Infrarouge
Vision nocturneModification
L’infrarouge est utilisé dans les équipements de vision nocturne lorsque la lumière visible est insuffisante pour voir. Les appareils de vision nocturne fonctionnent grâce à un processus impliquant la conversion des photons de la lumière ambiante en électrons qui sont ensuite amplifiés par un processus chimique et électrique, puis reconvertis en lumière visible. Les sources de lumière infrarouge peuvent être utilisées pour augmenter la lumière ambiante disponible pour la conversion par les dispositifs de vision nocturne, augmentant ainsi la visibilité dans l’obscurité sans utiliser réellement une source de lumière visible.
L’utilisation de la lumière infrarouge et des dispositifs de vision nocturne ne doit pas être confondue avec l’imagerie thermique, qui crée des images basées sur les différences de température de surface en détectant le rayonnement infrarouge (chaleur) qui émane des objets et de leur environnement.
ThermographieEdit
Le rayonnement infrarouge peut être utilisé pour déterminer à distance la température d’objets (si l’émissivité est connue). On parle alors de thermographie, ou dans le cas d’objets très chauds dans le NIR ou le visible, de pyrométrie. La thermographie (imagerie thermique) est principalement utilisée dans des applications militaires et industrielles, mais la technologie atteint le marché public sous la forme de caméras infrarouges sur les voitures en raison de coûts de production considérablement réduits.
Les caméras thermographiques détectent le rayonnement dans la gamme infrarouge du spectre électromagnétique (environ 9 000-14 000 nanomètres ou 9-14 μm) et produisent des images de ce rayonnement. Le rayonnement infrarouge étant émis par tous les objets en fonction de leur température, selon la loi du rayonnement du corps noir, la thermographie permet de « voir » son environnement avec ou sans éclairage visible. La quantité de rayonnement émise par un objet augmente avec la température, la thermographie permet donc de voir les variations de température (d’où son nom).
Imagerie hyperspectraleModifier
Une image hyperspectrale est une « image » contenant un spectre continu à travers une large gamme spectrale à chaque pixel. L’imagerie hyperspectrale gagne en importance dans le domaine de la spectroscopie appliquée, notamment avec les régions spectrales NIR, SWIR, MWIR et LWIR. Les applications typiques comprennent les mesures biologiques, minéralogiques, de défense et industrielles.
L’imagerie hyperspectrale infrarouge thermique peut être réalisée de manière similaire à l’aide d’une caméra thermographique, avec la différence fondamentale que chaque pixel contient un spectre LWIR complet. Par conséquent, l’identification chimique de l’objet peut être effectuée sans avoir besoin d’une source de lumière externe telle que le soleil ou la lune. De telles caméras sont généralement appliquées pour les mesures géologiques, la surveillance extérieure et les applications de drones.
Autre imagerieEdit
En photographie infrarouge, des filtres infrarouges sont utilisés pour capturer le spectre proche infrarouge. Les appareils photo numériques utilisent souvent des bloqueurs d’infrarouge. Les appareils photo numériques et les téléphones portables moins chers ont des filtres moins efficaces et peuvent « voir » le proche infrarouge intense, apparaissant comme une couleur blanche violette brillante. Ce phénomène est particulièrement prononcé lorsque l’on prend des photos de sujets situés près de zones à infrarouge intense (comme près d’une lampe), où les interférences infrarouges qui en résultent peuvent délaver l’image. Il existe également une technique d’imagerie appelée « rayons T », qui utilise le rayonnement infrarouge lointain ou térahertz. L’absence de sources lumineuses peut rendre la photographie térahertz plus difficile que la plupart des autres techniques d’imagerie infrarouge. Récemment, l’imagerie par rayons T a suscité un intérêt considérable en raison d’un certain nombre de nouveaux développements tels que la spectroscopie térahertz à domaine temporel.
TraçageEdit
La recherche infrarouge, également appelée homing infrarouge, désigne un système de guidage passif de missiles, qui utilise l’émission par une cible d’un rayonnement électromagnétique dans la partie infrarouge du spectre pour la suivre. Les missiles qui utilisent la détection infrarouge sont souvent appelés « détecteurs de chaleur », car l’infrarouge (IR) se situe juste en dessous du spectre visible de la lumière en termes de fréquence et est fortement rayonné par les corps chauds. De nombreux objets tels que les personnes, les moteurs de véhicules et les avions génèrent et conservent la chaleur et, à ce titre, sont particulièrement visibles dans les longueurs d’onde infrarouges de la lumière par rapport aux objets en arrière-plan.
ChauffageEdit
Le rayonnement infrarouge peut être utilisé comme une source de chauffage délibérée. Par exemple, il est utilisé dans les saunas infrarouges pour chauffer les occupants. Il peut également être utilisé dans d’autres applications de chauffage, par exemple pour enlever la glace sur les ailes des avions (dégivrage). Le rayonnement infrarouge est utilisé dans la cuisson, connue sous le nom de grillage ou de cuisson au four. Un avantage énergétique est que l’énergie IR ne chauffe que les objets opaques, tels que les aliments, plutôt que l’air qui les entoure.
Le chauffage infrarouge devient également plus populaire dans les processus de fabrication industrielle, par exemple le durcissement des revêtements, le formage des plastiques, le recuit, le soudage des plastiques et le séchage des imprimés. Dans ces applications, les réchauffeurs infrarouges remplacent les fours à convection et le chauffage par contact.
L’efficacité est obtenue en faisant correspondre la longueur d’onde du réchauffeur infrarouge aux caractéristiques d’absorption du matériau.
RefroidissementRédaction
Une variété de technologies ou de technologies proposées tirent parti des émissions infrarouges pour refroidir des bâtiments ou d’autres systèmes. La région LWIR (8-15 μm) est particulièrement utile car une partie du rayonnement à ces longueurs d’onde peut s’échapper dans l’espace à travers l’atmosphère.
CommunicationsEdit
La transmission de données par IR est également employée dans la communication à courte portée entre les périphériques d’ordinateurs et les assistants numériques personnels. Ces appareils se conforment généralement aux normes publiées par IrDA, l’association des données infrarouges. Les télécommandes et les dispositifs IrDA utilisent des diodes électroluminescentes (DEL) infrarouges pour émettre un rayonnement infrarouge qui peut être concentré par une lentille en un faisceau que l’utilisateur dirige vers le détecteur. Le faisceau est modulé, c’est-à-dire allumé et éteint, selon un code que le récepteur interprète. Pour des raisons pratiques, on utilise généralement l’infrarouge très proche (moins de 800 nm). Cette longueur d’onde est efficacement détectée par des photodiodes en silicium peu coûteuses, que le récepteur utilise pour convertir le rayonnement détecté en un courant électrique. Ce signal électrique passe par un filtre passe-haut qui retient les pulsations rapides dues à l’émetteur IR mais filtre le rayonnement infrarouge à variation lente provenant de la lumière ambiante. Les communications infrarouges sont utiles pour une utilisation en intérieur dans les zones à forte densité de population. L’infrarouge ne traverse pas les murs et n’interfère donc pas avec d’autres appareils dans des pièces adjacentes. L’infrarouge est le moyen le plus courant pour les télécommandes de commander les appareils.Les protocoles de télécommande infrarouge comme RC-5, SIRC, sont utilisés pour communiquer avec l’infrarouge.
La communication optique en espace libre utilisant des lasers infrarouges peut être un moyen relativement peu coûteux d’installer un lien de communication dans une zone urbaine fonctionnant jusqu’à 4 gigabits/s, par rapport au coût de l’enfouissement d’un câble à fibre optique, sauf pour les dommages causés par les rayonnements. « Puisque l’œil ne peut pas détecter les IR, cligner des yeux ou les fermer pour aider à prévenir ou à réduire les dommages peut ne pas se produire. »
Les lasers infrarouges sont utilisés pour fournir la lumière pour les systèmes de communication par fibre optique. La lumière infrarouge avec une longueur d’onde autour de 1 330 nm (moins de dispersion) ou 1 550 nm (meilleure transmission) sont les meilleurs choix pour les fibres de silice standard.
La transmission de données IR de versions audio codées de panneaux imprimés fait l’objet de recherches comme aide pour les personnes malvoyantes dans le cadre du projet RIAS (Remote Infrared Audible Signage).La transmission de données IR d’un dispositif à un autre est parfois appelée » beaming « .
SpectroscopieEdit
La spectroscopie vibrationnelle infrarouge (voir aussi spectroscopie dans le proche infrarouge) est une technique qui peut être utilisée pour identifier des molécules par l’analyse de leurs liaisons constitutives. Chaque liaison chimique d’une molécule vibre à une fréquence caractéristique de cette liaison. Un groupe d’atomes dans une molécule (par exemple, CH2) peut avoir plusieurs modes d’oscillation causés par les mouvements d’étirement et de flexion du groupe dans son ensemble. Si une oscillation entraîne un changement de dipôle dans la molécule, celle-ci absorbera un photon ayant la même fréquence. Les fréquences vibratoires de la plupart des molécules correspondent aux fréquences de la lumière infrarouge. En général, cette technique est utilisée pour étudier les composés organiques en utilisant le rayonnement lumineux de l’infrarouge moyen, 4 000-400 cm-1. Un spectre de toutes les fréquences d’absorption dans un échantillon est enregistré. Il peut être utilisé pour obtenir des informations sur la composition de l’échantillon en termes de groupes chimiques présents et aussi sur sa pureté (par exemple, un échantillon humide montrera une large absorption O-H autour de 3200 cm-1). L’unité d’expression du rayonnement dans cette application, le cm-1, est le nombre d’onde spectroscopique. Il s’agit de la fréquence divisée par la vitesse de la lumière dans le vide.
Métrologie des couches mincesEdit
Dans l’industrie des semi-conducteurs, la lumière infrarouge peut être utilisée pour caractériser des matériaux tels que les couches minces et les structures de tranchées périodiques. En mesurant la réflectance de la lumière sur la surface d’une tranche de semi-conducteur, l’indice de réfraction (n) et le coefficient d’extinction (k) peuvent être déterminés via les équations de dispersion de Forouhi-Bloomer. La réflectance de la lumière infrarouge peut également être utilisée pour déterminer la dimension critique, la profondeur et l’angle de paroi latérale des structures de tranchées à haut rapport d’aspect.
MétéorologieEdit
Les satellites météorologiques équipés de radiomètres à balayage produisent des images thermiques ou infrarouges, qui peuvent ensuite permettre à un analyste entraîné de déterminer la hauteur et le type de nuages, de calculer les températures des terres et des eaux de surface, et de localiser les caractéristiques de la surface des océans. Le balayage se situe généralement dans la plage 10,3-12,5 μm (canaux IR4 et IR5).
Les nuages dont le sommet est haut et froid, comme les cyclones ou les cumulonimbus, apparaissent en rouge ou en noir, les nuages plus bas et plus chauds, comme les stratus ou les stratocumulus, apparaissent en bleu ou en gris, les nuages intermédiaires étant ombrés en conséquence. Les surfaces terrestres chaudes apparaissent en gris foncé ou en noir. L’un des inconvénients de l’imagerie infrarouge est que les nuages bas, comme les stratus ou le brouillard, peuvent avoir une température similaire à celle de la surface terrestre ou maritime environnante et ne sont pas visibles. Cependant, en utilisant la différence de luminosité du canal IR4 (10,3-11,5 μm) et du canal proche infrarouge (1,58-1,64 μm), les nuages bas peuvent être distingués, produisant une image satellite de brouillard. Le principal avantage de l’infrarouge est que les images peuvent être produites la nuit, ce qui permet d’étudier une séquence continue de conditions météorologiques.
Ces images infrarouges peuvent représenter les tourbillons ou vortex océaniques et cartographier les courants tels que le Gulf Stream, qui sont précieux pour l’industrie du transport maritime. Les pêcheurs et les agriculteurs sont intéressés par la connaissance des températures de la terre et de l’eau pour protéger leurs cultures contre le gel ou augmenter leurs prises en mer. Même les phénomènes El Niño peuvent être repérés. Grâce à des techniques de numérisation des couleurs, les images thermiques à nuances de gris peuvent être converties en couleurs pour faciliter l’identification des informations souhaitées.
Le principal canal de vapeur d’eau à 6,40 à 7,08 μm peut être imagé par certains satellites météorologiques et indique la quantité d’humidité dans l’atmosphère.
ClimatologyEdit
Dans le domaine de la climatologie, le rayonnement infrarouge atmosphérique est surveillé pour détecter les tendances dans l’échange d’énergie entre la terre et l’atmosphère. Ces tendances fournissent des informations sur les changements à long terme du climat de la Terre. C’est l’un des principaux paramètres étudiés dans les recherches sur le réchauffement climatique, avec le rayonnement solaire.
Un pyrgeomètre est utilisé dans ce domaine de recherche pour effectuer des mesures continues en extérieur. Il s’agit d’un radiomètre infrarouge à large bande dont la sensibilité pour le rayonnement infrarouge est comprise entre environ 4,5 μm et 50 μm.
AstronomieEdit
Les astronomes observent les objets dans la partie infrarouge du spectre électromagnétique en utilisant des composants optiques, notamment des miroirs, des lentilles et des détecteurs numériques à semi-conducteurs. C’est pour cette raison qu’elle est classée dans l’astronomie optique. Pour former une image, les composants d’un télescope infrarouge doivent être soigneusement protégés des sources de chaleur, et les détecteurs sont refroidis à l’aide d’hélium liquide.
La sensibilité des télescopes infrarouges terrestres est considérablement limitée par la vapeur d’eau dans l’atmosphère, qui absorbe une partie du rayonnement infrarouge arrivant de l’espace en dehors de fenêtres atmosphériques sélectionnées. Cette limitation peut être partiellement atténuée en plaçant l’observatoire du télescope à une altitude élevée, ou en transportant le télescope en altitude avec un ballon ou un avion. Les télescopes spatiaux ne souffrent pas de ce handicap, et l’espace lointain est donc considéré comme l’endroit idéal pour l’astronomie infrarouge.
La partie infrarouge du spectre présente plusieurs avantages utiles pour les astronomes. Les nuages moléculaires froids et sombres de gaz et de poussière de notre galaxie brilleront de la chaleur rayonnée lorsqu’ils seront irradiés par des étoiles imbriquées. L’infrarouge peut également être utilisé pour détecter les proto-étoiles avant qu’elles ne commencent à émettre de la lumière visible. Les étoiles émettent une plus petite partie de leur énergie dans le spectre infrarouge, ce qui permet de détecter plus facilement les objets froids proches, comme les planètes. (Dans le spectre de la lumière visible, l’éblouissement de l’étoile noie la lumière réfléchie d’une planète.)
La lumière infrarouge est également utile pour observer les noyaux des galaxies actives, qui sont souvent enveloppés de gaz et de poussière. Les galaxies lointaines avec un redshift élevé auront la partie de pointe de leur spectre décalée vers des longueurs d’onde plus grandes, de sorte qu’elles sont plus facilement observables dans l’infrarouge.
Nettoyage infrarougeEdit
Le nettoyage infrarouge est une technique utilisée par certains scanners de films cinématographiques, scanners de films et scanners à plat pour réduire ou supprimer l’effet de la poussière et des rayures sur le scan fini. Elle fonctionne en collectant un canal infrarouge supplémentaire à partir du scan, à la même position et à la même résolution que les trois canaux de couleur visibles (rouge, vert et bleu). Le canal infrarouge, en combinaison avec les autres canaux, est utilisé pour détecter l’emplacement des rayures et de la poussière. Une fois localisés, ces défauts peuvent être corrigés par une mise à l’échelle ou remplacés par un inpainting.
Conservation et analyse de l’artModification
La réflectographie infrarouge peut être appliquée aux peintures pour révéler les couches sous-jacentes de manière nondestructive, en particulier le dessin sous-jacent de l’artiste ou le contour dessiné comme guide. Les conservateurs d’art utilisent cette technique pour examiner comment les couches de peinture visibles diffèrent du dessin sous-jacent ou des couches intermédiaires (ces altérations sont appelées pentimenti lorsqu’elles sont faites par l’artiste original). Ces informations sont très utiles pour déterminer si une peinture est la version originale de l’artiste ou une copie, et si elle a été altérée par des travaux de restauration trop enthousiastes. En général, plus il y a de pentimenti, plus il est probable qu’une peinture soit la version originale. Elle donne également des indications utiles sur les pratiques de travail. La réflectographie révèle souvent l’utilisation par l’artiste de noir de carbone, qui apparaît bien dans les réflectogrammes, tant qu’il n’a pas également été utilisé dans le sol sous-jacent à l’ensemble du tableau.
Les progrès récents dans la conception de caméras sensibles à l’infrarouge permettent de découvrir et de représenter non seulement les sous-peintures et les pentimenti, mais aussi des tableaux entiers qui ont été ultérieurement surpeints par l’artiste. Des exemples notables sont la Femme repassant et la Chambre bleue de Picasso, où dans les deux cas, le portrait d’un homme a été rendu visible sous le tableau tel qu’il est connu aujourd’hui.
Des utilisations similaires de l’infrarouge sont faites par les conservateurs et les scientifiques sur différents types d’objets, notamment des documents écrits très anciens comme les manuscrits de la mer Morte, les œuvres romaines de la Villa des papyrus et les textes de la route de la soie trouvés dans les grottes de Dunhuang. Le noir de carbone utilisé dans l’encre peut apparaître extrêmement bien.
Systèmes biologiquesModifier
La vipère à fosse possède une paire de fosses sensorielles infrarouges sur sa tête. Il existe une incertitude quant à la sensibilité thermique exacte de ce système de détection infrarouge biologique.
Les autres organismes qui possèdent des organes thermorécepteurs sont les pythons (famille des Pythonidae), certains boas (famille des Boidae), la chauve-souris vampire commune (Desmodus rotundus), une variété de coléoptères bijoutiers (Melanophila acuminata), des papillons à pigmentation sombre (Pachliopta aristolochiae et Troides rhadamantus plateni), et peut-être des punaises suceuses de sang (Triatoma infestans).
Certains champignons comme Venturia inaequalis ont besoin d’une lumière proche de l’infrarouge pour être éjectés
Bien que la vision proche de l’infrarouge (780-1 000 nm) ait longtemps été jugée impossible en raison du bruit des pigments visuels, la sensation de la lumière proche de l’infrarouge a été signalée chez la carpe commune et chez trois espèces de cichlidés. Les poissons utilisent le proche infrarouge pour capturer leurs proies et pour s’orienter par phototactisme. La sensation NIR chez les poissons peut être pertinente dans de mauvaises conditions d’éclairage au crépuscule et dans les eaux de surface turbides.
La lumière proche infrarouge, ou photobiomodulation, est utilisée pour le traitement des ulcérations orales induites par la chimiothérapie ainsi que pour la cicatrisation des plaies. Il y a quelques travaux relatifs au traitement du virus anti-herpès. Les projets de recherche comprennent des travaux sur les effets de cicatrisation du système nerveux central via l’upregulation de la cytochrome c oxydase et d’autres mécanismes possibles.
Dangers pour la santéEdit
Les forts rayonnements infrarouges dans certaines industries à haute température peuvent être dangereux pour les yeux, entraînant des dommages ou la cécité de l’utilisateur. Comme ces rayonnements sont invisibles, il faut porter des lunettes spéciales à l’épreuve des IR dans ces endroits.
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