Introduction
De nombreux utilisateurs constatent qu’un thermomètre infrarouge fournit souvent des valeurs stables lorsqu’il est utilisé sur une surface noire. Cette observation peut conduire à penser que les objets noirs sont systématiquement les plus faciles ou les plus précis à mesurer.
Cette conclusion n’est toutefois que partiellement correcte. Un thermomètre infrarouge ne détermine pas la température à partir de la couleur visible. Il mesure principalement le rayonnement infrarouge émis par la surface, lequel dépend notamment de son émissivité.
De nombreux matériaux noirs, mats et non métalliques présentent une émissivité relativement élevée et se prêtent donc bien à la mesure de température sans contact. En revanche, certains métaux noirs, revêtements brillants ou surfaces spéciales peuvent présenter un comportement très différent dans l’infrarouge.
Il convient donc d’évaluer le matériau, l’état de surface et l’émissivité plutôt que de se fier uniquement à la couleur.
Points essentiels
● Les objets noirs sont souvent adaptés à la mesure infrarouge, mais toutes les surfaces noires n’ont pas la même émissivité.
● Un thermomètre infrarouge mesure le rayonnement thermique et non la couleur visible.
● Les surfaces noires, rugueuses, mates et non métalliques présentent souvent une forte émissivité et fournissent généralement des mesures stables.
● Les métaux noirs, surfaces brillantes, revêtements spéciaux et matériaux réfléchissants peuvent encore générer des erreurs importantes.
● Un réglage correct de l’émissivité, une distance adaptée et une cible suffisamment grande par rapport au spot de mesure sont essentiels.
Pourquoi les surfaces noires sont-elles souvent plus faciles à mesurer ?
Un thermomètre infrarouge détecte l’énergie infrarouge émise par la surface de la cible et convertit ce rayonnement en valeur de température de surface.
À conditions identiques, une surface à forte émissivité émet une plus grande proportion de son propre rayonnement thermique. Elle est également, dans de nombreux cas, moins sensible au rayonnement infrarouge réfléchi provenant de l’environnement. Le thermomètre reçoit ainsi un signal plus représentatif de la température réelle de la surface.
De nombreux plastiques noirs, caoutchoucs, peintures, textiles et matériaux oxydés présentent une émissivité relativement élevée. C’est pourquoi une surface noire mate est souvent plus facile à mesurer de manière fiable qu’une surface métallique polie.
Le facteur déterminant reste cependant le comportement de la surface dans l’infrarouge, et non sa couleur visible.
Une surface noire possède-t-elle toujours une forte émissivité ?
Non.
La couleur visible dépend de l’interaction du matériau avec les longueurs d’onde visibles, alors qu’un thermomètre infrarouge fonctionne dans une autre partie du spectre électromagnétique.
Une surface qui paraît noire à l’œil humain ne présente donc pas nécessairement une forte émissivité dans l’infrarouge.
● Une peinture noire mate présente généralement une émissivité relativement élevée.
● Le caoutchouc noir et de nombreux plastiques possèdent également souvent une forte émissivité.
● Les métaux anodisés noirs peuvent présenter de bonnes caractéristiques infrarouges, mais leur valeur exacte dépend du traitement de surface.
● Les métaux noirs brillants ou certains revêtements spéciaux peuvent avoir une émissivité très différente de celle d’une peinture noire mate classique.
● Deux surfaces paraissant toutes deux noires peuvent avoir des émissivités très différentes en raison de leur matériau ou de leur finition.
Il ne faut donc pas déterminer l’émissivité uniquement à partir de la couleur visible.
Pourquoi un objet noir peut-il malgré tout être mal mesuré ?
Même lorsqu’une cible est noire, plusieurs facteurs peuvent provoquer une erreur de température.
● Réglage incorrect de l’émissivité : si la valeur réglée diffère fortement de l’émissivité réelle de la surface, la température calculée peut être erronée.
● Surface brillante : certaines surfaces noires brillantes peuvent réfléchir une quantité importante de rayonnement infrarouge provenant des sources de chaleur environnantes.
● Distance de mesure excessive : si le spot de mesure devient plus grand que la cible, le thermomètre mesure également une partie de l’environnement.
● Huile, humidité, poussière ou contamination : le thermomètre mesure la couche superficielle la plus externe ; tout dépôt peut donc modifier le résultat.
● Angle de mesure trop important : une mesure trop oblique peut accentuer les réflexions et augmenter la zone effectivement mesurée.
● Variation importante de la température ambiante : après un passage d’un environnement froid à chaud, ou inversement, l’appareil doit avoir le temps de se stabiliser thermiquement.
● Température de la cible en évolution rapide : des valeurs différentes sont normales si l’objet est en cours de chauffage ou de refroidissement.
Une surface noire doit donc toujours être mesurée dans des conditions adaptées à la thermométrie infrarouge.
Quelle est l’influence de l’émissivité ?
L’émissivité caractérise la capacité d’une surface réelle à émettre un rayonnement infrarouge par rapport à un corps noir idéal. Sa valeur théorique est comprise entre 0 et 1.
Un corps noir idéal possède une émissivité de 1. Les matériaux réels présentent généralement des valeurs inférieures.
De nombreuses surfaces noires non métalliques possèdent une émissivité élevée. C’est pourquoi de nombreux thermomètres infrarouges sont réglés par défaut sur environ 0,95. Cette valeur convient à de nombreuses peintures, matières plastiques, caoutchoucs, bois, papiers et matières organiques, mais elle ne convient pas à toutes les surfaces.
Lorsque le thermomètre permet de régler l’émissivité, il est recommandé d’adapter cette valeur au matériau et à l’état de surface lorsque la précision recherchée est élevée.
Si l’émissivité du matériau est inconnue, il est possible de consulter des données fiables ou de comparer la mesure avec une température de référence connue.
Peut-on mesurer directement un métal noir ?
Cela dépend de son état de surface.
Les métaux nus, polis ou fortement réfléchissants font partie des surfaces les plus difficiles à mesurer par infrarouge. Leur émissivité peut être faible et ils peuvent réfléchir fortement le rayonnement thermique environnant.
Lorsqu’un métal est recouvert d’un revêtement noir mat, les conditions de mesure sont généralement nettement améliorées, car le thermomètre détecte principalement le rayonnement de la couche extérieure.
En revanche, le simple fait qu’un métal paraisse sombre ou noir ne signifie pas que son émissivité est de 0,95.
Pour les mesures métalliques exigeant davantage de précision, il convient de tenir compte de l’émissivité réelle ainsi que des éventuelles réflexions provenant de sources de chaleur proches.
Comment améliorer la précision sur les objets noirs ?
Les bonnes pratiques suivantes permettent d’améliorer la stabilité et la répétabilité des mesures :
● Régler l’émissivité en fonction du matériau et de son état de surface.
● Choisir, si possible, une zone propre, plane et peu réfléchissante.
● Vérifier que la cible est plus grande que le spot de mesure à la distance utilisée.
● Respecter le rapport distance/spot D:S du thermomètre.
● Mesurer aussi perpendiculairement que possible à la surface et éviter les angles trop importants.
● Limiter les réflexions provenant du soleil, de machines chaudes ou d’autres sources thermiques.
● Laisser l’instrument se stabiliser après une variation importante de température ambiante.
● Pour les applications de précision, comparer les résultats avec une sonde de contact ou une température de référence connue.
Ces recommandations s’appliquent également à la plupart des autres applications de thermométrie infrarouge.
Les objets noirs sont-ils mesurés plus précisément que les objets blancs ?
Pas nécessairement.
Un plastique noir mat et un plastique blanc mat peuvent, par exemple, présenter tous les deux une émissivité élevée et relativement similaire. Malgré leur différence de couleur visible, ils peuvent tous deux fournir des mesures infrarouges stables.
À l’inverse, un métal noir brillant peut être plus difficile à mesurer qu’un matériau blanc, mat et non métallique.
En thermométrie infrarouge, les propriétés du matériau et son émissivité sont généralement plus importantes que la couleur visible.
FAQ
Les objets noirs sont-ils les cibles les plus précises pour un thermomètre infrarouge ?
Pas nécessairement. De nombreux matériaux noirs mats et non métalliques présentent une forte émissivité, mais les caractéristiques infrarouges peuvent varier considérablement d’un matériau noir à l’autre.
Faut-il régler l’émissivité pour mesurer un plastique noir ?
De nombreux plastiques noirs présentent une forte émissivité et une valeur proche de 0,95 peut souvent donner des résultats stables. Pour une meilleure précision, il convient toutefois de tenir compte du matériau et de la finition exacts.
Peut-on mesurer un métal noir avec une émissivité réglée à 0,95 ?
Pas systématiquement. L’émissivité d’un métal dépend fortement de son oxydation, de sa rugosité, de son revêtement et de son traitement de surface.
Pourquoi les mesures varient-elles sur le même objet noir ?
Les causes possibles incluent la distance, l’emplacement de mesure, la répartition de température, l’angle de mesure, les réflexions, la stabilisation de l’instrument ou une variation réelle de la température.
Une peinture noire convient-elle à la mesure infrarouge ?
Les peintures noires mates présentent généralement une forte émissivité et conviennent bien à la mesure infrarouge. Les peintures brillantes ou spéciales peuvent présenter un comportement différent.
Peindre une surface en noir peut-il améliorer la précision ?
Dans certaines applications professionnelles, l’utilisation d’un revêtement mat à émissivité connue et élevée peut améliorer la mesure d’une surface à faible émissivité. Le revêtement doit toutefois atteindre la même température que le support.
Conclusion
Les thermomètres infrarouges fournissent souvent des résultats stables sur les objets noirs, notamment lorsque la surface est noire, rugueuse, mate, non métallique et présente une forte émissivité.
Cependant, une surface noire ne possède pas automatiquement une forte émissivité et sa couleur ne garantit pas une mesure précise. Le matériau, la finition, l’émissivité, la distance, la taille du spot, l’angle de mesure et les conditions ambiantes restent déterminants.
Pour les applications nécessitant une précision supérieure, l’émissivité doit être vérifiée et le thermomètre utilisé conformément à ses caractéristiques optiques.
