Caméra infrarouge compacte Fluke PTi120.

Comment l’émissivité impacte-t-elle les images thermiques prises par une caméra infrarouge ?

  • La valeur de température mesurée avec un thermomètre infrarouge, un pyromètre ou une caméra thermique dépend de l’émissivité du matériau à la surface de la cible visée.
  • L’émissivité correspond à la capacité d’un corps, d’une surface à absorber et à émettre l’énergie rayonnée.
  • L’émissivité d’un matériau se situe entre 0 et 1. Un objet présentant un ratio d’émissivité de 1 est considéré comme un émetteur parfait dit « corps noir ».

 
L’émissivité d’un matériau (ou d’une surface) représente le rapport entre la quantité d’énergie émise par la surface et l’énergie émise par un corps noir porté à la même température. L’émissivité est un paramètre sans unité compris entre 0 et 1. 1 est la valeur d’un corps noir parfait qui désigne un objet idéal qui absorbe, sans la réfléchir ni la diffuser, toute l’énergie électromagnétique qu’il reçoit.

Parmi les matériaux, il n’existe pas d’émetteur d’énergie parfait. Il n’est pas toujours évident de connaître l’émissivité d’un matériau ou d’une surface elle même composée de divers matériaux. De ce fait, il est difficile d’effectuer des mesures de température de grande précision avec les technologies infrarouges qui s’appuient sur une valeur d’émissivité (fixée a priori ou ajustable par l’utilisateur) pour déterminer la température d’une cible.

Les caméras thermiques sont donc plutôt employées pour réaliser des inspections qualitatives  qui visent à identifier des différences de température entre des équipements ou des objets semblables, ou sur un même équipement ou objet à des moments distincts. Elles permettent notamment de détecter aisément à l’image les surfaces les plus chaudes d’une pièce ou les points chauds d’un équipement.
 

 Thermogramme (ou image thermique) d’une main prise par une caméra infrarouge de Fluke.
Thermogramme (ou image thermique) d’une main portant un anneau affiché à l’écran d’une caméra infrarouge de Fluke.

Ci-dessus, l’image thermique (ou thermogramme) prise par une caméra infrarouge de Fluke montre une main portant un anneau. L’anneau semble être beaucoup plus froid que la main, alors qu’ils sont en réalité tous les deux à la même température. En effet, les deux objets sont à la même température mais comme ils ne présentent pas la même émissivité, ils n’émettent pas la même quantité d’énergie infrarouge. Ce qui explique qu’ils ne sont pas représentés par la même couleur sur le thermogramme capté par le capteur infrarouge de la caméra. La valeur de température affichée peut ainsi être erronée si la caméra infrarouge n’exploite pas l’émissivité propre au matériau cible pour la mesure de sa température.

L’émissivité varie en fonction de l’état de la surface, de l’angle de visualisation, de la température et de la longueur d’onde spectrale. La plupart des matériaux non métalliques sont des émetteurs de rayonnements infrarouges. La peau humaine est proche de l’émetteur parfait. L’émissivité thermique de la peau humaine est de 0,97 à 23°C et de 0,99 à 33°C. A noter que l’émissivité dans le spectre thermique varie selon la température, mais pas selon la couleur. L’émissivité dans le spectre visible varie quant à elle selon la couleur, mais pas selon la température. Pour comparaison, l’acier inoxydable d’un boulon présente une émissivité de l’ordre de 0,32, l’acier poli de 0,07, le béton de 0, 91 ou encore un revêtement en Teflon de 0,38.

Sur la plupart des caméras infrarouges, il est possible d’ajuster l’émissivité à la valeur d’émissivité du matériau dont on souhaite mesurer la température afin d’obtenir sa température superficielle la plus proche de sa valeur réelle. Toutefois, prévient Fluke sur son site Internet, si le ratio d’émissivité du matériau est inférieur à 0,60, il ne faut pas s’attendre à pouvoir obtenir une mesure de température exacte en utilisant une caméra infrarouge, et même avec un ratio supérieur, d’autres facteurs peuvent influencer la mesure de la température.
 
Quelques exemples d’émissivités thermographiques en infrarouge fournis par La librairie de thermographie :  

  • Acier inoxydable (boulon) : 0,32
  • Aluminium anodisé : 0,77
  • Aluminium poli : 0,039 – 0,057
  • Asphalte : 0,93
  • Béton : 0,91
  • Bois naturel : 0,90 – 0,95
  • Caoutchouc : 0,95
  • Carton (boite en) : 0,81
  • Céramique : 0,95
  • Cuivre oxydé : 0,34
  • Cuivre poli : 0,023 – 0,052
  • Eau : 0,95 – 0,963
  • Fer poli : 0,14 – 0,38
  • Fer rouillé : 0,61
  • Peinture blanche : 0,77
  • PVC : 0,91 – 0,93
  • Plastique blanc : 0,84
  • Plastique noir : 0,94
  • Vernis : 0,93
  • Verre : 0,92
  • Verre poli : 0,94
  • Zinc naturel : 0,18
  • Zinc oxydé : 0,10
  • Zinc poli : 0,03