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Infrarouges longs et infrarouges courts

Définition et étude scientifique sur l'infrarouge

a) Le corps noir
b) Le domaine spectral
c) Les infrarouges courts
d) Les infrarouges moyens et longs

Tout corps porté à un niveau de température supérieure au zéro absolu, émet de l'énergie sous forme de rayonnement.
L'outil théorique qui permet d'étudier les applications des infrarouges est constitué des lois du rayonnement thermique et en particulier des lois de PLANCK[i] sur le corps noir.
Source et documentation [ii]

a) Qu’est-ce que le corps noir :

Le corps noir est un émetteur idéal et parfait.
Exemple : le verre, une surface émaillée, une surface en ardoise sont des émetteurs idéaux et parfaits. La puissance et les longueurs d'onde du rayonnement qu'il peut générer sont directement liées à son niveau de température. La température des surfaces est de 95° sans aucun danger pour les humains du fait du rayonnement.
La puissance rayonnée par unité de surface est proportionnelle à la puissance quatrième de sa température absolue : M =sT4 M = puissance rayonnée (W.m-2) s = 5,67.10-8 W.m-2.K-4 T = température de la source (K) Le rayonnement émis est réparti sur un large spectre continu de longueurs d'onde. Les longueurs d’onde émises se déplacent sur le spectre en fonction des températures des émetteurs. Plus les températures sont élevées plus les longueurs d’onde sont courtes.
Les chauffages infrarouges ou les lampes infrarouges émettent des ondes longues.

b) Domaine spectral

Le domaine spectral des applications industrielles infrarouge s'étend de 0,76 à 10 μm. Classiquement il est divisé en 3 zones :
§ Infrarouge court de 0,76 à 2 μm
§ Infrarouge moyen de 2 à 4 μm
§ Infrarouge long de 4 à 10 mm

c) L'infrarouge court

Il est très proche dans ses caractéristiques de la lumière. Il est souvent plus pénétrant, apte à traverser des milieux visuellement transparents ; il est par contre sensible aux couleurs, l'oeil humain est un outil d'analyse relativement adapté à ce type de longueur d'onde.

d) Les infrarouges moyens et longs

Ils ont un comportement très différent et l'œil devient une source d'erreur importante pour cette gamme de longueur d'onde. Les densités de puissance transférables par les infrarouges sont donc beaucoup plus élevées qu'en convection. Compte tenu des écarts importants entre les températures des sources et des produits dans de nombreuses applications industrielles, l'échange par infrarouge est globalement peu influencé par le niveau de température du produit. Les courbes de montée en température sous rayonnement infrarouge et en présence de convection montrent bien ces différences.

Le flux énergétique


Le flux énergétique échangé par infrarouge est plus important que par convection et il reste relativement constant au cours de l'évolution du produit. Deux facteurs, atténuateurs des échanges par infrarouge, interviennent pour décrire des échanges entre des émetteurs et des produits réels : § le facteur de forme, lié à la géométrie de l'émetteur et du récepteur, qui permet de préciser le pourcentage de flux infrarouge émis par la source qui atteint effectivement le produit à traiter. § le facteur d'absorption du produit à traiter qui définit la part du flux infrarouge qui est effectivement transformée en énergie dans le produit Définition du rayonnement infrarouge

c) infrarouges courts Produire des infrarouges courts nécessite de faire travailler l'émetteur à des températures très élevées. Cette contrainte conduit pour fabriquer les émetteurs à utiliser des technologies du même type que pour les produits d'éclairage. Ils sont constitués par des lampes ou des tubes sous atmosphère neutre contenant un filament de tungstène porté à une température comprise entre 1 500 et 2 500°C. Ils sont caractérisés par une très faible inertie (de l'ordre de la seconde) et par la possibilité de générer de très fortes densités de puissance (jusqu'à 400 kW.m-2 dans le cadre d'applications industrielles). Il s’agit principalement des chauffages pour terrasses.

d) infrarouges moyens et longs

La génération de l'infrarouge moyen ou long nécessite des températures plus basses d'émetteurs compatibles avec un fonctionnement à l'air libre des éléments résistifs. Les technologies de fabrication sont donc plus simples et plus variées que pour l'infrarouge court. Ces gammes de longueurs d'onde sont caractérisées par une offre très large de technologies d'émetteurs. On peut citer sans être totalement exhaustif : § les émetteurs utilisant des tubes de quartz ou de silice contenant un filament résistif porté à une température comprise entre 800 et 1 200°C.Les lampes infrarouges au bourrage d’oxyde de magnésium en sont l’illustration.

§ les résistances blindées constituées d'un tube d'inox porté entre 700 et 800°C par un élément résistif intérieur.

Type radiateurs infrarouges.

§ les émetteurs métalliques constitués de rubans résistifs fonctionnant à 1 000°C agrafés sur un support plan réfractaire. § les éléments résistifs noyés dans des substrats réfractaires fibreux ou massifs qui autorisent des températures maximales de 700 à 800°C. § les émetteurs infrarouges catalytiques électriques qui utilisent un matelas de fibres protégeant par son effet catalytique des résistances plissées. [i] La loi de Planck définit la distribution de luminance énergétique monochromatique du rayonnement thermique du corps noir en fonction de la température thermodynamique [ii] Source Ademe http://www.ademe.fr/entreprises/energie/procedes/ftech/FT-EnergRad.htm et la société Les habitats sur des documents de l’institut européen sur l’infrarouge de Seibersdorf Autriche.