Pyromètre optique : principe et erreurs d’émissivité

Le rapport de contrôle d'un four, envoyé par un fournisseur japonais, désigne l'instrument par « hikari koonkei » (光高温計, pyromètre optique) et la valeur par « kido ondo » (輝度温度, température de luminance) : par exemple « 1 000 °C ». Votre fiche de procédé demande la température réelle de l'acier, et votre propre thermomètre infrarouge portable affiche autre chose. Les deux instruments peuvent très bien fonctionner correctement.

Une température de luminance n'est pas la température vraie de la surface. C'est la température qu'un corps noir parfait devrait avoir pour paraître aussi lumineux que la cible à la longueur d'onde de l'instrument. Pour une surface d'émissivité inférieure à 1, elle est inférieure à la température vraie, tant que le rayonnement réfléchi est négligeable.

Ce guide explique le fonctionnement d'un pyromètre optique à disparition de filament, sa différence avec les thermomètres infrarouges et bichromatiques (à rapport), et la façon dont l'émissivité, les fenêtres d'observation, les fumées et les réflexions déplacent la mesure. Une liste de contrôle et un modèle de courriel pour votre interlocuteur japonais figurent vers la fin.

Sommaire

1. Qu'est-ce qu'un pyromètre optique ?
2. Fonctionnement d'un pyromètre à disparition de filament
3. Température de luminance et température vraie
4. Avantages et limites des pyromètres optiques
5. Étalonnage et traçabilité
6. Quand les valeurs divergent : isoler la cause
7. Liste de contrôle et questions à poser au côté japonais
8. Limites de ce guide
9. FAQ
10. Sources

Qu'est-ce qu'un pyromètre optique ?

Un pyromètre optique détermine la température d'un objet chaud à partir du rayonnement thermique qu'il émet, sans le toucher. C'est un type de thermomètre à rayonnement (hosha ondokei, 放射温度計). Le modèle visuel classique est le type à disparition de filament (senjo shoshitsu-gata, 線条消失形), qui utilise l'œil de l'opérateur comme détecteur de comparaison.

L'opérateur superpose l'image de la cible au filament d'une lampe située dans l'instrument, puis règle le courant de la lampe jusqu'à ce que les deux paraissent aussi lumineux dans une bande étroite du rouge. L'instrument convertit alors ce courant en température. Le filament est simplement le fil fin de la lampe qui s'échauffe et brille lorsqu'il est traversé par le courant.

D'autres thermomètres à rayonnement, comme les instruments infrarouges à détecteur électronique, utilisent aussi le rayonnement de la cible. Ce qui change, c'est la bande de longueurs d'onde mesurée, le mode de détection et la façon dont la valeur est produite.

Où l'utilise-t-on : cibles chaudes et incandescentes

Un pyromètre optique visuel exige une cible assez chaude pour briller nettement en lumière visible. Les cibles typiques sont le métal en fusion, les pièces à l'intérieur d'un four, le fil ou la barre chauffés : partout où l'on a une ligne de visée dégagée vers la cible.

À titre d'exemple, le modèle IR-URN de CHINO Corporation, pyromètre à disparition de filament avec affichage numérique, mesure à 0,65 µm et couvre 700 à 3 500 °C sur trois gammes commutables. Ces chiffres sont ceux de ce modèle ; ils ne représentent pas la plage de tous les pyromètres optiques.

L'instrument peut lire de telles températures parce qu'il reçoit seulement la lumière de la cible : il n'a pas besoin d'atteindre lui-même cette température. Il a toutefois sa propre plage de température ambiante de fonctionnement, et une grande plage de mesure ne signifie pas qu'on peut le placer devant l'ouverture d'un four en absorbant la chaleur rayonnée.

Les modèles portables à piles permettent de changer de point de mesure dans l'atelier. Si vous les utilisez ainsi, choisissez des positions où vous pouvez reproduire la même distance et la même direction de visée, afin de comparer la valeur du jour à la précédente.

Pour l'acier, la qualité dépend du temps de maintien et du refroidissement autant que de la température de chauffe. Quand vous pilotez un traitement thermique comme la trempe et le revenu, distinguez une lecture de surface ponctuelle de la vérification de l'ensemble des conditions du traitement.

Pyromètre optique, infrarouge et bichromatique

Un thermomètre à rayonnement courant à détecteur électronique, comme un thermomètre infrarouge portable, traite le signal du détecteur et affiche une température. Avec un pyromètre visuel à disparition de filament, une personne vise la cible, règle le courant de la lampe et juge à quel moment les luminances sont égales.

Un affichage numérique n'y change rien. Si l'égalité des luminances est toujours jugée à l'œil, l'étape de jugement humain demeure : « affichage numérique » et « détection automatique » sont deux caractéristiques distinctes.

Un pyromètre bichromatique (nishoku ondokei, 二色温度計), ou pyromètre à deux couleurs, ou à rapport, utilise le rapport des rayonnements mesurés dans deux bandes de longueurs d'onde. Comparer un filament à une cible n'est pas « mesurer deux couleurs » : ne classez donc pas un pyromètre à disparition de filament parmi les instruments bichromatiques. La figure 1 compare les principales approches.

Figure 1 : le contact, le visuel et l'électronique n'arrivent pas à la température par le même chemin

« Sans contact » ne désigne pas une seule méthode de détection. Ici, « pyromètre optique » désigne le type visuel à disparition de filament.

Méthode	Ce qu'elle reçoit	Comment elle arrive à la température	Principales conditions à vérifier
Thermomètre à contact	Chaleur conduite de la cible à l'élément sensible	Convertit tension thermoélectrique, résistance, etc. en température	Insertion, contact thermique, tube de protection, câblage
Pyromètre optique visuel	Rayonnement visible de la cible	Égalise la luminance avec le filament et lit le courant étalonné	Visée, mise au point, jugement d'égalité, émissivité
Thermomètre à rayonnement électronique (p. ex. infrarouge)	Rayonnement dans la bande fixée par sa spécification	Traite le signal du détecteur, l'affiche ou le transmet	Champ de vision, taille de la cible, émissivité, trajet optique
Pyromètre bichromatique (à rapport)	Rayonnement dans deux bandes de longueurs d'onde	Calcule à partir du rapport des deux signaux	Rapport d'émissivité aux deux longueurs d'onde, transmission du trajet

Les instruments bichromatiques exigent eux aussi de vérifier l'émissivité et le trajet optique. Utiliser deux longueurs d'onde n'élimine pas l'erreur pour toutes les cibles.

KELLER, fabricant de pyromètres, explique dans quels cas les instruments à rapport aident et dans quels cas ils n'aident pas :

• Où ils aident : poussières, fumées ou fenêtre encrassée qui affaiblissent toutes les longueurs d'onde de la même façon laissent le rapport, donc la valeur, stable.
• L'hypothèse : la valeur n'égale la température vraie que si l'émissivité est la même aux deux longueurs d'onde. KELLER précise que c'est rarement le cas en pratique.
• Où ils peuvent faire pire : si l'émissivité diffère entre les deux longueurs d'onde et fluctue, l'erreur peut dépasser celle d'un pyromètre monochromatique, notamment sur les métaux non ferreux.

Fonctionnement d'un pyromètre à disparition de filament

Pour comprendre le principe, distinguez deux sources de lumière : celle qui vient de la cible et celle que l'instrument produit lui-même. Le pyromètre ne transforme pas directement la température de la cible en courant. C'est l'opérateur qui règle le courant d'une lampe de comparaison.

L'objectif forme une image de la cible dans le même plan que le filament de la lampe. À travers un filtre et l'oculaire, l'opérateur compare les deux luminances dans un seul champ de vision.

Le filtre rouge restreint la comparaison à une petite bande de longueurs d'onde rouges. C'est en comparant la luminance dans une bande fixe, et non en jugeant si la couleur d'ensemble se ressemble, que l'on relie la mesure à la température.

Les instruments réels contiennent aussi des filtres qui atténuent la lumière pour changer de gamme. La figure 2 montre seulement le rapport entre l'image et la comparaison ; vérifiez les filtres réels et leur position dans la conception optique de chaque instrument.

Figure 2 : l'image de la cible est formée sur le plan du filament et comparée dans une bande rouge

Deux rayons représentatifs vont du haut de la cible au plan du filament. Les pointillés bleus montrent uniquement le côté oculaire ; ce n'est pas un tracé de rayons.

Le filament brille lui-même et se voit en même temps que l'image de la cible. La sélection d'une bande rouge et l'atténuation de la lumière sont des fonctions optiques de mesure ; la figure ne signifie pas que le filtre remplace la protection des yeux.

Filament sombre, filament qui disparaît, filament brillant

Quand le courant est faible et que le filament est moins lumineux que la cible, on voit une ligne sombre sur un fond clair. En augmentant le courant, le filament s'éclaire et le contraste avec le fond diminue.

Si le courant est trop élevé, le filament devient plus lumineux que la cible et apparaît comme une ligne claire. Il faut alors réduire le courant et chercher le point d'égalité entre les réglages « sombre » et « brillant ».

Quand la cible et le filament ont la même luminance, le bord du filament devient difficile à distinguer sur la cible. C'est la « disparition du filament ». La lampe reste allumée et rien ne disparaît physiquement.

Réglez l'oculaire et la mise au point sur la cible pour que la comparaison soit aisée. Avec une image floue, ou avec le filament placé sur le bord de la cible, l'égalité elle-même devient peu fiable. La figure 3 montre les trois vues.

Figure 3 : le filament « disparaît » lorsque sa luminance égale celle du fond

La luminance de la cible est maintenue constante. La ligne courbe de chaque vue est le même filament.

Les couleurs et les épaisseurs de trait sont illustratives. Dans la vue centrale, la lampe est toujours allumée ; le filament se fond simplement dans le fond.

Pourquoi le courant de la lampe se convertit en température

Augmenter le courant modifie la température et le rayonnement du filament, mais cela seul ne donne pas la température de la cible. L'instrument a besoin d'un étalonnage qui relie le courant d'égalité à la température de luminance.

Lors de l'étalonnage, le laboratoire utilise une lampe étalon ou un corps noir de température de luminance connue, et cherche le courant pour lequel le filament de l'instrument lui devient égal. L'échelle de l'instrument, ou sa conversion interne, utilise ensuite cette relation pour afficher la température.

Si la lampe ou l'optique évoluent, le même courant peut donner une image différente. En maintenance, gardez séparées deux vérifications : « le filament s'allume » et « la valeur est en accord avec une référence ».

La lampe à laquelle on compare pendant la mesure et la lampe étalon utilisée pour l'étalonnage n'ont pas le même rôle. L'étalonnage relie la température lue à partir du courant de la lampe de comparaison à une référence : lampe étalon ou corps noir.

0,65 µm n'est pas le pic du rayonnement thermique

Quand un objet s'échauffe, son rayonnement thermique dans le visible augmente jusqu'à ce qu'on le voie rougeoyer. Le pic du spectre d'un corps noir se déplace vers les courtes longueurs d'onde quand la température monte, mais un objet qui commence tout juste à rougeoyer n'émet pas son maximum dans le visible.

La loi du déplacement de Wien donne le pic approximatif de la luminance spectrique d'un corps noir par unité de longueur d'onde. Avec la longueur d'onde en µm et la température thermodynamique en K, la constante vaut environ 2 898 µm·K.

Pour un corps noir à 700 °C, le pic se situe vers 2,98 µm, nettement dans l'infrarouge. Le pyromètre peut pourtant comparer des luminances dans le visible : traitez donc la longueur d'onde du pic et la longueur d'onde de mesure de l'instrument comme deux choses distinctes.

De même, 650 nm (0,65 µm) ne signifie pas que le filtre se rapproche du pic quand la température change. Le modèle pris en exemple utilise une bande rouge à 0,65 µm, mais la longueur d'onde effective dépend du filtre, de la sensibilité de l'œil et d'autres facteurs. La figure 4 place ces valeurs sur un même axe.

Figure 4 : la bande rouge de mesure et le pic du corps noir sont deux choses différentes

L'axe des longueurs d'onde est linéaire. Les points marquent les positions calculées des pics, pas l'intensité du rayonnement.

La largeur de la bande rouge est illustrative ; ce n'est pas la bande passante réelle d'un modèle. La comparaison des pics ne tient pas compte des changements de distribution spectrale dus à l'émissivité.

Température de luminance et température vraie

La température de luminance (kido ondo) est la température d'un corps noir qui paraîtrait exactement aussi lumineux que la cible à une longueur d'onde donnée. Un corps noir est un objet idéal qui absorbe tout le rayonnement incident ; il sert de référence pour comparer le rayonnement thermique des objets réels à la même température.

Une cible dont l'émissivité (hosharitsu, 放射率) est inférieure à 1 émet moins de rayonnement qu'un corps noir à la même température. Si les réflexions de l'environnement sont négligeables, une température de luminance lue par rapport à un corps noir est inférieure à la température vraie.

Si vous appliquez une correction d'émissivité, utilisez une valeur adaptée à la longueur d'onde de mesure et à l'état de surface. Ne fixez pas la valeur d'après le seul nom du matériau : vérifiez comment la calamine, la rugosité, la température et l'angle de visée la modifient.

Exemple chiffré : de combien l'émissivité déplace la valeur

Avec l'approximation de Wien, la température de luminance et la température vraie sont liées par ce qu'un support de cours de l'IIT Madras appelle l'équation du pyromètre idéal, donnée ci-dessous. Les chiffres sont fictifs et ne servent qu'à montrer l'ordre de grandeur de l'effet.

Le terme de longueur d'onde compte : avec le même ε = 0,80 et un instrument hypothétique à 1,6 µm, la température vraie derrière une lecture de 1 000 °C devient environ 1 042 °C. Une longueur d'onde plus courte rend la valeur moins sensible à une erreur d'émissivité. KELLER recommande de même les pyromètres à courte longueur d'onde pour les métaux.

C'est aussi l'une des raisons pour lesquelles un thermomètre infrarouge et un pyromètre optique peuvent diverger sur la même surface, même s'ils sont tous deux étalonnés. Comparez leurs longueurs d'onde et leurs réglages d'émissivité avant de soupçonner une panne.

Valeur de surface et température interne

Sur un acier opaque, un pyromètre optique reçoit le rayonnement de la surface visible, pour l'essentiel. Il ne peut pas lire directement le cœur d'une pièce épaisse ni la température derrière une paroi.

Pendant le chauffage, la surface monte en température la première et la chaleur met du temps à atteindre le cœur. Une valeur de surface qui a atteint la consigne ne prouve pas que la pièce soit uniforme dans toute son épaisseur.

Les thermomètres à contact posent le même problème : mal placés, ils ne lisent pas la température dont vous avez besoin. Pour la température d'un fluide, la longueur d'insertion d'un doigt de gant et sa réponse soulèvent la même question : d'où le capteur reçoit-il réellement sa chaleur ?

Avec des matériaux qui transmettent la lumière, comme le verre, le rayonnement venant de l'intérieur ou de l'arrière de la cible peut s'ajouter. Ne partez pas du principe qu'un pyromètre ne lit que la surface de tous les matériaux : vérifiez que la cible est opaque à la longueur d'onde de mesure.

Il en va de même pour une tuyauterie calorifugée : la température de l'habillage extérieur n'est pas celle du fluide à l'intérieur. En gardant à l'esprit le lien entre épaisseur de calorifuge, pertes thermiques et température de surface, vérifiez que la surface mesurée correspond bien à la température que vous devez maîtriser.

Réflexions, fenêtres, fumées et taille de la cible

Quand le rayonnement de la paroi d'un four se réfléchit sur un métal brillant vers l'instrument, une composante réfléchie s'ajoute à la lumière émise par la cible. On ne peut alors pas supposer simplement qu'une faible émissivité donne toujours une valeur basse. La figure 5 sépare les trajets.

Figure 5 : la lumière qui atteint l'instrument ne dépend pas que de la température de la cible

Séparez le rayonnement propre de la cible, les réflexions de l'arrière-plan, et la fenêtre et la fumée interposées. Les deux trajets sont décalés pour la clarté.

Les flèches distinguent seulement les trajets ; elles ne représentent ni les quantités de rayonnement ni les angles de réflexion à l'échelle. L'effet de la fenêtre, de la fumée et de l'arrière-plan sur la valeur dépend de leur absorption, de leur émission et de leur intensité.

Chaque élément du trajet demande sa propre vérification :

• Fenêtre d'observation : ce qui compte est la quantité de lumière que la fenêtre laisse passer à la longueur d'onde de mesure. Une fenêtre qui paraît limpide à l'œil ne permet pas d'ignorer son effet sur la valeur. KELLER décrit la compensation d'une perte connue de la fenêtre par le réglage d'émissivité (réglage de l'instrument = émissivité de la cible × transmittance du trajet).
• Salissures, buée et dépôts : en s'accumulant, ils modifient la lumière qui arrive de la cible et la valeur dérive. KELLER note que des dépôts sur la lentille font baisser la valeur. Consignez l'état de la fenêtre et le trajet de visée pour distinguer ce phénomène d'un vrai changement de température.
• Réflexion de l'arrière-plan : si possible, visez un point que le rayonnement de la paroi du four n'atteint pas.
• Petites cibles : l'optique de la méthode visuelle peut aider ici, mais vérifiez que la zone de la cible sous le filament est bien visible et que le grossissement et la distance focale de l'instrument conviennent.
• Instruments électroniques : la cible doit remplir le champ de mesure spécifié. Ne prenez pas le point du pointeur laser pour la surface mesurée ; vérifiez la taille de la cible avec le rapport distance/diamètre de mesure de la fiche technique.

Avantages et limites des pyromètres optiques

Le principal avantage est d'obtenir la température à partir du rayonnement d'une pièce chaude sans poser de capteur dessus. Vous évitez de perturber la cible par le contact, et vous n'exposez pas un capteur à la haute température elle-même.

Pour les capteurs à contact, la tenue dépend du type de capteur, du tube de protection, de l'atmosphère et des conditions d'utilisation continue. On ne peut pas choisir d'après des plafonds généraux du type « tous les thermocouples vont jusqu'à 2 000 °C » ou « toutes les sondes à résistance vont jusqu'à 700 °C ».

Une température comprise dans la plage d'un pyromètre optique ne fait pas de lui le meilleur choix par rapport à un capteur à contact. Choisissez d'après le point de mesure dont vous avez besoin et l'usage prévu de la mesure.

Contrôles ponctuels ou surveillance continue

La comparaison visuelle convient aux mesures où une personne vise et juge l'égalité. Si vous devez enregistrer en continu des températures qui varient vite et les transmettre à une régulation automatique, envisagez un instrument électronique, ou un autre type qui fournit la sortie voulue.

Pour une régulation PID, on ne choisit pas un instrument d'après sa seule température maximale. Le temps de réponse, la cadence de mise à jour, la sortie et la maintenance face à un trajet optique encrassé doivent tous correspondre aux besoins de la boucle.

Une résolution d'affichage fine ne signifie pas que la température vraie soit mesurée aussi finement. Il en va de même pour les instruments à contact comme les thermomètres à quartz : ne jugez pas la qualité d'une mesure d'après le seul nombre de chiffres affichés.

Quand vous comparez plusieurs thermomètres, vérifiez d'abord qu'ils mesurent le même point dans les mêmes conditions. Un capteur à double élément offre deux voies de mesure, mais il ne concordera pas automatiquement avec une valeur sans contact prise sur une autre surface.

Étalonnage et traçabilité

L'étalonnage détermine l'écart entre l'instrument et une référence. Même un instrument étalonné peut donner des valeurs différentes sur le terrain si le point de mesure, l'émissivité ou la fenêtre d'observation changent.

Quelques repères aident à lire un certificat d'étalonnage japonais de pyromètre :

• EIT-90 : au-dessus du point de congélation de l'argent (961,78 °C), l'Échelle internationale de température de 1990 définit la température par la loi de Planck, à partir du point de congélation de l'argent, de l'or (1 064,18 °C) ou du cuivre (1 084,62 °C). Au-delà de ce point, l'échelle elle-même est réalisée avec des thermomètres à rayonnement.
• JCSS : le système japonais d'accréditation des étalonnages (Japan Calibration Service System) couvre les thermomètres à rayonnement. Si vous attendez un certificat comparable à un certificat Cofrac, demandez si l'étalonnage est JCSS et si le certificat porte la marque ilac-MRA, puis vérifiez que la portée d'accréditation couvre votre domaine de mesure.
• EIT-90 ou température thermodynamique : une note de janvier 2020 du NITE aux laboratoires JCSS indique que le NMIJ (institut national de métrologie du Japon) a fait passer ses étalons de thermomètres à rayonnement de 960 °C à 2 800 °C à des valeurs fondées sur la température thermodynamique plutôt que sur l'EIT-90. Les laboratoires devaient préciser sur le certificat la base de chaque valeur : vérifiez cette ligne.
• Plage d'étalonnage : ne supposez pas que l'erreur aux points étalonnés se prolonge au-delà. Comparez les points du certificat avec votre plage de travail.

Les fiches techniques japonaises de thermomètres à rayonnement peuvent citer la JIS C 1612:2023, norme japonaise sur les méthodes d'essai de performance des thermomètres à rayonnement. Côté international, on rencontre l'ASTM E1256 (méthodes d'essai des thermomètres à rayonnement à une seule bande spectrale) et la CEI/TS 62492-1 (IEC TS 62492-1), spécification technique qui fixe les données à indiquer dans les fiches techniques.

Une transposition de la CEI/TS 62492-1 en norme NF EN n'a pas pu être confirmée, et aucune équivalence avec la JIS C 1612 n'est établie ici. Si des chiffres de performance entrent dans vos critères de réception, demandez au fournisseur quelle norme et quelles conditions d'essai il applique.

Quand vous envoyez un instrument à l'étalonnage, indiquez la plage de température et les gammes que vous utilisez, et vérifiez l'erreur de mesure dans ces conditions. Consignez l'écart par rapport à l'étalon séparément des sources d'erreur de l'atelier. En France, l'étalonnage accrédité relève du Cofrac et le laboratoire national de métrologie est le LNE-Cnam ; pour un site hors de France, suivez le dispositif d'accréditation local.

Quand les valeurs divergent : isoler la cause

Si deux instruments divergent, ou si la valeur du jour diffère de celle de la semaine dernière, classez la cause selon le point de mesure, le trajet optique et la lecture. Consignez séparément les écarts de température et les écarts de conditions, et alignez les conditions de comparaison avant de modifier un réglage. La figure 6 montre les quatre domaines.

Figure 6 : séparer la cause entre point de mesure, trajet optique et lecture

Ne mélangez pas les écarts de température et les écarts de conditions de mesure. Alignez les conditions de comparaison avant de changer un réglage.

Point de mesureQuelle face et quelle position du matériau ? Avant de comparer avec un capteur à contact, tenez compte de l'écart entre température de surface et température interne.

Surface de la cibleLa calamine, les dépôts ou la rugosité ont-ils changé ? Utilisez une émissivité adaptée à la longueur d'onde de mesure et à la surface.

Trajet optiqueLa saleté de la fenêtre, la fumée ou la réflexion de l'arrière-plan ont-elles changé ? Comparez le trajet et la correction avec le dernier relevé.

Instrument et lectureVérifiez la gamme, la mise au point, l'état du filament et le jugement d'égalité. Évaluez l'écart par rapport à une référence par l'étalonnage.

Ajuster l'émissivité uniquement pour combler un écart masque la vraie cause. Utilisez des valeurs correspondant à la cible et aux conditions de référence.

Tenez des relevés qui permettent de reproduire la mesure :

• Où et comment vous avez visé : numéro d'instrument, valeur, position de la cible et direction de visée, y compris l'ouverture du four utilisée et la partie du matériau visée.
• Réglages : gamme, réglage d'émissivité, état de la fenêtre ou des filtres.
• Évolutions dans le temps : date du nettoyage de la fenêtre et évolution de la surface de la cible, pour les distinguer des changements de conditions de fonctionnement.
• Dispersion : si une égalité visuelle isolée est difficile à trancher, vérifiez que la cible est stable et regardez la dispersion de lectures répétées. Distinguez la fluctuation de la cible de la variation due à la visée et au jugement.
• Cohérence entre opérateurs : lors d'un changement d'équipe, alignez la manière de faire la mise au point et l'endroit comparé. N'enregistrez pas comme le même point une lecture faite sur le seul endroit le plus brillant et une lecture faite ailleurs.

Liste de contrôle et questions à poser au côté japonais

Utilisez cette liste lorsqu'une spécification, un rapport de contrôle ou un manuel de four japonais donne une valeur de pyromètre optique :

• Type d'instrument : visuel à disparition de filament, infrarouge à une seule bande, ou bichromatique
• Longueur d'onde de mesure (effective), par exemple 0,65 µm
• La valeur consignée est-elle une température de luminance (kido ondo) ou une température corrigée de l'émissivité ?
• Émissivité réglée et manière dont elle a été choisie (état de surface, longueur d'onde)
• Fenêtre d'observation : matériau, état, et prise en compte ou non de sa transmittance
• Point de mesure : quelle face, quelle position, quelle ouverture du four, et direction de visée
• Réflexions possibles des parois du four ou des éléments chauffants à ce point
• Fumée, vapeur ou poussière sur le trajet de visée
• Certificat d'étalonnage : JCSS ou non, points d'étalonnage par rapport à votre plage de travail, marque ilac-MRA si nécessaire
• Valeurs du certificat fondées sur l'EIT-90 ou sur la température thermodynamique (plage de 960 à 2 800 °C visée par la note du NITE)
• Votre spécification de procédé exige-t-elle la température de surface, la température interne ou la température du four ?

Si des éléments manquent, un court courriel suffit en général à les clarifier. Adaptez le modèle ci-dessous et remplacez les parties entre crochets ; si votre interlocuteur travaille en anglais, traduisez-le.

Limites de ce guide

• La plage, l'exactitude, la longueur d'onde et les fonctions dépendent du modèle. Les chiffres de l'IR-URN de CHINO sont un exemple, pas des caractéristiques communes.
• L'exemple chiffré utilise des valeurs fictives d'émissivité et de transmittance et ignore le rayonnement réfléchi. L'émissivité réelle dépend du matériau, de l'état de surface, de la température, de la longueur d'onde et de l'angle de visée.
• Ce guide ne donne pas de valeurs d'émissivité pour des matériaux précis. Obtenez-les auprès du fabricant de l'instrument ou par des mesures sur vos propres pièces.
• Les pratiques d'étalonnage et la rédaction des certificats varient selon les laboratoires. L'acceptation d'un certificat japonais dans votre système qualité dépend de vos exigences et de celles de votre client.
• Rien ici ne constitue une consigne de travail pour l'observation de fours. La protection des yeux et les positions d'observation sûres relèvent des règles de sécurité de votre site (en France, les dispositions du Code du travail sur les rayonnements optiques artificiels ; ailleurs, la réglementation locale).

FAQ

Peut-on connaître la température d'après la seule couleur de l'incandescence ?

Non. Ce que l'on voit dépend aussi de la lumière ambiante et de l'adaptation de l'œil : la couleur seule ne remplace pas un instrument. Un pyromètre à disparition de filament compare la luminance à un filament de référence dans une bande définie et lit la température à partir d'une relation étalonnée.

Quand le filament disparaît, la cible est-elle un corps noir ?

Non. La disparition du filament signifie que la lumière de la cible qui atteint l'instrument a la même luminance que le filament. Elle ne dit rien sur le caractère de corps noir de la cible ; pour obtenir la température vraie, vérifiez l'émissivité et le trajet optique.

Un pyromètre optique peut-il mesurer une cible en mouvement ?

Oui, tant que l'on peut garder la cible dans le champ et juger sa luminance. Tenez compte de la vitesse, de la durée pendant laquelle la cible reste visible et de sa taille ; si vous avez besoin d'une mesure continue, choisissez le mode de détection et le temps de réponse en conséquence.

Un pyromètre étalonné donne-t-il la même valeur à travers une fenêtre ?

Pas forcément. L'étalonnage concerne l'instrument seul, alors que la transmittance et l'encrassement d'une fenêtre modifient la lumière qui l'atteint. Comparez les conditions d'étalonnage au trajet de visée réel, puis décidez de la correction et des contrôles nécessaires.

Pourquoi mon thermomètre infrarouge et le pyromètre optique ne donnent-ils pas la même valeur ?

Les causes habituelles sont des longueurs d'onde, des réglages d'émissivité et des tailles de tache différents. La même erreur d'émissivité décale davantage une valeur à plus grande longueur d'onde qu'une valeur à 0,65 µm : comparez les réglages des deux instruments et visez le même point avant d'incriminer l'un d'eux.

Sources

• Disparition du filament, température de luminance, bases du rayonnement thermique : NBS/NIST, Self-Study Manual on Optical Radiation Measurements, Technical Note 910-8 (1985), §8.2
• Équation du pyromètre idéal, longueur d'onde effective, fonctionnement à disparition de filament : S. P. Venkateshan, Mechanical Measurements, IIT Madras (NPTEL) (en anglais)
• Principe de mesure et spécifications de l'IR-URN : CHINO Corporation, pyromètre optique numérique (en japonais)
• Optique et bande de mesure de l'IR-URN : CHINO Corporation, catalogue CP-107-02 (en japonais)
• Température de luminance et température vraie : Ushio, « Bases des lampes halogènes », §8(1) (en japonais)
• Constante de déplacement de Wien : NIST, valeurs CODATA 2022 (arrondie à 2 898 µm·K dans cet article)
• Réflexion de l'arrière-plan, transmission du trajet, pyromètres à rapport : KELLER, « Metrological errors » (en anglais)
• Émissivité et longueur d'onde : KELLER, « Definition and influence of emissivity » (en anglais)
• EIT-90 au-dessus du point de l'argent : BIPM/CCT, Guide to the Realization of the ITS-90: Radiation Thermometry (2018) (en anglais)
• Thermomètres à rayonnement JCSS, température thermodynamique de 960 à 2 800 °C : NITE, note aux laboratoires JCSS de thermométrie à rayonnement, 30 janvier 2020 (en japonais)
• Méthodes d'essai des thermomètres à rayonnement à une seule bande : ASTM E1256-17(2022)
• Données des fiches techniques des thermomètres à rayonnement : IEC TS 62492-1:2008