Infrarouge - Définition et Explications

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Introduction

Image infrarouge de longueur d'onde moyenne d'un petit chien en fausse couleur.

Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) supérieure à celle de la lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre...) mais plus courte que celle des micro-ondes.

Définition

Le nom signifie « en deçà du rouge » (du latin infra : « plus bas »), car l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...) est une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) électromagnétique de fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) inférieure à celle de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...) (et donc de longueur d'onde supérieure à celle du rouge qui va de 500 à 780 nm). La longueur d'onde de l'infrarouge est comprise entre 780 nm et 1 000 000 nm (ou encore entre 0,78 μm à 1 000 μm).

L'infrarouge est subdivisé en IR proche (PIR : de 0,78 μm à 1,4 μm), IR moyen (MIR : de 1,4 à 3 μm) et IR lointain (de 3 μm à 1 000 μm). Cette classification n'est cependant pas universelle : les frontières varient d'un domaine de compétence à l'autre sans que l'on ne puisse donner raison à qui que ce soit. Le découpage peut être lié à la longueur d'onde (ou à la fréquence) des émetteurs, des récepteurs (détecteurs), ou encore aux bandes de transmission atmosphérique.

L'infrarouge est associé à la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) car, à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) ambiante ordinaire, les objets émettent spontanément des radiations dans le domaine infrarouge ; la relation est modélisée par la loi du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) du corps noir (En physique, un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend...) dite aussi loi de Planck (La loi de Planck définit la distribution de luminance énergétique monochromatique du...). La longueur d'onde du maximum d'émission d'un corps noir porté à une température absolue (L'absolue est un extrait obtenu à partir d’une concrète ou d’un...) T (en kelvin) est donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) par la relation 2 898/T connue sous le nom de loi du déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) de Wien. Cela signifie qu'à température ambiante ordinaire (T aux environs de 300 K), le maximum d'émission se situe aux alentours de 10 μm, la plage (La Plage est un film anglo-américain réalisé par Danny Boyle en 2000 et adapté...) concernée étant 8-13 μm. Placé à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) terrestre, un télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) observant dans cette gamme de longueur d'onde serait donc aveuglé par le fond thermique (Un corps porté à une certaine température réémet un rayonnement dit de corps noir, dont le...) émis par les objets environnants, c'est pourquoi on envoie les télescopes infrarouges dans l'espace.
Cette association entre l'infrarouge et la chaleur n'est cependant due qu'à la gamme de température observée à la surface de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...). Il est parfaitement possible de générer un rayonnement infrarouge qui ne soit pas thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...), c'est-à-dire dont le spectre ne soit pas celui du corps noir ; par exemple, les diodes électroluminescentes utilisées dans les télécommandes « n'émettent pas de chaleur ».

Utilisations

Chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un...)

Les lampes à capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) infrarouges sont utilisées dans des domaines de la production quotidienne. Les secteurs de l'automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...), l'agroalimentaire, les textiles, la plasturgie, le formatage des matières, les soins du corps etc. sont concernés par des applications de chauffage de matières. Ces techniques de chaleur particulières et innovatrices permettent un gain de productivité et une économie du coût de production qui se caractérise en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) gagné et en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) dépensée.

Vision nocturne

Caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil...) infrarouge de marque FLIR (Forward Looking Infrared Radar), montée sur un hélicoptère (Un hélicoptère est un aéronef à voilure tournante dont le ou les rotors...) UH-1 Huey (Le Bell UH-1 Iroquois, surnommé « Huey », est un hélicoptère américain, dont le prototype...)

Les infrarouges sont utilisés dans les équipements de vision de nuit, quand la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de lumière est tellement faible, qu'on ne peut même pas l'amplifier suffisamment, pour voir les objets. Le rayonnement est détecté puis affiché sur un écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent...), les objets les plus chauds devenant aussi les plus lumineux. Il faut également ajouter comme utilisation, en plus de la vision de nuit, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) le domaine de la thermographie (L'AFNOR définit la thermographie comme la « technique permettant d'obtenir, au moyen d'un...) infrarouge permettant de voir et de mesurer à distance et sans contact la température d'objets cibles. Dans certains cas un projecteur (Le mot projecteur peut désigner les instruments d'optique suivants :) d'infrarouge associé au système de vision, permet de visualiser des objets sans chaleur intrinsèque, par réflexion.

Photographie infrarouge

Des photographies argentiques et numériques, en couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes...) ou en noir et blanc (Le noir et blanc sont considérés ou non comme des couleurs selon la discipline qui en...), peuvent être faites sur les longueurs d'ondes correspondant à l'infrarouge proche (de 780 nm à 900nm). Ces photographies ont un intérêt artistiques car elles montrent des scènes à l'ambiance étrange, et un intérêt biologique car elles permettent entre autres de repèrer l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) chlorophylienne.

Guidage

Détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change...) d'émetteurs d'infrarouge, le plus souvent un missile (Un missile est un projectile autopropulsé et guidé, constitué de :) à guidage de ce type, posé sur un avion militaire (Un avion militaire est un avion utilisé par une armée, soit en tant que moyen offensif ou...), ici un OV-10 Bronco

Les infrarouges sont également utilisés dans le domaine militaire pour le guidage des missiles air-air ou anti-aériens : un détecteur infrarouge guide alors le missile vers la source de chaleur que constitue le (ou les) réacteur (Un réacteur peut désigner :) de l'avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale...) cible. De tels missiles peuvent être évités par des manœuvres spéciales (alignement avec le Soleil) ou par l'utilisation de leurres thermiques. Il existe également des détecteurs d'émetteurs de ce type de fréquences infrarouge que l'on pose directement sur la carlingue ( La carlingue est la pièce longitudinale de renforcement placée au fond d’un navire. ...).

Détecteurs d'intrusion

Détecteur de mouvements à infrarouge

Certains détecteurs de mouvements (associés aux systèmes de détection d'intrusion) appelés IRP (pour Infra Rouge Passif), utilisent le rayonnement en infra rouge émis par l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des objets du local surveillé (y compris les murs). La pénétration d'un individu (Le Wiktionnaire est un projet de dictionnaire libre et gratuit similaire à Wikipédia (tous deux...) provoque une modification du rayonnement. Lorsque cette modification est constatée sur plusieurs faisceaux (découpage du rayonnement total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) de la pièce par une lentille de Fresnel), un contact électrique envoie une information d'alarme à la centrale.

Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...)

télécommande (Les télécommandes sont des dispositifs, généralement de taille réduite, servant à en...) à infrarouge

Une utilisation plus commune est leur usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) dans les commandes à distance (télécommandes), où ils sont préférés aux ondes radio, car ils n'interfèrent pas avec les autres signaux électromagnétiques comme les signaux de télévision (La télévision est la transmission, par câble ou par ondes radioélectriques, d'images ou de...). Dans ce domaine, il existe plusieurs codages des informations (RC5 pour Philips, SIRCS pour Sony, etc.). Les infrarouges sont aussi utilisés pour la communication à courte distance entre les ordinateurs et leurs périphériques. Les appareils utilisant ce type de communication sont généralement conformes aux standards publiés par l'Infrared Data Association (IrDA).

La lumière utilisée dans les fibres optiques est généralement de l'infrarouge. Pour cette application, on exploite les longueurs d'onde où l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) propre du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) constituant la fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se...) est minimale : 1,3 µm et 1,55 µm.

Ils sont très utilisés dans le domaine de la robotique ou dans les appareils nécessitant des transmissions de données à courte distance sans obstacle.

Spectroscopie

En outre, la spectroscopie infrarouge (La spectroscopie infrarouge (parfois désignée comme spectroscopie IR) est une classe de...) est une des méthodes utilisées pour l'identification des molécules organiques et inorganiques à partir de leurs propriétés vibrationnelles (les méthodes principales restent la RMN et la spectrométrie de masse). En effet, le rayonnement infrarouge excite des modes de vibration (déformation, élongation) spécifiques de liaisons chimiques. La comparaison entre rayonnement incident et transmis à travers l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...) suffit par conséquent à déterminer les principales fonctions chimiques présentes dans l'échantillon.

Le proche infra-rouge peut être utilisé pour déterminer la teneur en lipides d'aliments ou d'animaux vivants (ex : saumon (Le terme saumon est un nom vernaculaire ambigu désignant en français plusieurs...) atlantique d'élevage vivant) par une technique non-destructive.

L'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer...) infrarouge est difficile à cause de l'atmosphère terrestre (L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide. L'air sec se compose...). C'est pour cela que les astronomes envoient des satellites (Satellite peut faire référence à :) infrarouge : IRAS (1983 ; NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de...), Royaume-Uni, Pays-Bas), ISO (1995 ; ESA), Wire (1999 ; USA, échec au lancement), Spitzer (2003 ; ex-SIRTF, USA), ASTRO-F (2006 ; Japon) et Herschel (2009  ; ESA).

Banque

billet de 10 euros à l'infrarouge (à gauche)

Aujourd'hui, les rayons infrarouges sont aussi utilisés pour le contrôle d'authenticité de billets de banque. De cette manière, ils se prêtent particulièrement pour la détection de faux billets.

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