Mesure de l’émissivité thermique

Jean-Pierre Monchau et Jacques Hameury

Cet article est disponible à cette adresse: Techniques de l’ingénieur

Cet article se concentre sur l’étude de l’émissivité thermique, une propriété cruciale dans les échanges thermiques et les mesures de température. L’émissivité est essentielle pour les technologies telles que la pyrométrie optique et la thermographie, qui nécessitent une compréhension précise de la capacité d’un matériau à émettre du rayonnement. Son importance est amplifiée par des instruments modernes comme les caméras thermiques, qui deviennent de plus en plus populaires en raison de leur coût réduit et de leurs performances accrues.

Ce que l’on trouve dans l’article :

Définitions Principales de l’Émissivité:

Émissivité Monochromatique Directionnelle: Rapport de la luminance d’un matériau à celle d’un corps noir pour une direction et longueur d’onde spécifique.

Émissivité Totale Directionnelle: Calculée sur l’ensemble des longueurs d’onde dans une direction donnée.

Émissivité Directionnelle en Bande Large: Important pour les pyromètres et caméras thermiques fonctionnant dans des bandes spectrales limitées.

Émissivité Totale Hémisphérique: Reflète l’ensemble des directions et longueurs d’onde. Essentielle pour le bilan thermique et échanges radiatifs entre surfaces.

Calcul et Mesure de l’Émissivité:

Le calcul de l’émissivité dépend de l’indice complexe du matériau, influencé par la polarisation et la nature diélectrique ou métallique du matériau. Les matériaux diélectriques montrent des émissivités principalement dirigées par l’indice de réfraction, tandis que la rugosité affecte davantage les métaux.

Les divers méthodes de mesure de l’émissivité incluent:

Méthodes Calorimétriques: Utilisées pour mesurer l’émissivité totale hémisphérique, elles nécessitent des environnements contrôlés en raison de la sensibilité aux transferts thermiques par convection et conduction.

Méthodes Radiométriques: Comprennent la comparaison de luminances entre l’échantillon et un corps noir. Elles utilisent des configurations telles que des systèmes de détection infrarouge équipés de filtres ou spectromètres pour différentes bandes spectrales.

Méthodes Réflectométriques: Basées sur la mesure du facteur de réflexion, ces méthodes sont indirectes et souvent appliquées avec des sphères intégrantes pour évaluer les rayonnements réfléchis.

Challenges et Incertitudes dans les Mesures:

Les mesures d’émissivité présentent plusieurs défis, comme la nécessité de capteurs précis pour les températures de surface, et la dépendance aux propriétés de l’échantillon telles que l’état de surface et la température. Les incertitudes émergent aussi de l’utilisation de références non parfaitement émissives ou de capteurs affectés par des erreurs de linéarité.

Applications et Exemples:

Les appareils commerciaux tels que le Temp 2000 de AZ-technology et l’émissomètre TIR100-2 de INGLAS sont illustrés. Ces dispositifs permettent des mesures précises mais nécessitent souvent une calibration préalable.

Normes et Protocoles:

Le document mentionne les normes telles que NF-EN et ASTM, qui dirigent la standardisation des méthodes de mesure d’émissivité pour garantir précision et uniformité dans les résultats.

Conclusions:

Bien que les méthodes de mesure d’émissivité soient variées et adaptées aux besoins spécifiques, il n’existe pas d’appareil universel pour toutes les conditions. Les méthodes absolues telles que les méthodes calorimétriques sont réservées aux laboratoires spécialisés et sont souvent coûteuses en ressources.

Cet article souligne que la mesure de l’émissivité est essentielle et complexe, nécessitant une expertise technique significative et des dispositifs spécifiques pour chaque contexte d’application. Les utilisateurs doivent être conscients des limites et des incertitudes associées aux différentes méthodes de mesure pour en tirer des conclusions précises et fiables.