2. Rayonnement thermique

Absorption et émission : Loi de Kirchhoff     (3/4)

Luminosité dans l'infrarouge

Sur l'image du four chaud, la couleur plus foncée des tasses au premier plan s'explique par leur température plus basse. La luminosité diminue apparemment avec la baisse de la température. Dans le même temps, on observe un changement de couleur : La chaleur rouge indique des températures plus basses que la chaleur blanche. Lorsque la température continue à baisser jusqu'à la température ambiante, les corps émettent encore des rayonnements qui se situent alors dans l'infrarouge (environ 10 μm). Cette partie du spectre est appelée infrarouge thermique.

L'atmosphère claire est partiellement transparente dans l'infrarouge thermique. Il est donc possible d'observer l'émission de la surface terrestre depuis un avion ou un satellite à l'aide d'une caméra infrarouge. Les régions plus lumineuses devraient avoir une température plus élevée que les régions plus sombres.

Image IR du centre de l'Italie Image RVB en couleurs réelles

Les différentes valeurs des nuances de gris dans l'image satellite infrarouge de la colonne de gauche résultent des différentes températures de la surface de la terre. Le degré d'émission des différents matériaux doit cependant être pris en compte pour déduire les températures des différents niveaux de gris.

Dans ce qui suit, nous indiquerons uniquement les températures en Kelvin, c'est-à-dire que nous utiliserons l'échelle de température absolue ou Kelvin. Le symbole de la température en Kelvin est $T$. Son unité 1 K (1 Kelvin) est exactement la même que 1°C. À la pression atmosphérique standard (1013 hPa), le point de congélation de l'eau se situe à 273,2 K ou 0°C, tandis que la température d'ébullition de l'eau est de 373,2 K ou 100°C. L'échelle Kelvin est donc décalée vers des valeurs supérieures de 273,2 degrés par rapport à l'échelle Celsius.

Degrés d'émission typiques des matériaux à température ambiante dans la gamme spectrale de 8 à 14 μm. Source: Lillesand et al., 2008.

Si le degré d'émission est inférieur à 1, la température déduite de la luminosité sera inférieure à la température réelle $T$ d'un objet mesurée par un thermomètre. On parle alors de température de rayonnement $T_{rad}$. La relation entre les deux températures est la suivante:

La relation ne peut être prouvée que dans les sections suivantes.

Pour une végétation saine ($\epsilon$≈0,98) à la température ambiante $T$≈293 K (20°C), la température de rayonnement ne fuit que de 1,5 degré. A partir d'un métal poli ($\epsilon$≈0,05) à la même température vraie, on trouve $T_{rad}$≈139 K, ce qui équivaut à -134°C.