Introduction
Un thermomètre infrarouge détermine la température de surface en détectant le rayonnement infrarouge émis par un objet. Toutefois, tous les matériaux n’émettent pas ce rayonnement avec la même efficacité. Cette propriété est appelée émissivité (ε).
Lors du choix d’un thermomètre infrarouge, il convient donc de tenir compte non seulement de la plage de température, du rapport D:S, de la précision et du temps de réponse, mais également de la possibilité ou non de régler l’émissivité.
Les thermomètres infrarouges portables se répartissent généralement en deux catégories : les modèles à émissivité fixe, souvent réglés en usine sur ε=0,95, et les modèles à émissivité réglable, par exemple sur une plage de ε=0,10 à 1,00.
Aucune de ces deux solutions n’est systématiquement supérieure à l’autre. Pour le bois, le caoutchouc, les revêtements et de nombreux plastiques à forte émissivité, une valeur fixe est souvent suffisante. Pour l’acier inoxydable, l’aluminium, le cuivre et d’autres surfaces à faible émissivité ou fortement réfléchissantes, une émissivité réglable offre davantage de souplesse.
Points essentiels
● Les thermomètres infrarouges à émissivité fixe sont souvent réglés sur ε=0,95 et conviennent à de nombreuses surfaces non métalliques, peintes, revêtues ou oxydées.
● Les modèles à émissivité réglable permettent d’adapter ε au matériau mesuré et sont mieux adaptés aux applications impliquant plusieurs types de surfaces.
● Sur les matériaux à forte émissivité, la différence pratique entre les deux catégories peut être limitée.
● Sur les métaux brillants et les autres surfaces à faible émissivité, une mauvaise valeur d’émissivité peut entraîner une erreur de mesure importante.
● Une émissivité réglable ne garantit pas à elle seule une mesure exacte. Le rayonnement réfléchi, le rapport D:S, la distance, l’environnement et l’état de surface doivent également être pris en compte.
● Pour les inspections courantes, une émissivité fixe est souvent plus simple. Pour les matériaux variés, notamment les métaux nus ou réfléchissants, une émissivité réglable est généralement préférable.
Pourquoi l’émissivité est-elle importante en mesure infrarouge ?
Tous les objets dont la température est supérieure au zéro absolu émettent un rayonnement infrarouge. Cependant, à température identique, l’intensité de ce rayonnement varie selon le matériau et l’état de sa surface.
Un corps noir idéal possède une émissivité de 1,00. Dans la pratique, les matériaux présentent des valeurs inférieures. Les peintures, le caoutchouc, de nombreux plastiques, le bois et divers matériaux non métalliques présentent généralement une émissivité relativement élevée, tandis que l’aluminium poli, le cuivre ou l’acier inoxydable peuvent présenter une émissivité beaucoup plus faible.
Un thermomètre infrarouge ne mesure donc pas directement la température. Il détecte l’énergie infrarouge reçue et calcule la température de surface en fonction de son algorithme interne et de la valeur d’émissivité sélectionnée.
Si cette valeur diffère sensiblement des caractéristiques réelles de la surface, la température affichée peut s’écarter de la température réelle.
Ce phénomène est particulièrement important pour les matériaux à faible émissivité, car ceux-ci émettent moins de rayonnement infrarouge propre et réfléchissent davantage le rayonnement provenant des équipements, des personnes et des sources chaudes ou froides environnantes.
Qu’est-ce qu’un thermomètre infrarouge à émissivité fixe ?
Un thermomètre infrarouge à émissivité fixe possède une valeur ε définie en usine que l’utilisateur ne peut pas modifier.
De nombreux thermomètres portables généralistes utilisent ε=0,95, car de nombreuses surfaces industrielles et non métalliques présentent des valeurs proches de cette plage.
Le principal avantage réside dans la simplicité d’utilisation. L’utilisateur peut généralement viser la cible et effectuer la mesure sans devoir identifier précisément le matériau ni modifier un paramètre.
Ces appareils sont donc adaptés aux inspections rapides, aux comparaisons de température et aux mesures de surfaces à forte émissivité.
Exemples de matériaux courants :
● Surfaces peintes ou revêtues ;
● Caoutchouc et pneumatiques ;
● De nombreux plastiques ;
● Bois, papier et carton ;
● Béton, briques et autres matériaux de construction ;
● Céramiques et certaines surfaces oxydées ;
● Textiles et autres matériaux non métalliques.
Lorsque les surfaces mesurées sont relativement homogènes et appartiennent principalement à ces catégories, un modèle à émissivité fixe est généralement suffisant.
Qu’est-ce qu’un thermomètre infrarouge à émissivité réglable ?
Un thermomètre infrarouge à émissivité réglable permet à l’utilisateur de sélectionner la valeur ε en fonction du matériau mesuré.
Certains modèles industriels proposent par exemple une plage réglable de ε=0,10 à 1,00, ce qui permet de mieux s’adapter à différents matériaux et états de surface.
L’intérêt ne réside pas simplement dans une « précision supérieure ». Il s’agit surtout de permettre au calcul de mieux correspondre aux propriétés radiatives réelles de la surface.
Pour un même métal, l’émissivité peut varier fortement selon qu’il est poli, oxydé, peint, revêtu ou traité. Utiliser systématiquement ε=0,95 peut donc conduire à des écarts différents selon l’état de surface.
Une émissivité réglable est particulièrement utile pour :
● Les mesures fréquentes sur des matériaux différents ;
● La métallurgie et la maintenance mécanique ;
● Les moteurs, roulements, tuyauteries et équipements industriels ;
● La mesure de température de surfaces métalliques ;
● Les laboratoires et activités de R&D ;
● Le contrôle qualité avec procédures de mesure standardisées ;
● Les applications nécessitant une comparaison avec une mesure par contact.
À quels utilisateurs convient une émissivité fixe ?
Lorsque les cibles sont principalement constituées de matériaux à forte émissivité et que l’objectif est un contrôle rapide de la température, un modèle à émissivité fixe est souvent le choix le plus pratique.
Par exemple, les techniciens CVC peuvent contrôler des grilles de ventilation, isolants, murs ou certaines surfaces de conduites. Les équipes de maintenance peuvent inspecter des courroies en caoutchouc, des carters peints, des boîtiers plastiques ou des surfaces métalliques oxydées.
Les principaux avantages sont :
● Moins de réglages ;
● Moins de risque d’erreur due à une mauvaise valeur d’émissivité ;
● Utilisation plus simple lorsque l’appareil est partagé entre plusieurs opérateurs ;
● Bonne adaptation aux matériaux à forte émissivité ;
● Convient aux contrôles de température généralistes.
Lorsque les opérateurs ne mesurent pas régulièrement des métaux à faible émissivité, l’ajout d’un réglage manuel n’apporte pas toujours de bénéfice concret.
Quand faut-il privilégier une émissivité réglable ?
Une émissivité réglable devient particulièrement utile lorsque les cibles sont variées, notamment lorsqu’il s’agit de métaux nus, de surfaces brillantes ou de matériaux ayant subi des traitements différents.
Lors d’une même inspection industrielle, un technicien peut par exemple devoir contrôler des carters peints, des pièces métalliques oxydées, des moteurs, des tuyaux en acier inoxydable, des barres de cuivre et des composants en aluminium. Toutes ces surfaces n’ont pas les mêmes propriétés radiatives.
Il est particulièrement pertinent de choisir une émissivité réglable lorsque :
● Les matériaux mesurés changent fréquemment ;
● Des surfaces métalliques nues font partie des cibles ;
● Une meilleure reproductibilité est recherchée ;
● Des données fiables d’émissivité sont disponibles ;
● Une sonde de contact ou un instrument de référence peut être utilisé ;
● Une procédure de contrôle standardisée doit être mise en place ;
● Les résultats servent à une analyse de tendance, au contrôle qualité ou à une évaluation technique.
Une émissivité réglable est-elle toujours plus précise ?
Non.
La précision d’une mesure infrarouge ne dépend pas uniquement de l’émissivité.
Même si l’appareil permet de régler ε, une valeur incorrecte peut entraîner une erreur importante. Dans certains cas, modifier l’émissivité sans connaître réellement les caractéristiques de la surface peut augmenter l’incertitude par rapport à une valeur fixe de ε=0,95.
D’autres facteurs peuvent influencer la mesure :
● L’adéquation du rapport D:S à la taille de la cible ;
● Le fait que la totalité du spot de mesure reste dans la zone ciblée ;
● Le caractère brillant ou réfléchissant de la surface ;
● La présence d’huile, de poussière, d’oxydation ou d’un revêtement ;
● La présence de vapeur, de fumée ou d’autres milieux entre l’appareil et la cible ;
● L’angle de mesure ;
● L’équilibre thermique entre l’instrument et son environnement ;
● La présence de fours, radiateurs ou autres sources de chaleur à proximité.
L’émissivité réglable doit donc être considérée comme un moyen de compensation, et non comme une garantie automatique de précision.
Pourquoi l’émissivité réglable est-elle particulièrement importante pour les métaux ?
Les métaux figurent parmi les surfaces les plus difficiles à mesurer avec un thermomètre infrarouge, en particulier lorsqu’ils sont brillants, polis ou non traités.
L’aluminium, le cuivre et l’acier inoxydable peuvent présenter une faible émissivité selon leur état de surface. Ils émettent alors relativement peu de rayonnement infrarouge propre et réfléchissent davantage le rayonnement de leur environnement.
L’énergie détectée par le thermomètre peut ainsi comprendre :
● Le rayonnement propre de la cible ;
● Le rayonnement d’équipements voisins réfléchi par la surface ;
● Le rayonnement réfléchi provenant des personnes, de l’éclairage, des appareils de chauffage ou d’autres sources thermiques.
Une valeur d’émissivité apparemment correcte ne permet donc pas d’éliminer complètement les erreurs liées aux réflexions.
Pour les mesures critiques sur métal, il est recommandé de déterminer l’émissivité en fonction de l’état réel de la surface et, si possible, de vérifier la mesure à l’aide d’une sonde de contact, d’un thermomètre de référence ou d’une source à température connue.
Que faire lorsque l’émissivité du matériau est inconnue ?
Si l’appareil permet de régler l’émissivité mais que la valeur exacte n’est pas connue, il est possible d’utiliser une mesure de référence.
Une méthode courante consiste à mesurer d’abord la température avec une sonde de contact, puis à ajuster l’émissivité du thermomètre infrarouge jusqu’à ce que le résultat corresponde au mieux à la température de référence.
Lorsque la surface le permet, il est également possible d’utiliser un ruban noir à forte émissivité ou un matériau de référence similaire.
Procédure type :
● Appliquer un petit morceau de ruban à forte émissivité adapté à la plage de température ;
● Attendre que le ruban et la surface atteignent l’équilibre thermique ;
● Mesurer la zone recouverte avec le thermomètre infrarouge ;
● Utiliser cette valeur comme référence pour la température de surface ;
● Adapter ensuite la méthode de mesure de la surface non recouverte si nécessaire.
Cette méthode est particulièrement utile sur les surfaces métalliques réfléchissantes.
À haute température, il convient de vérifier que le ruban ou le matériau de référence est compatible avec la température de la cible.
Comment choisir entre émissivité fixe et émissivité réglable ?
Le choix doit être basé sur l’application réelle plutôt que sur le nombre de fonctions disponibles.
● Principalement des matériaux à forte émissivité : une émissivité fixe est généralement suffisante.
● Inspections courantes des équipements : une valeur fixe simplifie l’utilisation et réduit les erreurs de réglage.
● Mesures fréquentes sur métal : privilégier une émissivité réglable.
● Nombreux matériaux différents : un modèle réglable offre davantage de polyvalence.
● Comparaisons de température plus rigoureuses : utiliser une émissivité réglable avec une procédure de mesure standardisée.
● Opérateurs peu expérimentés en mesure infrarouge : si les cibles sont homogènes, une valeur fixe peut améliorer la cohérence d’utilisation.
● R&D, laboratoire ou contrôle qualité : une émissivité réglable est généralement préférable.
La question essentielle n’est donc pas de savoir quelle solution est « plus avancée », mais si l’application nécessite une compensation d’émissivité.
Quels autres critères faut-il considérer lors du choix ?
L’émissivité n’est qu’un des paramètres à prendre en compte.
Dans les applications industrielles, il faut également examiner la plage de température, le rapport D:S, la précision, la répétabilité, le temps de réponse et la taille de la cible.
Lorsqu’une petite cible doit être mesurée à distance, le rapport D:S peut être plus important que le réglage d’émissivité. Si le spot de mesure dépasse la cible, l’instrument reçoit également le rayonnement infrarouge de l’arrière-plan, même si l’émissivité est correctement réglée.
Pour des courroies, rouleaux ou produits en mouvement, le temps de réponse doit aussi être pris en compte. Pour les équipements à haute température, la plage de mesure doit couvrir la température maximale attendue avec une marge suffisante.
Une sélection complète doit donc prendre en compte :
● La plage de température ;
● La précision de mesure ;
● Le rapport D:S ;
● La plage de réglage de l’émissivité ;
● Le temps de réponse ;
● Le système de visée laser ;
● Les fonctions Data Hold, MAX/MIN et alarmes haute/basse ;
● Les besoins en enregistrement de données ou communication PC.
FAQ
Quelle valeur d’émissivité fixe est couramment utilisée ?
De nombreux thermomètres infrarouges généralistes utilisent ε=0,95. La valeur réelle dépend cependant du modèle et doit être vérifiée dans ses spécifications.
Peut-on utiliser ε=0,95 pour tous les matériaux ?
Non. Cette valeur convient à de nombreuses surfaces à forte émissivité, mais peut entraîner des écarts importants sur les métaux brillants et les surfaces à faible émissivité.
Une plage d’émissivité plus large est-elle toujours préférable ?
Pas nécessairement. Une plage plus large augmente la polyvalence, mais la qualité de la mesure dépend toujours du choix correct de la valeur.
Faut-il toujours régler l’émissivité pour mesurer l’acier inoxydable ?
Pour l’acier inoxydable nu ou poli, il est recommandé d’utiliser un appareil à émissivité réglable tout en tenant compte du rayonnement réfléchi. Une surface peinte ou oxydée peut présenter une émissivité très différente.
Pourquoi un même matériau peut-il avoir plusieurs valeurs d’émissivité ?
Parce que l’émissivité dépend non seulement du matériau, mais également de la rugosité, de l’oxydation, du revêtement, de la couleur, des contaminants, de la température et de la longueur d’onde de mesure.
Peut-on utiliser directement une valeur trouvée dans un tableau ou sur Internet ?
Elle peut servir de point de départ, mais ne doit pas être considérée comme une valeur absolue. Pour une mesure importante, il est préférable de la vérifier par une mesure de contact ou une température de référence connue.
Un thermomètre à émissivité fixe peut-il mesurer un métal ?
Oui, il affichera une valeur, mais celle-ci peut s’écarter sensiblement de la température réelle sur les métaux à faible émissivité ou très réfléchissants. Pour le suivi de tendance, il est recommandé de conserver la même position, la même distance, le même angle et le même état de surface.
Une émissivité réglable résout-elle tous les problèmes de mesure sur métal ?
Non. Elle permet de réduire les erreurs dues à un mauvais réglage d’émissivité, mais ne supprime pas totalement les effets du rayonnement réfléchi, d’un spot trop grand, de l’angle de mesure ou des variations d’état de surface.
Conclusion
La différence fondamentale entre un thermomètre infrarouge à émissivité fixe et un modèle à émissivité réglable réside dans la possibilité d’adapter la valeur ε aux propriétés radiatives de la surface mesurée.
Pour les peintures, le caoutchouc, les plastiques, le bois, les matériaux de construction, ainsi que pour les inspections courantes, la maintenance CVC et les contrôles rapides, une valeur fixe telle que ε=0,95 est souvent suffisante et plus simple à utiliser.
Lorsque les mesures concernent régulièrement l’acier inoxydable, l’aluminium, le cuivre ou d’autres métaux, ou encore plusieurs types de surfaces, une émissivité réglable offre une meilleure flexibilité et convient davantage à la maintenance industrielle, au contrôle qualité, à la R&D et aux applications professionnelles de mesure de température.
L’émissivité n’est toutefois qu’un des facteurs influençant la précision. Le rapport D:S, la distance, la taille de la cible, l’état de surface, le rayonnement réfléchi et la méthode de mesure sont tout aussi importants.
Le choix doit donc commencer par l’identification des matériaux et des conditions réelles d’utilisation, avant de déterminer si un réglage de l’émissivité est nécessaire.
