Comment fonctionne un pyromètre ?

Les Rayonnements Infrarouges (ou en abréviation I.R) sont des rayonnements non visibles par l’œil humain. Ils se situent sur une bande spectrale de 0.76 µm à 1000 µm.

Cette même bande est découpée en 3 :

• Infrarouge proche (Near Infrared, NIR) : de 0,76 µm à 1,4 µm, souvent utilisé dans les télécommunications optiques et certaines applications industrielles.
• Infrarouge moyen (Mid Infrared, MIR) : de 1,4 µm à 3 µm, fréquemment employé dans les systèmes de détection thermique et d'analyse spectroscopique.
• Infrarouge lointain (Far Infrared, FIR) : de 3 µm à 1000 µm, principalement utilisé pour les mesures thermographiques, les applications médicales, et l'étude des phénomènes thermiques.

Pourquoi le choix de cette bande spectrale : 8 à 14 µm ?

Parce que celle-ci n’est pas perturbée en traversant l’atmosphère. Sur cette bande passante les molécules présentes dans l’air n’atténuent pas l’émission des rayonnements (voir le graphique ci-dessous).

Ce qu’il faut savoir c’est que tout corps ou matériau émet de la chaleur sous la forme d’un rayonnement I.R. C’est un rayonnement qui est propre à chaque matériau, mais attention chaque matériau n’a pas les mêmes propriétés d’émission ou de réflexion de rayonnement IR (l’émissivité traduit cette propriété).

Certains sont émetteurs et d’autres sont réflecteurs.

L’émissivité décrit la capacité d’un matériau à émettre et à absorber l’énergie radiative. Un « corps noir » désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend que de sa température, autrement dit, il réémet la totalité de son énergie à toutes les longueurs d’ondes.

Les objets réels réémettent une quantité radiative toujours inférieure à celle du corps noir (Emissivité ε = 1) à la même température.

Il y aura donc toujours un différentiel par rapport à la température exacte mais ce différentiel peut être négligeable ou au contraire trop important rendant la mesure inexploitable :

• Les matériaux à émissivité proche de 1 (matériaux Émissif) auront une température exploitable
• Les matériaux à émissivité proche de 0 (matériaux Réflectif) ne pourront pas être mesurés directement par la technologie IR.

Exemple de tableau de quelques émissivités de matériaux :

Ce que l’on peut constater c’est que les métaux bruts ont tous une émissivité faible. Il faudra donc faire attention aux résultats obtenus par mesure I.R sur ces matériaux, car ils seront obligatoirement faux.

Les avantages de la mesure I.R sont :

• Elle est sans contact donc pas de frottement ou d’impact sur les surfaces à mesurer
• Temps de Réponse rapide inférieur à 1s
• Plage de température pouvant être élevée
• Beaucoup moins d’usure du matériel par rapport à une sonde de contact
• Permet de faire des mesures à distance de sécurité

Les inconvénients sont :

• Mesure de surface uniquement pas de mesure à cœur du matériau
• Ne peut être utilisé pour des mesures de précision (lié à l’émissivité des matériaux)
• Moins intuitif qu’un simple thermomètre de contact, car risque d’erreur dans l’utilisation et interprétation des résultats en cas de méconnaissance de la technologie I.R de la part de l’utilisateur

Important : pyromètre ou thermomètre I.R ce sont les noms que l’on emploie pour nommer les appareils de mesure de température par infrarouge. Vous trouverez donc ces 2 appellations.

Abus de langage : En revanche quand on entend thermomètre laser c’est faux. La mesure est I.R et la visée est laser.

Plusieurs paramètres sont à prendre en considérations :

• La plage de température mesurable => Choisir la plage en fonction de la température maximale sur l’application à contrôler.
• Le Ratio Distance/surface D : S => Choisir le Ratio adapté à la taille de la cible à contrôler.
• L’émissivité : Si émissivité Fixe ou ajustable => Une émissivité ajustable n’est pas toujours nécessaire car la plupart des cibles mesurées sont constituées de plusieurs matériaux donc émissivité différentes.
• Si possibilité de connecter une sonde de contact sur l’appareil => Une sonde de contact permet de vérifier les résultats obtenus par l’IR en cas de doute, quand cela est possible.
• Si visée laser ou pas.

Fonctions supplémentaires : Min, Max, enregistrement des valeurs…

Cas spécifique 1

Si le spot de prise de mesure est plus grand que la cible alors la mesure affichée sera faussée. Seul moyen de correction sera donc de se rapprocher de la cible pour pouvoir diminuer la surface de mesure.

Cas spécifique 2

Si l’environnement ou la sécurité ne permette pas à l’utilisateur de se rapprocher de la cible, il faut donc prévoir un thermomètre avec un ratio D:S plus grand.

Le laser permet uniquement de voir ou l’on vise et d’avoir un repère de la zone pris en compte dans la mesure (avec l’usage d’un double laser). Suivant les applications la visée laser ne sera pas systématique et nécessaire.

Dans quel cas n’y a-t-il pas besoin de laser ?

Si l’application nécessite une visée à distance courte, le laser ne sera pas utile. Exemple d’application : agroalimentaire et médicale la distance de visée ne dépasse pas 5 cm à 10 cm.

Quand le laser est-il nécessaire ?

Pour les distances de plus de 30 cm : plus vous allez vous éloignez de la cible et plus il sera important de connaître la place que prend le cône de visé lié au D:S du thermomètre. Pour cela il existe des solutions à double lasers voir même parfois plus pour avoir les points qui délimitent la zone prise en compte sur la mesure.

• Agro-alimentaire
• Maintenance électrique et mécanique
• Industrie
• Médical

Ou autrement dit : « comment obtenir une mesure optimale avec un pyromètre ? ». Tout d'abord il faut connaître ce qu’implique l’usage de la technologie I.R. puis être sûr que le matériau que l’on doit contrôler est compatible avec la mesure I.R (connaître l’émissivité de son matériau). Établir les distances min et max d’utilisation de l’appareil en fonction de la taille des cibles pour définir le bon ratio D:S.

La plupart du temps on utilise un thermomètre IR en mesure comparative, c’est-à-dire que la valeur importe peu, on vérifie la fluctuation de la température dans le temps. Par expérience on finit par connaître les niveaux thermiques de référence de sa cible, ce qui permet de savoir :

• La plage thermique normal de fonctionnement
• La plage thermique d’usure ou de départ d’anomalie (phase à surveiller)
• La plage thermique critique qui risque d’endommager définitivement la cible

Mais pour pouvoir comparer les résultats il faut réaliser les mesures à la même distance. Et avoir conscience que certains produits ou matériaux mesurés n’auront pas une température constante dans le temps.

Par exemple, une charge électrique dans une armoire ne sera pas constamment sollicitée et donc une mesure de température à différent moment de la journée pourrait donner des résultats différents.

En mesure qualitative ou de précision. C’est une opération plus délicate avec un thermomètre I.R. Car si c’est pour contrôler un matériau brut (sauf métaux) un réglant la bonne émissivité et en respectant les distances d’utilisation on peut avoir de bons résultats.

En revanche sur des cibles constituées de plusieurs matériaux, on ne pourra pas régler l’émissivité en particulier d’où une tolérance de mesure augmentée, et un réglage d’émissivité laissé pour la plupart du temp à 0.95 (d’où des thermomètres IR parfois avec une émissivité fixe, quand l’application ne permet pas le réglage de celle-ci).

Pour un usage de température corporel il est préférable d’utiliser un thermomètre IR prévue pour cet usage, pour les raisons suivantes :

• Parce qu’il est prévu pour cela et son manuel expliquera comment réaliser la mesure pour cette application (donc pas de risque de mauvais usage de l’utilisateur).
• Que sa plage de mesure est réduite aux températures ambiantes : 0 à 60 °C max.
• Son émissivité est ajustée à la peau humaine à savoir 0.98.
• Distance de mesure très courte : 5 à 15 cm.

Un thermomètre IR industriel pourrait être utilisé mais beaucoup de risque d’erreur pour un utilisateur non formé car :

• Veiller à régler l’émissivité à 0.98 (cela élimine déjà tous les thermomètres IR à émissivité fixes non utilisable pour cette application).
• Penser à désactiver la visée laser, car dangereux en cas de visée dans les yeux.
• Respecter la distance de mesure à 5 -15cm max qui se fait la plupart du temps sur la zone frontale (ceci ne sera pas indiqué dans un manuel de thermomètre IR industriel).
• La plage de température peut-être très élevée sur le thermomètre IR à application industrielle, on aura donc une résolution moins bonne sur la même plage de mesure que le thermomètre médical.

C’est pour cela qu’il est de loin préférable d’utiliser le produit adapté à son application. Cela évitera des erreurs de mesure, ou un risque de mauvaise utilisation du produit.