📷 La caméra infrarouge : tout corps rayonne
Tu brilles ! Pas à l'œil nu, d'accord, mais pour une caméra thermique tu es une lampe vivante, comme le chat, le radiateur et la tasse de thé. Promène le viseur dans le salon, la cuisine ou devant une maison la nuit, et déjoue le piège de la théière en inox, qui ment à la caméra.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- À l'œil nu, on voit la lumière renvoyée par les objets ; à travers la caméra, on voit le rayonnement infrarouge qu'ils émettent eux-mêmes, traduit en fausses couleurs : plus c'est clair, plus c'est chaud.
- Tout corps rayonne, même froid. À 20 °C, le maximum d'émission est vers 10 µm, dans l'infrarouge : c'est pour cela que les caméras thermiques travaillent entre 8 et 14 µm, et qu'on ne voit pas les objets briller.
- Plus un corps est chaud, plus son maximum d'émission se décale vers les courtes longueurs d'onde (loi de Wien) : la résistance du grille-pain, à 850 °C, rougeoie, mais son maximum reste dans l'infrarouge (2,6 µm).
- La théière en inox contient du thé à 80 °C mais paraît presque froide : le métal brillant a une faible émissivité, il rayonne peu et renvoie surtout le rayonnement de la pièce.
- Dehors, la nuit, la caméra révèle les fuites de chaleur : fenêtre en simple vitrage, coin de toit mal isolé, mur devant un radiateur, capot d'une voiture qui vient de rouler… et un ciel clair glacial.
Expériences à faire
- Quel est l'objet le plus chaud du salon ? Et le plus froid ? Vérifie avec le viseur.
- Pourquoi le visage est-il plus clair que le pull, à travers la caméra ?
- À quelle température faut-il chauffer ton objet pour qu'il commence à rougeoyer ? Son maximum d'émission est-il alors dans le visible ?
- Que devient la mesure de la théière si tu règles l'émissivité de la caméra à 0,15 ? Pourquoi ?
- Devant la maison, la nuit, quelle fenêtre laisse le plus fuir la chaleur ? Où se cache le radiateur ?
La physique derrière l'animation
- Tout corps rayonne des ondes électromagnétiques à cause de l'agitation de ses particules. Un corps noir (absorbeur parfait) à la température T émet un spectre continu qui ne dépend que de T (loi de Planck).
- Loi de Wien : la longueur d'onde du maximum d'émission vérifie λmax × T = 2,898 × 10⁻³ m·K (T en kelvins, T = θ + 273,15). Corps humain (310 K) : 9,3 µm ; résistance à 1 120 K : 2,6 µm ; Soleil (5 772 K) : 0,50 µm, dans le visible.
- Loi de Stefan-Boltzmann : puissance rayonnée par unité de surface M = ε × σ × T⁴, avec σ = 5,67 × 10⁻⁸ W·m⁻²·K⁻⁴ et ε l'émissivité (0,98 pour la peau, ≈ 0,9 pour la peinture, le bois, le verre, 0,05 à 0,2 pour les métaux brillants).
- Une caméra thermique mesure le rayonnement reçu (émis par l'objet plus le reflet de l'environnement) et en déduit une température en supposant une émissivité εcam. Si l'objet a une émissivité plus faible, elle affiche une température trop basse. Modèle simplifié : la caméra est supposée sensible à tout le rayonnement (loi de Stefan).
- Un objet ne rougeoie qu'au-delà d'environ 525 °C, quand une petite partie de son rayonnement atteint le rouge ; son maximum n'entre dans le visible qu'au-delà d'environ 3 400 °C. Les températures des objets de la scène sont des valeurs typiques.
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