus importants.
● Un thermomètre infrarouge mesure-t-il la température interne du métal ?
Non. Il mesure principalement la température de surface. Pour mesurer une température interne, il faut utiliser un capteur de contact approprié ou une autre méthode adaptée.
● Peut-on utiliser un ruban noir sur le métal ?
Oui, à condition qu’il s’agisse d’un ruban à émissivité connue, compatible avec la température et les conditions de sécurité. Avant la mesure, il doit atteindre l’équilibre thermique avec la surface métallique.
Conclusion
Un thermomètre infrarouge peut mesurer une surface métallique, mais les métaux font partie des matériaux pour lesquels l’émissivité et le rayonnement réfléchi ont une influence particulièrement importante.
Les surfaces oxydées, peintes, revêtues ou rugueuses permettent généralement d’obtenir des mesures plus stables. Les surfaces brillantes et polies en acier inoxydable, aluminium, cuivre ou autres métaux à faible émissivité demandent davantage de précautions.
Une mesure fiable nécessite un réglage correct de l’émissivité, une distance adaptée, un angle de visée approprié et une bonne maîtrise des réflexions environnementales. Pour les applications exigeant une précision supérieure, il est conseillé d’utiliser une surface de référence à forte émissivité ou de confirmer la mesure avec un capteur de contact.
La question essentielle n’est donc pas simplement de savoir si la cible est métallique, mais de déterminer si l’état réel de sa surface permet une mesure infrarouge fiable et si les conditions de mesure sont correctement maîtrisées.
