Présentation
Auteur(s)
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François CABANNES : Professeur émérite de l’Université d’Orléans (École Supérieure de l’Énergie et des Matériaux ESEM)
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’auteur de cet article étant décédé avant l’impression, les épreuves ont été relues par François GERVAIS, sous-directeur du Centre de Recherches sur la Physique des Hautes Températures, CNRS Orléans.
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.
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L’utilisation du rayonnement d’émission thermique présente de nombreux avantages, qui sont dus à l’absence de contact matériel, ce qui entraîne :
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pas, ou peu, de perturbation des échanges entre la surface et le milieu environnant ;
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la possibilité :
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de mesures sur de très petites surfaces (quelques millimètres carrés),
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de mesures sur des objets fragiles ou dangereux (haute tension, corrosion, etc.),
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d’établissement de cartes thermiques, à grande distance (télédétection),
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de mesures à grande vitesse de réponse (quelques microsecondes) et sur des objets en mouvement,
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de mesures de très hautes températures (au‐delà des températures de fusion des matériaux les plus réfractaires : 3 000 K).
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À côté de ces avantages, se présentent aussi des inconvénients et des difficultés :
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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 ;
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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).
Des artifices permettent de réduire l’influence de l’émissivité de la surface, mais ils ont tous l’inconvénient de perturber plus ou moins les conditions d’échange thermique sur la surface, et donc sa température.
Dans l’industrie, les instruments peuvent être utilisés pour repérer les conditions d’un processus de fabrication. Dans des conditions expérimentales bien précisées et reproductibles, la mesure d’une température de rayonnement est généralement suffisante. Les conditions les plus importantes à respecter sont la bande spectrale de l’instrument et la réflexion du rayonnement environnant sur la surface 2.3.1. Pour de tels repérages, si l’instrument de contrôle est toujours le même, seule est importante sa fidélité. L’exactitude du résutat de mesure ne devient nécessaire que si l’on risque de changer l’instrument.
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- Version archivée 1 de avr. 1981 par François DESVIGNES
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Méthodes de mesure2. Rayonnement thermique d’une surface
Dans le rayonnement qui provient d’une surface, il faudra toujours distinguer le rayonnement réfléchi et le rayonnement propre de la surface, qui est son rayonnement thermique, à partir duquel on peut espérer atteindre la température de la surface.
2.1 Loi de Kirchhoff ()
Considérons les surfaces dS1 et dS2 de deux corps chauds qui échangent de l’énergie thermique par rayonnement. Les éléments de surface définissent les étendues géométriques :
Le flux reçu par dS2 et absorbé s’écrit :
( 6 )
De même, le flux reçu par dS1 et absorbé s’écrit :
( 7 )
où Lλ représente la luminance monochromatique.
Si les deux surfaces sont à la même température, le bilan des échanges d’énergie est nul :
. Ceci reste vrai quel que soit le facteur de transmission du milieu traversé, qui peut être variable avec la longueur d’onde, donc quelle que soit la distribution spectrale du flux échangé. On tire de [6] et [7] :
ce qui implique :
...
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