Pistolet Thermique Infrarouge : Fonctionnement et Applications

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Le pistolet thermique infrarouge, également appelé thermomètre infrarouge ou pyromètre, est un instrument de mesure de température sans contact, sûr et efficace. Son principe de fonctionnement repose sur la détection du rayonnement infrarouge émis par un corps, permettant ainsi de mesurer sa température à distance. Cette technologie est particulièrement utile lorsque les méthodes de mesure traditionnelles, telles que les thermocouples, sont impraticables ou imprécises.

Principe de Fonctionnement

Le pistolet thermique infrarouge est équipé d'une sonde conçue pour capter le rayonnement infrarouge, également qualifié de rayonnement thermique, émis par une surface. Le thermomètre infrarouge mesure le rayonnement thermique émis par un objet. L’appareil effectue plusieurs mesures en quelques secondes seulement et affiche ensuite une moyenne sur l’écran. Les multiples mesures sont un gage de fiabilité, pour être sûr de se rapprocher le plus possible de la température corporelle réelle. Cette configuration facilite la mesure de température à distance sans contact avec l'objet à mesurer, ce qui est particulièrement utile dans les situations où les thermocouples ou autres capteurs de contact ne peuvent pas être utilisés ou ne fournissent pas de données précises.

Facteurs à Considérer

Pour garantir des mesures précises avec un thermomètre infrarouge, il est essentiel de prendre en compte plusieurs facteurs :

  • Champ de vision : La taille et la distance de la cible sont cruciales. La cible mesurée doit remplir complètement le champ de vision de l'instrument pour une lecture précise.
  • Émissivité : Le type de surface à mesurer influence la précision de la mesure. L'émissivité est le rapport de l'énergie rayonnée par un objet à une température donnée à l'énergie émise par un corps noir à la même température.
  • Réponse spectrale : La réponse spectrale des capteurs infrarouges doit être prise en compte pour les effets atmosphériques ou les transmissions à travers les surfaces.
  • Plage de température : Il est important de choisir un thermomètre infrarouge dont la plage de température correspond à celle des objets à mesurer.
  • Type de montage : Le choix entre un modèle portatif ou fixe dépend de l'utilisation prévue.

Champ de Vision

Le champ de vision est l'angle de vision au cours duquel l'appareil fonctionne, déterminé par l'optique du pyromètre. Pour une lecture précise, la cible mesurée doit remplir complètement le champ de vision de l'instrument.

Émissivité

L’émissivité est définie comme le rapport de l’énergie rayonnée par un objet à une température donnée, à l’énergie émise par un radiateur parfait, ou un corps noir, à la même température. L'émissivité d'un corps noir est de 1,0. Toutes les valeurs d'émissivité se situent entre 0,0 et 1,0. La plupart des thermomètres infrarouges ont la capacité de compenser les différentes valeurs d'émissivité pour différents matériaux. En général, plus l'émissivité d'un objet est élevée, plus il est facile d'obtenir une mesure précise de la température par infrarouge.

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Comment Déterminer l'Émissivité ?

Pour déterminer l'émissivité d'un matériau, il existe plusieurs méthodes :

  1. Comparaison avec un capteur de contact : Chauffez un échantillon du matériau à une température connue, en utilisant un capteur précis, et mesurez la température en utilisant l'instrument infrarouge. Réglez la valeur de l'émissivité pour forcer l'indicateur à afficher la température correcte.
  2. Utilisation d'une étiquette plastique : Pour mesurer des températures relativement peu élevées (jusqu'à 260°C), placez sur la cible une étiquette plastique assez grande pour couvrir le spot de mesure. Mesurez ensuite sa température en ayant réglé l'émissivité sur 0,95.
  3. Application de peinture noire mate : Si cela est possible, appliquez sur une partie de l'objet à mesurer une peinture noire mate affichant une émissivité supérieure à 0,98. Mesurez ensuite la température de la zone ainsi peinte en ayant réglé l'émissivité sur 0,98.

Types de Thermomètres Infrarouges

Le thermomètre infrarouge peut être fixe ou portable. Les unités de montage fixes sont généralement installées dans un seul endroit, afin de surveiller en permanence un procédé donné. Le thermomètre infrarouge portable est l'un des types de pyromètres les plus populaires. Il est couramment utilisé pour les appareils portables, bien que certains modèles disposent également d'une monture de trépied intégrée.

Il existe différents types de thermomètres infrarouges :

  • Thermomètre de type poche ou de type tige (extrêmement compacts).
  • Thermomètres à deux couleurs ou de rapport.

Applications du Pistolet Thermique Infrarouge

Le thermomètre pistolet infrarouge est idéal pour une variété d'applications, tant pour le bricolage que pour un usage professionnel. Voici quelques exemples :

  • Détection de radiateurs défectueux ou de pertes de chaleur dans l'isolation.
  • Contrôle de produits alimentaires sous emballage.
  • Contrôle de la température d'un four ou d'autres équipements.
  • Vérification d'équipements mécaniques ou de circuits électriques.
  • Détection de zones chaudes lors d'un incendie.
  • Contrôle du réchauffement ou du refroidissement de matériaux avec précision.
  • Mesure de la température corporelle ou d'un objet à distance (thermomètre médical).
  • Mesure de la température dans les secteurs de la transformation alimentaire, de la fabrication, de la climatisation (CVC) et de l’automobile.

Caractéristiques Techniques

Les thermomètres pistolets infrarouges sont dotés de plusieurs caractéristiques techniques importantes :

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  • Plage de température : Varie selon les modèles (ex : -50 à 550°C).
  • Résolution : Précision de la mesure (ex : 0,1°C).
  • Ratio de distance au point : Indique la taille de la zone cible en fonction de la distance (ex : 12:1).
  • Émissivité : Fixe ou réglable selon les modèles.
  • Type de laser : Classe 2 (faible puissance).

Thermomètres Infrarouges vs. Caméras Thermiques

Les caméras thermiques et les pyromètres fonctionnent selon le même principe : ils détectent le rayonnement infrarouge et le convertissent en mesure de température. Les caméras thermiques ont toutefois plusieurs avantages par rapport aux pyromètres. Un pyromètre indique seulement une valeur, alors que les caméras thermiques produisent une image. Un pyromètre mesure la température d'un seul point, alors qu'une caméra thermique la mesure pour chaque pixel de l'image thermique. Grâce à leurs objectifs évolués, les caméras thermiques peuvent mesurer les températures à une distance supérieure. Vous pouvez ainsi inspecter rapidement des surfaces plus importantes.

Une caméra thermique effectue non seulement des milliers de mesures de la température, mais les convertit en une image thermique. Cette conversion donne une vue d'ensemble complète de l'équipement inspecté, permettant à l'opérateur de repérer immédiatement les petits points chauds qui passeraient facilement inaperçus avec un pyromètre.

Rapport Distance/Taille du Spot (D:S ou SSR)

La distance à laquelle un pyromètre peut effectuer une mesure d'une taille donnée est souvent indiquée par l'abréviation D:S (Distance to spot size, rapport entre la distance et la taille du point) ou SSR (Spot Size Ratio, rapport avec la taille du point). Si le SSR d'un pyromètre est de 1:30, par exemple, cela signifie que la température d'un point de 1 cm de diamètre peut être mesurée avec précision à une distance de 30 cm. La température d'un point de 4 cm peut ainsi être mesurée à une distance de 120 cm (1,2 mètre). La plupart des pyromètres ont un SSR compris entre 1:5 et 1:50.

Champ de Vision Instantané (IFOV)

Les fabricants de caméras thermiques ne spécifient habituellement pas les valeurs SSR pour décrire la résolution spatiale de leurs produits ; à la place, ils se réfèrent à l'IFOV (champ de vision instantané). L'IFOV se définit comme le champ de vision d'un élément du détecteur matriciel de la caméra. Théoriquement, l'IFOV détermine directement le rapport avec la taille de point d'une caméra thermique.

Champ de Mesure (MFOV)

Le MFOV décrit la taille réelle des points de mesure d'une caméra thermique, c'est-à-dire la plus petite surface mesurable pour obtenir des mesures de température correctes. Il est habituellement exprimé comme un multiple de l'IFOV, le champ de vision d'un seul pixel. Dans le cas des caméras à microbolomètre, on considère couramment que la cible doit couvrir une surface au moins 3 fois supérieure à l'IFOV pour tenir compte des aberrations optiques.

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Distance de Mesure

Même en tenant compte de l'écart entre données optiques réelles et réalistes, la différence de distance de mesure entre les caméras thermiques et les pyromètres est énorme. La plupart des pyromètres ne peuvent pas être tenus à une distance de plus de 10 à 50 cm pour une cible de 1 cm. La plupart des caméras thermiques peuvent en revanche mesurer exactement la température d'une cible de cette taille (1 cm) à plusieurs mètres de distance.

Thermomètre Frontal Sans Contact

Le thermomètre frontal sans contact permet de mesurer la température de plusieurs personnes rapidement, sans risque de transmettre des microbes.

Fonctionnement

Le thermomètre frontal est à technologie infrarouge. Le thermomètre auriculaire fonctionne sur le même principe, mais ce dernier n’est pas sans contact puisqu’il nécessite d’insérer l’embout dans le conduit de l’oreille. Le thermomètre infrarouge est constitué d’une sonde capable de capter le rayonnement infrarouge, aussi appelé rayonnement thermique, émis par une surface. L’appareil effectue plusieurs mesures en quelques secondes seulement et affiche ensuite une moyenne sur l’écran.

Mesure de la Température

La personne qui va l’effectuer doit avant tout bien se laver les mains avant de se munir du thermomètre. Sachez qu’il est préférable d’effectuer la mesure sur la tempe de la personne et pas sur le front.

Les Bons Gestes

  1. Lisez le mode d’emploi de votre appareil avant de vous en servir, pour connaître ses spécificités.
  2. Placez le thermomètre dans la pièce où va être effectuée la mesure au moins 15 minutes avant, pour qu’il s’habitue en quelque sorte à la température ambiante.
  3. Allumez le thermomètre frontal sans contact. S’il faut quelques secondes pour que l’appareil soit prêt, ce sera indiqué sur l’écran.
  4. Demandez à la personne de bien dégager ses tempes (soulever les cheveux par exemple) et de s’essuyer la peau si celle-ci transpire.
  5. Dirigez la sonde du thermomètre vers une des tempes, à la hauteur du sourcil, à une distance de 3 à 5 cm de la peau.
  6. Appuyez sur le bouton de l’appareil et restez bien immobile. Un « bip » sonore vous indique que la mesure est effectuée. Vous pouvez lire le résultat sur l’écran.

Les Erreurs à Éviter

  • Ne le faites pas passer de mains en mains.
  • Avant utilisation, la personne à qui on prend la température ne doit pas avoir fait d’effort ni être restée dans un environnement trop chaud ou trop froid.
  • Eloignez le thermomètre des champs magnétiques (téléphones, téléviseurs, etc.).
  • Ne continuez pas à vous servir d’un thermomètre infrarouge qui est tombé ou a subi un choc.
  • Le thermomètre ne doit pas être stocké dans un environnement humide ni être immergé.
  • N’utilisez pas ce genre d’appareil dans des conditions de températures extrêmes.

Utilisation du Thermomètre Infrarouge

  1. Lisez le mode d’emploi de votre appareil avant de vous en servir, pour connaître ses spécificités.
  2. Placez le thermomètre dans la pièce où va être effectuée la mesure au moins 15 minutes avant, pour qu’il s’habitue en quelque sorte à la température ambiante.
  3. Allumez le thermomètre frontal sans contact. S’il faut quelques secondes pour que l’appareil soit prêt, ce sera indiqué sur l’écran.
  4. Demandez à la personne de bien dégager ses tempes (soulever les cheveux par exemple) et de s’essuyer la peau si celle-ci transpire.
  5. Dirigez la sonde du thermomètre vers une des tempes, à la hauteur du sourcil, à une distance de 3 à 5 cm de la peau.
  6. Appuyez sur le bouton de l’appareil et restez bien immobile. Un « bip » sonore vous indique que la mesure est effectuée. Vous pouvez lire le résultat sur l’écran.

Erreurs à Éviter

  • Ne pas le faire passer de mains en mains.
  • Avant utilisation, la personne à qui on prend la température ne doit pas avoir fait d’effort ni être restée dans un environnement trop chaud ou trop froid.
  • Éloigner le thermomètre des champs magnétiques (téléphones, téléviseurs, etc.).
  • Ne pas continuer à se servir d’un thermomètre infrarouge qui est tombé ou a subi un choc.
  • Le thermomètre ne doit pas être stocké dans un environnement humide ni être immergé.
  • Ne pas utiliser ce genre d’appareil dans des conditions de températures extrêmes.

Étalonnage et Entretien

Il est important de bien régler son thermomètre infrarouge avant de l’utiliser pour des résultats fiables et précis. Un thermomètre infrarouge peut être étalonné en prenant la température d’un bain glacé. Si le thermomètre a été rangé dans un endroit frais ou chaud, attendre au moins 20 minutes pour qu’il s’adapte à la température ambiante avant de prendre la température.

Nettoyage

  1. Prévoir un nettoyage tous les six mois sur la lentille infrarouge et à l’intérieur du thermomètre.
  2. Le nettoyer après utilisation avec un chiffon doux avec de l’eau ou de l’alcool médical.
  3. Par la suite, il faut essuyer doucement la lentille et le reste du thermomètre.
  4. Laisser sécher entièrement le thermomètre avant de le réutiliser.

Notion d’Émissivité

Les pyromètres ou thermomètres Infra Rouge mesurent le rayonnement thermique émis et plus largement la température de surface du matériau à une distance pré-définie optimale : rapport d'émission (noté 8:1, 12:1, …). En dehors, la mesure s'en trouvera modifiée.

Par ailleurs, avec ce type d’appareils, tous les matériaux, de par leur couleur et notamment ceux à surfaces métalliques polies ou réfléchissantes (surfaces dites "rayonnantes") n'ont pas la même capacité à absorber ou à émettre l'énergie infrarouge par rayonnement : l'Émissivité.

Comment Définir une Émissivité Inconnue

  1. Déterminez la température actuelle du matériau à l'aide d'un capteur de contact, d'un thermo-couple ou d'une autre méthode appropriée.
  2. Mesurez ensuite la température de l'objet et réglez l'émissivité jusqu'à ce que la température correcte soit atteinte.
  3. Pour mesurer des températures relativement peu élevées (jusqu'à 260°C), placez sur la cible une étiquette plastique assez grande pour couvrir le spot de mesure. Mesurez ensuite sa température en ayant réglé l'émissivité sur 0,95.
  4. Si cela est possible, appliquez sur une partie de l'objet à mesurer une peinture noire mate affichant une émissivité supérieure à 0,98. Mesurez ensuite la température de la zone ainsi peinte en ayant réglé l'émissivité sur 0,98.

Choisir le Meilleur Thermomètre Infrarouge

Choisir un thermomètre Thermoeasy permet de s’assurer une grande qualité et ainsi d’une parfaite fiabilité des mesures. Il existe toutes sortes de thermomètres, pour la maison, la cuisine et la cuisson, le bain, pour les bébés… et il y a le thermomètre médical. Classiquement, c’est un thermomètre rectal.

Comparaison des Thermomètres Médicaux

Selon les modèles, un thermomètre médical peut permettre de prendre la température par une ou plusieurs voies. Quel thermomètre médical choisir ?

  • Voie auriculaire: un thermomètre infrarouge médical par voie auriculaire est extrêmement rapide.
  • Voie buccale: pour les enfants plus âgés et calmes. C’est un thermomètre médical le plus fiable pour un adulte.
  • Voie rectale: recommandé pour les bébés, désagréable pour un adulte.
  • Thermomètre frontal médical: est un thermomètre infrarouge qui évite tout contact corporel. Il fonctionne grâce au rayonnement infrarouge du front et n’émet lui-même aucun rayonnement.

Mais un bon thermomètre sans contact est aussi fiable qu’un thermomètre par voie auriculaire, buccale ou rectale. La principale raison est qu’il est hygiénique.

Caméras Thermiques

La caméra thermique est désormais utilisée dans différents corps de métiers. Pour les particuliers, elle permet de vérifier l’isolation d’un logement en détectant tous les points faibles qui entraînent une déperdition énergétique. Le principe d’une caméra thermique est de mesurer et d’enregistrer les différentes ondes de chaleur, rayonnements infrarouges, émis par un corps ou un objet. Elle reproduit une image représentant l’intensité du rayonnement, ce qui permet d’évaluer la température. En effet, plus la température d’un corps ou d’un objet est élevée, plus le rayonnement est important. Ce sont ces données qui permettent aux caméras thermiques de restituer une cartographie spatiale des températures, appelée thermographe. Pouvant détecter les corps chauds, comme les corps froids, elle applique à chaque température une couleur et indique celle-ci en degrés Celsius ou en degrés Fahrenheit.

Caractéristiques Techniques

  • Champ de visée (FOV) : Horizontal et Vertical ou FOV : Il s’agit du degré d’angle de visée que la caméra est en mesure de fournir.
  • Champ de visée instantané (IFOV) : Il représente le plus petit signal que la caméra peut détecter. Plus l’IFOV est petit, plus la résolution de la caméra est élevée.
  • Résolution : La résolution d’une caméra est indiquée par le nombre de pixels du capteur. Plus celui-ci est élevé, meilleure est la résolution.
  • Sensibilité thermique (NETD) : Elle s’exprime en Millikelvin (MK). Plus la valeur est petite, plus la caméra sera à même de déterminer les différences de températures les plus infimes.
  • Fréquence des images (Hz) : Correspond au nombre d’images qu’une caméra affiche par seconde.
  • Plage de température : La plage de température pour une caméra de gamme moyenne oscille entre -20° et 350 °.

Types de Caméras Thermiques

  • Caméras pistolet : Essentiellement utilisées par les professionnels. Elles sont beaucoup plus précises et sont équipées d’un laser pour cibler des zones spécifiques à mesurer.
  • Caméras pour smartphone : Plus à destination des particuliers, même si certains professionnels l’utilisent également depuis peu. Très facile d’utilisation et plus petites, elles offrent néanmoins une précision moindre qu’une caméra pistolet.
  • Caméras de poche : Aussi compacte qu’un appareil photo, la caméra thermique de poche est facile à transporter. Cet équipement dispose d’une connexion Wifi pour faciliter le stockage et l’envoi de votre thermographie.
  • Drones thermiques : Ce type de drone est équipé de capteurs thermiques. Ainsi, il peut s’approcher au plus proche des ponts thermiques de votre logement.

Applications des Caméras Thermiques

  • Bâtiment : Les caméras d’imagerie thermique sont utilisées pour surveiller et diagnostiquer l’état d’un édifice. Elles permettent de repérer facilement les défaillances habituelles d’une bâtisse, notamment les pertes d’énergie et les fuites d’air, causées par des défauts d’isolation et les infiltrations d’eau dans les murs, intérieurs et extérieurs.
  • Industrie : L’usage d’une caméra thermique professionnelle est idéal pour la maintenance préventive en industrie. Cet instrument permet de détecter rapidement des modules défectueux, afin de pouvoir entreprendre à temps, les mesures nécessaires.
  • Applications maritimes : Les caméras thermiques pour applications maritimes permettent de détecter plus facilement les autres bateaux, les icebergs, ou des déversements d’hydrocarbures qui flottent. Cela réduit les risques d’accident maritime.
  • Usage domestique : Les caméras thermiques peuvent assurer de nombreuses fonctions dans un logement particulier. Elles permettent de vérifier l’isolation du bien, à l’aide d’une camera thermique isolation, en détectant facilement les déperditions de chaleur, dues à des portes et fenêtres mal isolées, de prévenir d’éventuels cas de surchauffe électrique, pouvant entraîner le dysfonctionnement des installations et équipements alimentés en électricité et de repérer un intrus, discrètement caché derrière les plantes de son jardin, en pleine nuit.

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