Température de surface : mesure radiative

Sommaire

1. Grandeurs relatives

1.1 Grandeurs relatives au rayonnement (flux, luminance, exitance, éclairement)

1.2 Grandeurs relatives à la radiométrie des surfaces (facteurs de réflexion, de transmission et d’absorption, émissivité)

2. Rayonnement thermique d’une surface

2.1 Loi de Kirchhoff (α_λ = ε_λ)

2.2 Rayonnement du corps noir (domaines spectraux correspondant à différentes températures)

2.3 Rayonnement d’une surface opaque

2.4 Rayonnement d’un milieu semi-transparent

3. Méthodes de mesure

3.1 Méthodes directes pour des surfaces opaques

3.2 Élimination de l’émissivité

3.3 Élimination des réflexions. Méthodes photothermiques

3.4 Cas des milieux semi-transparents

4. Instruments

4.1 Capteurs de rayonnement

4.2 Système optique de visée

4.3 Filtre spectral

4.4 Source interne de référence

4.5 Caméra de thermographie

Pour en savoir plus

La mesure des températures de surface pose souvent des problèmes délicats. S’il s’agit de la surface d’un matériau très bon conducteur thermique comme un métal, une méthode par contact peut être envisagée. Sinon, une méthode de mesure sans contact est préférable.

• L’utilisation du rayonnement d’émission thermique présente de nombreux avantages, qui sont dus à l’absence de contact matériel, ce qui entraîne :

  • pas, ou peu, de perturbation des échanges entre la surface et le milieu environnant ;

  • la possibilité :

    • de mesures sur de très petites surfaces (quelques millimètres carrés),

    • de mesures sur des objets fragiles ou dangereux (haute tension, corrosion, etc.),

    • d’établissement de cartes thermiques, à grande distance (télédétection),

    • de mesures à grande vitesse de réponse (quelques microsecondes) et sur des objets en mouvement,

    • de mesures de très hautes températures (au-delà des températures de fusion des matériaux les plus réfractaires : 3 000 K).

• À côté de ces avantages, se présentent aussi des inconvénients et des difficultés :

  • l’instrument de mesure ne fournit qu’une température de rayonnement (température de luminance, température de couleur) qui diffère d’autant plus de la température vraie que l’émissivité de la surface s’écarte de l’unité (§ 2.3.2) ;

  • les instruments de mesure (radiomètres, pyromètres) sont relativement fragiles et onéreux, et cela d’autant plus qu’on les veut plus fiables, plus précis et utilisables dans des conditions extrêmes (petites surfaces, grandes vitesses de réponse, faibles températures).

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