I. Le rayonnement thermique
1) Description
Tout corps produit un rayonnement thermique. Ce rayonnement est d’autant plus intense que la température du corps est élevée.
À température ambiante, ce rayonnement reste invisible à nos yeux car il est constitué de longueurs d’onde plus grandes que les longueurs d’onde visibles : il s’agit d’un rayonnement infrarouge, qui ne peut être observé qu’avec des caméras spéciales.
À température élevée, le rayonnement devient visible : c’est pourquoi le soleil brille, le filament d’une lampe éclaire, etc.
2) Le rayonnement infrarouge
Certains matériaux (transparents) absorbent les infrarouges alors que d’autres les réfléchissent.
Un matériau peut être transparent au visible et opaque à l’IR, c’est-à-dire qu’il laisse passer la lumière visible mais pas le rayonnement IR : on parle de matériau « effet de serre ».
À l’inverse, un matériau peut être opaque au visible et transparent à l’IR : on parle de matériau « anti-effet de serre ».
II. La caméra thermique
1) Principe
Le principe d’une caméra thermique est de mesurer et d’enregistrer les différentes ondes de chaleur, dont les rayonnements infrarouges, émis par un corps ou un objet. Elle reproduit ensuite une image représentant l’intensité du rayonnement, ce qui permet d’évaluer la température.
Capable de détecter les corps chauds comme les corps froids, elle applique à chaque température une couleur : les températures froides sont dans des teintes de bleu, et les températures chaudes, dans des teintes de rouge.
2) Applications
La caméra thermique permet d’effectuer le diagnostic thermique d’une maison, en repérant les pertes de chaleur, les zones rouges, qui vont nécessiter des travaux d’isolation. À l’inverse, si une fenêtre est mal isolée, des nuances de bleu vont indiquer les flux d’airs froids qui induisent une déperdition de chaleur.
Dans l’industrie, la recherche et le développement, elle permet la détection des anomalies : surchauffe dans un circuit électrique ou un moteur, problème avec le circuit de refroidissement, etc.
Dans le bâtiment, elle permet de vérifier les températures des canalisations dans les murs et au sol, de contrôler les installations de chauffage comme les planchers chauffants, et de s’assurer qu’il n’y a pas de surchauffe sur une armoire électrique par exemple.
Dans la lutte contre les incendies, elle permet de détecter la présence d’un feu couvrant.
III. L'effet de serre et les gaz à effet de serre
1) L’effet de serre
En matière de climat, l’effet de serre est un phénomène naturel qui contribue au niveau de température moyen à la surface d’une planète dotée d’une atmosphère.
Sur Terre, 30 % du rayonnement solaire sont directement renvoyés vers l’espace sous l’effet de la réverbération, environ 20 % sont absorbés par l’atmosphère et un peu plus de 50 % par la croûte terrestre et les océans.
La chaleur emmagasinée est ensuite restituée vers l’atmosphère par convection, sous forme de rayonnement infrarouge.
Une partie de ce rayonnement infrarouge repart vers l’espace, et une autre partie se voit piégée par les gaz à effet de serre (GES) présents dans l’atmosphère, puis à nouveau renvoyée vers la surface qu’elle réchauffe d’autant, à un niveau variable selon la concentration de GES.
2) Les gaz à effet de serre
Certains gaz sont transparents aux rayonnements visibles et invisibles (UV et IR), d’autres sont opaques aux rayonnements UV et IR. Cette différence explique que des rayonnements repartent vers la Terre et contribuent au réchauffement.
Les principaux gaz à effet de serre sont la vapeur d’eau (H2O), le méthane (CH4), le dioxyde de carbone (CO2), le protoxyde d’azote (N2O), l’ozone (O3), les gaz fluorés (F).
La déforestation et la pollution générée par l’industrie sont les principales causes de l’augmentation de l’effet de serre :
- le CO2 provient de la combustion d’énergie fossile, des procédés industriels et de la déforestation tropicale ;
- le CH4 est émis par les décharges, l’agriculture, l’élevage, les procédés industriels et le chauffage.