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Image infrarouge moyen d'un petit chien en fausse couleur.

Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique de longueur d'onde supérieure à celle du spectre visible mais plus courte que celle des micro-ondes ou du domaine térahertz.

Cette gamme de longueurs d'onde dans le vide de 700 nm à 0,1 mm se divise en infrarouge proche, au sens de proche du spectre visible, de 700 à 2 000 nm environ, infrarouge moyen, qui s'étend jusqu'à 20 µm, et infrarouge lointain. Les limites de ces domaines peuvent varier quelque peu d'un auteur à l'autre.

De nombreuses applications en rapport avec la chaleur et avec l'analyse spectrographique des matériaux utilisent ou mesurent les rayonnements infrarouges.

Généralités |

L'infrarouge est une onde électromagnétique, dont le nom signifie « en dessous du rouge » (du latin infra : « plus bas »), car ce domaine prolonge le spectre visible du côté du rayonnement de fréquence la plus basse, qui apparaît de couleur rouge. La longueur d'onde des infrarouges est comprise entre le domaine visible (≈ 0,7 μm) et le domaine des micro-ondes (≈ 0,1 mm)^[1].

L'infrarouge est associé à la chaleur car, à température ambiante ordinaire, les objets émettent spontanément un rayonnement thermique dans le domaine infrarouge. La loi de Planck fournit un modèle de ce rayonnement pour le corps noir. La loi du déplacement de Wien donne la longueur d'onde du maximum d'émission du corps noir à la température absolue T (en kelvin) : 0,002898/T. À une température ambiante ordinaire, T aux environs de 300 K), le maximum d'émission se situe aux alentours de 10 μm. Les transferts thermiques se font aussi par conduction dans les solides et par convection dans les fluides.

Le spectre d'un rayonnement infrarouge n'est pas nécessairement celui du corps noir ; c'est le cas, par exemple, de celui des diodes électroluminescentes utilisées dans les télécommandes.

L'analyse scientifique et technique de ces rayonnements est dénommée spectroscopie infrarouge.

Histoire |

Le rayonnement infrarouge est perceptible par l'exposition de la peau à la chaleur émise par une source chaude dans le noir, mais le rapport avec le spectre visible n'est pas évident. William Herschel, un astronome anglais d'origine allemande, le montra en 1800 au moyen d'une expérience très simple : il plaça un thermomètre à mercure dans les rayons lumineux colorés issus d'un prisme de verre afin de mesurer la chaleur propre à chaque couleur. Le thermomètre indique que la chaleur reçue est la plus forte du côté rouge du spectre, y compris au-delà de la zone de lumière visible, là où il n'y a plus de lumière^[2]. Cette expérience montrait pour la première fois que la chaleur pouvait se transmettre par un rayonnement de même nature que la lumière visible. L'écossais John Leslie proposa le cube de Leslie, un dispositif destiné à calculer la valeur d'émissivité thermique de chaque matériau selon sa nature et sa géométrie.

Le terme infra-rouge ou infrarouge est attesté en 1867^[3] ; il vient d'abord souvent en qualificatif de rayonnement obscur ou de spectre lumineux.

En 1877 William de Wiveleslie Abney parvient à photographier le spectre infrarouge du soleil, ce qui lui permet d'étudier le spectre solaire et ses raies hors du domaine visible.

Bandes spectrales des radiations infrarouges |

L'infrarouge est subdivisé en IR proche (PIR ou IR-A ou NIR pour Near-IR en anglais), IR moyen (MIR ou IR-B ou MIR pour Mid-IR en anglais) et IR lointain (LIR ou IR-C ou FIR pour Far-IR en anglais). Les limites varient d'un domaine d'étude à l'autre. 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, de 3 à 5 µm et de 8 à 13 µm (Dic.Phys.).

Découpage ISO |

L'ISO 20473:2007 spécifie la division du rayonnement optique en bandes spectrales pour l'optique et la photonique, sauf pour les applications d'éclairage ou de télécommunication ou à la protection contre les risques de rayonnement optique dans les zones de travail^[4].

Découpage CIE |

La Commission internationale de l'éclairage (CIE) recommande dans le domaine de la photobiologie et de la photochimie le découpage du domaine infra-rouge en trois domaines^[5].

Découpage utilisé en astronomie |

Les astronomes divisent habituellement le spectre infrarouge de la façon suivante^[6] :

Ces découpages ne sont pas précis et varient selon les publications. Les trois régions sont utilisées pour l'observation dans des domaines de température différents, et donc des environnements différents dans l'espace.

Le système photométrique le plus utilisé en astronomie attribue des lettres capitales aux différentes bandes spectrales en fonction du filtre utilisé : I, J, H et K couvrent les longueurs d'onde du proche infrarouge ; L, M, N et Q celles de l'infrarouge moyen. Ces lettres font référence aux fenêtres atmosphériques et apparaissent, par exemple, dans les titres de nombreux articles.

Utilisations |

Chauffage |

Chauffage à infrarouge lointain (IRL).

Les lampes à émission infrarouge sont utilisées dans la vie quotidienne, notamment dans les plaques de cuisson en vitrocéramique^[7]. Les secteurs de l'automobile, l'agroalimentaire, les textiles, la plasturgie, le formatage des matières, les soins du corps, etc. utilisent des applications de chauffage de par émission d'infrarouge.

Vision nocturne |

Caméra infrarouge de marque FLIR (Forward Looking Infrared Radar), montée sur un hélicoptère UH-1 Huey^[8]

Les équipements de vision de nuit utilisent les infrarouges lorsque la quantité de lumière visible est trop faible pour voir les objets. Le rayonnement est détecté, puis amplifié pour l'afficher sur un écran : les objets les plus chauds semblant être les plus lumineux. Dans certains cas un projecteur d'infrarouge associé au système de vision, permet de visualiser des objets sans chaleur intrinsèque, par réflexion, cette lumière étant émise hors du spectre visible, elle est donc invisible à l’œil nu (actuellement ce sont souvent des spots LED qui sont utilisés).

Thermographie infrarouge |

Thermographie de rue ^[9]

Il faut également ajouter comme utilisation, en plus de la vision de nuit, tout le domaine de la thermographie infrarouge permettant de voir et de mesurer à distance et sans contact la température d'objets cibles.

Photographie infrarouge |

Des photographies argentiques et numériques, en couleur ou en noir et blanc, peuvent être faites sur les longueurs d'onde correspondant à l'infrarouge proche (de 780 nm à 900 nm). Ces photographies ont un intérêt artistique car elles montrent des scènes à l'ambiance étrange, et un intérêt biologique car elles permettent entre autres de repérer l'activité chlorophyllienne^[10].

Réflectographie infrarouge |

La réflectographie infrarouge est une méthode d'investigation basée sur la lumière infrarouge et permettant de visualiser des couches de carbone cachées par des pigments de peinture. Typiquement, elle permet en peinture d'étudier les dessins préparatoires de peintures sur toiles et des repentirs qui sont cachés par la peinture finale.

Guidage |

Les infrarouges sont également utilisés dans le domaine militaire pour le guidage des missiles air-air ou sol-air : un détecteur infrarouge guide alors le missile vers la source de chaleur que constitue le (ou les) réacteur de l'avion cible. De tels missiles peuvent être évités par des manœuvres spéciales (alignement avec le Soleil) ou par l'utilisation de leurres thermiques.

Contre-mesure anti-missiles |

Brouilleur de récepteur infrarouge, posé sur un avion militaire, ici un OV-10 Bronco.

Il existe également des brouilleurs pour contrer les détecteurs infrarouges des missiles que l'on pose directement sur la carlingue. Ils servent à émettre une grande quantité de rayonnement infrarouge modulé de façon à diminuer les performances des missiles lancés sur leur cible.

Détecteurs d'intrusion |

Détecteur de présence à infrarouge

Certains capteurs de proximité (associés aux systèmes de détection d'intrusion) appelés IRP (pour Infra Rouge Passif), utilisent le rayonnement en infrarouge émis par l'ensemble des objets du local surveillé (y compris les murs). La pénétration d'un individu provoque une modification du rayonnement. Lorsque cette modification est constatée sur plusieurs faisceaux (découpage du rayonnement total de la pièce par une lentille de Fresnel), un contact électrique envoie une information d'alarme à la centrale.

Communication |

Télécommande à infrarouge

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Une utilisation plus commune des rayonnements infrarouges est leur usage 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. 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 IrDA. Ils sont très utilisés dans le domaine de la robotique ou dans les appareils nécessitant des transmissions de données à courte distance avec peu ou pas d'obstacles. Certaines étiquettes numériques industrielles utilisent aussi la technologie infrarouge pour transmettre les données de manière cryptée entre le transmetteur et l'étiquette.

Des systèmes de diffusion sonore, soit pour l'audiovisuel domestique, soit pour la diffusion de l'interprétation de conférence, utilisent des infrarouges, soit en analogique avec une fréquence porteuse modulée, soit en numérique. Leur usage limite par principe la diffusion au local où se trouvent les radiateurs infrarouge, facilitant la confidentialité et évitant les interférences.

Spectroscopie |

La spectroscopie infrarouge est une des méthodes utilisées pour l'identification des molécules organiques et inorganiques à partir de leurs propriétés vibrationnelles (en complément d'autres méthodes, 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 suffit par conséquent à déterminer les principales fonctions chimiques présentes dans l'échantillon.

Le proche infrarouge peut être utilisé pour déterminer la teneur en lipides d'aliments ou d'animaux vivants (ex : saumon atlantique d'élevage vivant) par une technique non destructive ^[11].

L'infrarouge moyen contient des transitions entre les états de vibration de nombreuses molécules (Dic.Phys).

Astronomie |

L'astronomie infrarouge est en pratique impossible depuis la surface de la Terre car l'atmosphère terrestre intercepte les émissions lumineuses dans ces longueurs d'onde. Aussi les principaux observatoires infrarouge sont des télescopes spatiaux :

• 
  IRAS (1983, NASA, Royaume-Uni, Pays-Bas),


• 
  ISO (1995 ; ESA)


• 
  Wire (1999 ; États-Unis, échec au lancement),


• 
  Spitzer (2003 ; ex-SIRTF, États-Unis)


• 
  Akari/ASTRO-F (2006) ; Japon


• 
  Herschel (2009 ; ESA).


• 
  JWST (2019).

Banque |

Billet de 10 euros, vu en lumière visible à gauche et en infrarouges à droite.

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

Laser infrarouge |

Les lasers infrarouges peuvent être utilisés pour la gravure, la soudure ou la découpe de matériaux.
On peut aussi les utiliser sous formes de télémètres laser avec statique pour mesurer une distance mais aussi dynamique, en rotations rapides sous formes de Lidars, afin de mesurer l'ensemble des distances autour de lui dans un plan, par exemple pour des véhicules autonomes.

On les trouve aussi sous formes de diodes dans les anciens lecteurs et graveurs optiques de CD. Mais cette technologie limite grandement la capacité de stockage de donnée et est aujourd'hui délaissée au profit de diodes bleu-violet (lecteur et disque Blu-ray).

Notes et références |

Voir aussi |

Articles connexes |

• Thermomètre infrarouge


• Spectroscopie


• Capteur de proximité

v · m Spectre électromagnétique
.mw-parser-output .sep-liste{font-weight:bold} Rayons gamma · Rayons X · Ultraviolet · Visible · Infrarouge · Térahertz · Micro-ondes · Ondes radio ← Hautes fréquences          Basses fréquences → ← Faibles longueurs d'onde          Grandes longueurs d'onde →
Ultraviolets	UV-A · UV-B · UV-C Bande U
Lumière visible	Violet · Bleu · Vert · Jaune · Orange · Rouge Bande B · Bande V · Bande R
Infrarouges	Infrarouge proche · Infrarouge moyen · Infrarouge lointain Bande I · Bande Y · Bande J · Bande H · Bande K · Bande L · Bande M · Bande N · Bande Q
Micro-ondes	Bande W · Bande V · Bande U · Bande Q · Bande Ka · Bande K · Bande Ku · Bande X · Bande C · Bande S · Bande L
Ondes radios	ELF · SLF · ULF · VLF · LF · MF · HF · VHF · UHF · SHF · EHF Bande I · Bande V
Longueur d'onde	Basse fréquence · Moyenne fréquence · Haute fréquence/Onde courte
Spectre électromagnétique en détail   Fréquence Longueur d’onde 9 kHz 33 km   1 GHz 30 cm   300 GHz 1 mm   3 THz 100 µm   405 THz 745 nm   480 THz 625 nm   508 THz 590 nm   530 THz 565 nm   577 THz 520 nm   612 THz 490 nm   690 THz 435 nm   750 THz 400 nm   30 PHz 10 nm   30 EHz 5 pm   Bande   ondes radio micro-ondes térahertz infrarouge rouge orange jaune vert cyan bleu violet ultraviolet rayons X rayons γ rayonnements pénétrants lumière visible rayonnements ionisants
Spectre électromagnétique : Radioélectricité · Spectre radiofréquence · Bandes VHF-UHF · Spectre micro-ondes

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