Qu’est-ce que le rayonnement infrarouge ? Définition et fonctionnement

Le rayonnement infrarouge, souvent abrégé IR, est un rayonnement électromagnétique invisible à l’œil humain. Il joue un rôle essentiel dans la mesure de température sans contact : les pyromètres infrarouges et les caméras thermiques détectent le rayonnement provenant d’une surface afin d’en déterminer la température.

Dans l’industrie, comprendre le fonctionnement du rayonnement infrarouge permet notamment de mieux choisir et utiliser une caméra thermique fixe ou un pyromètre infrarouge.

Définition du rayonnement infrarouge

Le rayonnement infrarouge appartient au spectre électromagnétique. Il se situe au-delà du rouge de la lumière visible et avant le domaine des micro-ondes.

Il est généralement associé à des longueurs d’onde comprises approximativement entre 0,78 µm et 1 000 µm. L’œil humain ne peut pas voir ce rayonnement, mais des détecteurs spécifiques peuvent le mesurer.

Le domaine infrarouge est vaste et peut être divisé en plusieurs bandes spectrales. Cette notion est particulièrement importante en thermométrie industrielle, car le choix de la plage spectrale d’un instrument dépend notamment de la température et de la nature du matériau à mesurer.

Pourquoi les objets émettent-ils un rayonnement infrarouge ?

Tout corps dont la température est supérieure au zéro absolu émet un rayonnement électromagnétique. Une partie de ce rayonnement se situe généralement dans le domaine infrarouge.

La quantité d’énergie émise et sa répartition spectrale évoluent avec la température de l’objet. C’est cette relation entre température et rayonnement thermique qui constitue le principe physique de la thermométrie infrarouge.

Un détecteur adapté peut recevoir l’énergie infrarouge provenant d’une surface et la transformer en signal exploitable. L’instrument utilise ensuite ce signal, avec différents paramètres de correction, afin d’estimer la température de la cible.

Pour approfondir ce principe, consultez notre guide consacré à la mesure de température par rayonnement infrarouge.

Le rayonnement infrarouge est-il de la chaleur ?

Le rayonnement infrarouge et la chaleur sont étroitement liés, mais ces deux notions ne sont pas strictement identiques.

La chaleur correspond à un transfert d’énergie thermique provoqué par une différence de température. Ce transfert peut s’effectuer principalement par conduction, convection ou rayonnement.

Le rayonnement thermique est un transfert d’énergie par ondes électromagnétiques. Aux températures rencontrées dans de nombreuses applications industrielles, une partie importante de ce rayonnement se situe dans l’infrarouge.

C’est précisément cette propriété qui permet d’effectuer une mesure de température sans contact.

Comment mesure-t-on le rayonnement infrarouge ?

Dans les applications de mesure de température industrielle, deux grandes familles d’instruments exploitent le rayonnement infrarouge : les pyromètres infrarouges et les caméras thermiques.

Le pyromètre infrarouge

Un pyromètre infrarouge, également appelé thermomètre infrarouge dans certaines applications, mesure le rayonnement provenant d’une zone définie de la cible. L’appareil convertit le signal reçu afin de déterminer une température.

Cette technologie est particulièrement intéressante lorsqu’un capteur de température avec contact est difficile ou impossible à utiliser : pièce en mouvement, température élevée, objet inaccessible ou procédé rapide.

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La caméra thermique infrarouge

Une caméra thermique exploite également le rayonnement infrarouge, mais elle réalise la mesure sur un grand nombre de points simultanément. Elle permet ainsi d’obtenir une représentation de la distribution des températures sur une surface.

L’image obtenue, souvent appelée thermogramme, permet de repérer rapidement des différences de température, des points chauds ou des comportements thermiques particuliers.

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Quel est le rôle de l’émissivité dans le rayonnement infrarouge ?

L’émissivité est un paramètre fondamental pour comprendre et exploiter correctement le rayonnement infrarouge d’une surface.

Elle caractérise la capacité d’un matériau à émettre un rayonnement thermique par rapport à un corps noir idéal placé à la même température.

Deux matériaux portés à une température identique ne présentent donc pas nécessairement le même comportement radiatif. Une surface métallique brillante peut, par exemple, se comporter très différemment d’une surface mate.

Une mauvaise valeur d’émissivité renseignée dans un appareil peut entraîner une erreur sur la température calculée. La nature du matériau, son état de surface, son oxydation, son revêtement et la bande spectrale utilisée doivent donc être considérés.

Pour approfondir ce point essentiel, consultez notre guide sur l’émissivité et la thermographie industrielle.

Rayonnement émis, réfléchi et transmis : pourquoi est-ce important ?

Lorsqu’un instrument infrarouge observe une cible, le rayonnement reçu par son détecteur ne provient pas nécessairement uniquement de l’énergie directement émise par cette cible.

Selon le matériau et la configuration de mesure, il peut également exister une composante réfléchie provenant de l’environnement et, dans certaines situations, une composante transmise.

Ce phénomène est particulièrement important avec les matériaux présentant une faible émissivité. Une surface métallique réfléchissante peut notamment réfléchir une partie du rayonnement provenant des objets environnants.

Pour obtenir une mesure infrarouge fiable, il est donc nécessaire de prendre en compte les caractéristiques de la cible, mais aussi son environnement.

Quelles sont les principales bandes de l’infrarouge ?

Le domaine infrarouge couvre une plage de longueurs d’onde beaucoup plus étendue que la lumière visible. Il est généralement subdivisé en plusieurs régions, notamment l’infrarouge proche, l’infrarouge moyen et l’infrarouge lointain.

Dans le domaine de la mesure de température industrielle, les instruments ne travaillent pas nécessairement sur l’ensemble du spectre infrarouge. Ils utilisent des bandes spectrales sélectionnées en fonction des applications.

Le choix de la longueur d’onde peut être déterminant pour mesurer correctement certains matériaux tels que les métaux, le verre ou les matières plastiques.

Pourquoi mesurer une température par rayonnement infrarouge ?

Le principal avantage de la thermométrie infrarouge est de permettre une mesure de température à distance et sans contact.

Cette technologie est particulièrement adaptée lorsqu’il faut mesurer :

• des pièces ou produits en mouvement ;
• des surfaces à haute température ;
• des équipements difficiles ou dangereux d’accès ;
• des procédés nécessitant un temps de réponse rapide ;
• des matériaux qui ne doivent pas être perturbés par un capteur de contact ;
• des installations nécessitant une surveillance thermique continue.

Ces caractéristiques expliquent l’utilisation des technologies infrarouges dans de nombreux environnements industriels : métallurgie, verrerie, plasturgie, électronique, automobile, agroalimentaire, maintenance, énergie ou encore recherche et développement.

Acoris propose différents instruments de mesure de température en milieu industriel permettant de répondre à ces applications.

Quelle différence entre infrarouge et thermographie ?

L’infrarouge désigne une partie du spectre électromagnétique. La thermographie infrarouge, quant à elle, est une technique permettant d’exploiter ce rayonnement afin d’étudier la température et sa répartition sur une surface.

Une caméra thermique ne « voit » donc pas directement la chaleur. Son détecteur reçoit un rayonnement infrarouge. Le système électronique et le logiciel de la caméra utilisent ensuite ces informations pour produire une image thermique et, dans le cas d’une caméra radiométrique, déterminer des températures.

La thermographie constitue ainsi l’une des principales applications industrielles du rayonnement infrarouge.

Rayonnement infrarouge : du principe physique à la mesure industrielle

Le rayonnement infrarouge constitue le principe physique fondamental sur lequel reposent les technologies modernes de mesure de température sans contact.

Cependant, transformer le rayonnement reçu en une température exploitable nécessite de maîtriser plusieurs paramètres : émissivité, plage spectrale, température de la cible, réflexions de l’environnement, distance de mesure, taille du spot, optique et conditions du procédé.

Le choix entre un pyromètre et une caméra thermique dépend donc de l’application. Un pyromètre permet d’effectuer une mesure ciblée, tandis qu’une caméra thermique fournit une cartographie des températures et permet d’analyser simultanément une zone plus étendue.

Quel équipement infrarouge choisir pour une application industrielle ?

Pour sélectionner un équipement adapté, il est nécessaire de définir la plage de température à mesurer, le matériau de la cible, sa taille, la distance disponible, la vitesse du procédé et les conditions environnementales.

Vous pouvez consulter directement :

• les pyromètres et thermomètres infrarouges OPTRIS ;
• les caméras thermiques fixes OPTRIS ;
• notre guide sur la mesure de température sans contact ;
• notre dossier sur la mesure de température par rayonnement infrarouge ;