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RÉSUMÉ
La thermographie, le plus souvent infrarouge, est une technique de cartographie, quantitative et spatio-temporelle, de rayonnements thermiques ou luminances en provenance de la scène observée par la caméra thermique. On décrit l'émission du corps noir, la constitution du radiomètre et son équation, la construction de la courbe d'étalonnage et les propriétés radiatives des matériaux avant de développer l'équation de mesure radiométrique impliquant un ensemble de grandeurs d'influence et servant à la transcription en température. On liste enfin les sources d'incertitude de mesure.
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Dominique PAJANI : Ingénieur de l’École Centrale de Lyon - Président de l'association Institut de la Thermographie - Expert près la cour d'appel de Versailles
INTRODUCTION
La thermographie infrarouge est un cas particulier de la thermographie, même si elle est la plus connue et la plus répandue. À l’origine (1970), le qualificatif « infrarouge » accolé à « la thermographie » visait à la distinguer des techniques de thermographie par contact. On étendra ici notre propos sur une plus grande partie du spectre de rayonnements.
Nous insisterons sur les différences entre la simple imagerie thermique et la thermographie de mesure, cette dernière étant l’orientation primordiale de cet article.
Jusqu’en 1995, présenter les caméras thermiques comme des « boîtes noires » à caractériser comme telles était une démarche justifiée, du fait d’une seule famille technologique. Cela évitait d’exposer des particularités sans incidence première sur les caractéristiques des appareillages. Dans un second article, nous aborderons les récentes technologies de détecteurs de rayonnement et leurs implications.
Nous respecterons au mieux les normes relatives à la « thermographie infrarouge » (NF A 09-400, NF A 09-420 et NF A 09-421).
Nous mettrons à profit le VIM – vocabulaire international de métrologie (JCGM 200:2012) et la norme de rayonnement (NF ISO 80000-7).
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MOTS-CLÉS
caméra thermique radiomètre rayonnement thermique équation radiométrique transcription en température
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- Version archivée 1 de sept. 2001 par Dominique PAJANI
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Accueil > Ressources documentaires > Mesures - Analyses > Contrôle non destructif > CND : méthodes surfaciques > Thermographie - Principes et mesure > Rayonnements (émission et réception) et propriétés radiatives des matériaux
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2. Rayonnements (émission et réception) et propriétés radiatives des matériaux
Ce paragraphe traite de notions élémentaires sur l’émission et la réception des rayonnements. Il présente quelques bases sur les propriétés radiatives des matériaux. Nous nous limiterons aux descriptifs utiles en radiométrie visant à la thermographie.
2.1 Notions de base
2.1.1 Spectre des rayonnements électromagnétiques
La figure 3 présente le spectre des rayonnements électromagnétiques. L’unité pratique est la longueur d’onde, en micromètre (µm).
L’agitation des molécules de la matière se traduit par l’émission d’un flux de rayonnement électromagnétique fonction de la température de la matière ; c’est le rayonnement thermique.
Le rayonnement thermique couvre approximativement la gamme de 0,1 à 1 000 µm. La thermographie infrarouge classique va de 2 à 14 µm.
HAUT DE PAGE2.1.2 Grandeurs de base du rayonnement
Nous ne considérerons ici que l’émission, bien que les notions définies s’appliquent indifféremment aux rayonnements de toutes origines (émis, réfléchis, transmis).
Les unités couramment utilisées en radiométrie sont les unités énergétiques (watt), selon NF ISO 80000-7.
Le rayonnement émis par la matière transporte de l’énergie. L’énergie émise par unité de temps est le flux énergétique Φ (en W) (NF ISO 80000-7).
L’émission d’un corps plan opaque a lieu dans le demi-espace au-dessus de ce plan, ou hémisphère (figure 4).
La surface plane S est un ensemble d’éléments de surface. Le flux émis par une unité de surface, dS (élément de surface en m2), centré sur le point O, est l’exitance énergétique (NF ISO 80000-7) :
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Rayonnements (émission et réception) et propriétés radiatives des matériaux
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MARTINET (J.) - La mesure des températures par rayonnement thermique - Monographie du BNM. Éditions Chiron. 230 p. (1981).
-
(2) - BARDON (J.P.), CASSAGNE (B.) - Température de surface. Mesures par contact. Techniques de l’Ingénieur - [R 2 730]. Traité Mesures et Contrôle (09-1998).
-
(3) - THUREAU (P.) - Actualité des mesures de températures - Revue pratique du contrôle industriel. N° 179. 7 p. (Février 1993).
-
(4) - FERDINAND (P.), DENAYROLLES (Y.) - Panorama des réalisations de capteurs de température à fibres optiques - Journées d’Étude Mesures de Températures, Éditions Ampère. 46 p. (1990).
-
(5) - FERDINAND (P.) - Capteurs à fibres optiques à réseau de Bragg. Techniques de l’Ingénieur - [R 6 735]. Traité Mesures et Contrôle (12-1999).
-
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Essais non destructifs – Thermographie infrarouge – Vocabulaire relatif à la caractérisation de l’appareillage. - NF A09-400 - Décembre 1991
-
Essais non destructifs – Thermographie infrarouge – Caractérisation de l’appareillage. - NF A09-420 - Avril 1993
-
Essais non destructifs – Thermographie infrarouge – Méthodes de caractérisation de l’appareillage. - NF A09-421 - Avril 1993
-
Grandeurs et unités – Partie 7 : lumière. - NF ISO 80000-7 - Février 2009
ANNEXES
Congrès national bisannuel THERMOGRAM. Intégralité des conférences disponible sur :
http://www.wiki-thermographie.net
Congrès bisannuel QIRT (Quantitative infrared thermography). Publications disponibles sur le site :
http://www.tandfonline.com/toc/tqrt20/current
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs
Constructeurs
Au-delà de l’habilité indispensable en marketing et en applications, le concepteur se doit de connaître, mettre en œuvre et maîtriser :
-
la thermographie instrumentale ;
-
la mesure des grandeurs physiques ;
-
les rayonnements ;
-
l’optique ;
-
l’optico-mécanique ;
-
la mécanique ;
-
la thermique ;
-
les...
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