Qu'est-ce que c'est l'infrarouge ?

L'infrarouge est situé juste après le rouge qui est la dernière couleur de la lumière visible dans le spectre électromagnétique. La propriété principale de l'infrarouge, invisible à l'oeil nu, est de véhiculer la chaleur : c'est le rayonnement thermique.

La lumière infrarouge s'étend entre 700 nm et 1 mm, et est la signature des corps ayant une température entre -270°C et 1500°C. Ceux-ci rayonnent de l'énergie avec un pic d'intensité correspondant à leur température. Ainsi le corps humain à 37°C, la Terre à 20°C, le sable chaud de la plage et un mur de maison vont rayonner principalement dans l'infrarouge. C'est pour cela qu'on utilise des caméras infrarouges pour "voir" une silhouette dans la nuit noire. La lumière du Soleil avec 6000 °C à sa surface rayonne principalement dans le spectre de lumière visible, avec un pic dans le jaune.

Quatre types  d'infrarouge :

- le proche infrarouge : vient juste après le rouge. Ce qui est mesuré dans le proche infrarouge correspond au rayonnement solaire réfléchi par la surface terrestre. Ce type d'infrarouge est utilisé pour la transmission d'informations par fibres optiques ou bien encore par les radiateurs destinés au chauffage ou au séchage.

- l'infrarouge moyen : il permet de façon générale d'étudier les teneurs en eau des surfaces. Il est très utilisé en foresterie et en agriculture, notamment pour cartographier les couverts végétaux en état de stress hydrique.

- l'infrarouge thermique : c'est ce type de rayonnement qui a une origine thermique, et plus la température d'un corps est élevée, plus le rayonnement infrarouge ainsi émis est intense. Les matériaux optiques utilisables pour la détection de cette partie d'infrarouges sont le germanium, ou bien encore le séléniure de zinc.


- l'infrarouge lointain : n'est utilisé ni pour l'observation de la terre, ni pour l'étude de l'atmosphère, mais pour étudier la formation des galaxies et des étoiles. Les détecteurs, appelés bolomètres, utilisent cette gamme de longueurs d’onde pour mesurer l'intensité du rayonnement infrarouge émis par les corps célestes.


 

Découverte des infrarouges :

       - En 1800, Sir W. Hershel, connu pour ses travaux d'astronomie, et notamment la découverte d'Uranus, trouve ce type de rayonnement en voulant étudier la répartition de l'énergie dans le spectre électromagnétique de la lumière. En effet, en utilisant un thermomètre pour mesurer la chaleur émise par les rayons du soleil ayant traversé un prisme, il remarqua qu'en fonction de la couleur, la température n'était pas la même. Ainsi, plus on tendait vers le bleu, plus la température était basse, plus on tendait vers le  rouge, plus elle était élevée, et même après avoir dépassé le rouge visible, le thermomètre continuait à afficher des mesures croissantes... W. Hershel baptisa ces rayons : ultra-rouge.

       - En 1815, J. Von Fraunhofer baptisa rayon "A" la première raie du spectre visible  dans le rouge extrême à 759nm. La limite entre lumière visible et infrarouge était établie.

       - En 1881, Abney réalisa la première photographie directe des rayons infrarouges grâce à une émulsion spéciale au collodion contenant de l'argent colloïdal. Il rebaptisa également, et à juste titre, les ultra-rouge en infrarouge.


       - Dans les années 1950, Roberts Gordon fut l'un des premiers à mettre en places des tubes de gaz chauffant à infrarouge qui simulaient le rayonnement solaire. Aujourd'hui encore, cette technique de chauffage est l'une des plus économiques et l'une des plus confortables encore utilisées (chauffage rayonnant).

       - De nos jours, les chercheurs savent que nous recevons plus de 50% de l'énergie du Soleil à travers le spectre infrarouge. Cependant ils sont loin d'être arrivés à un niveau de recherche optimum, puisque les meilleurs capteurs infrarouges actuels sont près de 10 fois moins performants que ceux présents chez certains animaux.

Le corps noir :

Pour une température et une longueur d'onde données, il y a un maximum d'énergie rayonnée que tout corps ne peut dépasser. Si une surface atteint ce maximum, on l'appelle corps noir.

Les objets courants ne sont pas des corps noirs. Ils n'absorbent pas 100% de l'énergie incidente et sélectionnent les longueurs d'onde absorbées. Par conséquent, ils ne peuvent pas réemettre toute l'énergie incidente. Le rapport entre l'énergie émise et l'énergie incidente est appelé émissivité. Ce rapport dépend souvent de la longueur d'onde.

En théorie, un corps noir a une émissivité de 1.0 à toutes les températures et à toutes les longueurs d'onde.

Un corps noir peut être comparé à un radiateur idéal qui absorbe toute l'énergie incidente sur sa surface, quelles que soient la direction et la longueur d'onde. Il réemet ce rayonnement électromagnétique avec une efficacité de 100% selon la loi de Planck. Les courbes d'émission dépendent uniquement de la température du corps noir.

La loi de Wien donne la longueur d'onde (en micromètres) correspondant à la luminance spectrale maximale d'un corps noir à une température donnée T (en Kelvin) :

λmax = 2898 / T

Elle tient son nom de Wilhelm WIEN (1864-1928), physicien allemand connu pour ses travaux sur le rayonnement de la chaleur et qui reçût le prix Nobel de physique en 1911.

Grâce à cette loi, il est possible de déterminer la température d’un corps chaud en procédant à une analyse spectrale. Cette analyse se fait en analysant la répartition de l’énergie dans les différentes longueurs d’onde. Par le procédé inverse, on peut dresser une carte de la répartition de la température dans l’espace : la thermographie.
 
Les images produites par thermographie infrarouge sont généralement en noir et blanc : les zones chaudes sont en blanc, et les zones froides sont en noir.
L’image d’une caméra infrarouge est parfois interprétée pour la convertir en couleur. Cette couleur est fausse, et n’a aucune relation avec les vraies couleurs que l’on peut voir, ou avec les vraies longueurs d’onde du rayonnement. Chaque couleur correspond à une certaine gamme d’intensités de l’image en noir et blanc. Par exemple, les parties les plus brillantes peuvent être colorées en blanc, les températures intermédiaires peuvent être en rouge ou en jaune, et les parties les plus sombres en bleu. Une échelle est souvent affichée à côté des images pour faire le lien entre la couleur et la température.

Informations supplémentaires