Ce qui vient ensuite dans cette séquence : Micro-ondes, Infrarouge, Lumière Visible, …
ultraviolet
La lumière du soleil, à une température effective de 5 780 kelvins, est composée d’un rayonnement proche du spectre thermique qui est légèrement supérieur à la moitié de l’infrarouge. Au zénith, la lumière du soleil fournit un éclairement énergétique d'un peu plus de 1 kilowatt par mètre carré au niveau de la mer. Sur cette énergie, 527 watts correspondent au rayonnement infrarouge, 445 watts à la lumière visible et 32 ​​watts au rayonnement ultraviolet. Presque tout le rayonnement infrarouge de la lumière solaire est proche de l’infrarouge, soit inférieur à 4 micromètres. Le rayonnement infrarouge est communément appelé « rayonnement thermique », mais les ondes lumineuses et électromagnétiques de n’importe quelle fréquence chauffent les surfaces qui les absorbent. La lumière infrarouge du Soleil représente 49 % du réchauffement de la Terre, le reste étant dû à la lumière visible qui est absorbée puis réémise à des longueurs d'onde plus longues. La lumière visible ou les lasers émettant des ultraviolets peuvent carboniser le papier et les objets chauds à incandescence émettent un rayonnement visible. Les objets à température ambiante émettront un rayonnement concentré principalement dans la bande de 8 à 25 µm, mais cela n'est pas distinct de l'émission de lumière visible par des objets incandescents et d'ultraviolet par des objets encore plus chauds (voir corps noir et loi de déplacement de Wien). La chaleur est une énergie en transit qui circule en raison de la différence de température. Contrairement à la chaleur transmise par conduction thermique ou convection thermique, le rayonnement thermique peut se propager dans le vide. Le rayonnement thermique est caractérisé par un spectre particulier de nombreuses longueurs d'onde associé à l'émission d'un objet, en raison de la vibration de ses molécules à une température donnée. Le rayonnement thermique peut être émis par des objets à n'importe quelle longueur d'onde, et à des températures très élevées, ces rayonnements sont associés à des spectres bien supérieurs à l'infrarouge, s'étendant dans les régions visibles, ultraviolettes et même X (par exemple la couronne solaire). Ainsi, l’association populaire du rayonnement infrarouge avec le rayonnement thermique n’est qu’une coïncidence basée sur des températures typiques (relativement basses) que l’on trouve souvent près de la surface de la planète Terre. *Années 1880 et 1890 : Lord Rayleigh et Wilhelm Wien ont résolu une partie de l'équation du corps noir, mais les deux solutions divergeaient sur certaines parties du spectre électromagnétique. Ce problème a été appelé « catastrophe ultraviolette et catastrophe infrarouge ».
L'infrarouge (IR) est une énergie rayonnante invisible, un rayonnement électromagnétique dont les longueurs d'onde sont plus longues que celles de la lumière visible, s'étendant du bord rouge nominal du spectre visible à 700 nanomètres (fréquence 430 THz) jusqu'à 1 mm (300 GHz) (bien que les gens puissent voir infrarouge jusqu'à au moins 1 050 nm dans les expériences). La majeure partie du rayonnement thermique émis par les objets proches de la température ambiante est infrarouge.
Le rayonnement infrarouge a été découvert en 1800 par l'astronome Sir William Herschel, qui a découvert un type de rayonnement invisible dans le spectre d'une énergie inférieure à celle de la lumière rouge, grâce à son effet sur un thermomètre. On a finalement découvert qu’un peu plus de la moitié de l’énergie totale du Soleil arrivait sur Terre sous forme d’infrarouge. L'équilibre entre le rayonnement infrarouge absorbé et émis a un effet crucial sur le climat terrestre.
L'énergie infrarouge est émise ou absorbée par les molécules lorsqu'elles modifient leurs mouvements de rotation et de vibration. L'énergie infrarouge excite les modes vibrationnels dans une molécule par un changement du moment dipolaire, ce qui en fait une gamme de fréquences utile pour l'étude de ces états énergétiques pour les molécules de symétrie appropriée. La spectroscopie infrarouge examine l'absorption et la transmission des photons dans la gamme d'énergie infrarouge.
Le rayonnement infrarouge est utilisé dans des applications industrielles, scientifiques et médicales. Les appareils de vision nocturne utilisant un éclairage actif proche infrarouge permettent d’observer des personnes ou des animaux sans que l’observateur ne soit détecté. L'astronomie infrarouge utilise des télescopes équipés de capteurs pour pénétrer dans les régions poussiéreuses de l'espace telles que les nuages ​​moléculaires, détecter des objets tels que des planètes et observer des objets fortement décalés vers le rouge depuis les premiers jours de l'univers. Les caméras thermiques infrarouges sont utilisées pour détecter les pertes de chaleur dans les systèmes isolés, pour observer les modifications du flux sanguin dans la peau et pour détecter la surchauffe des appareils électriques.
L’imagerie infrarouge thermique est largement utilisée à des fins militaires et civiles. Les applications militaires incluent l'acquisition de cibles, la surveillance, la vision nocturne, le référencement et le suivi. À température corporelle normale, les humains rayonnent principalement à des longueurs d'onde d'environ 10 μm (micromètres). Les utilisations non militaires comprennent l'analyse de l'efficacité thermique, la surveillance environnementale, les inspections d'installations industrielles, la télédétection de la température, la communication sans fil à courte portée, la spectroscopie et les prévisions météorologiques.
Définition et relation avec le spectre électromagnétique
Le rayonnement infrarouge s'étend du bord rouge nominal du spectre visible à 700 nanomètres (nm) jusqu'à 1 mm. Cette gamme de longueurs d'onde correspond à une gamme de fréquences d'environ 430 THz jusqu'à 300 GHz. Au-dessous de l’infrarouge se trouve la partie micro-ondes du spectre électromagnétique.
Infrarouge naturel
La lumière du soleil, à une température effective de 5 780 kelvins, est composée d’un rayonnement proche du spectre thermique qui est légèrement supérieur à la moitié de l’infrarouge. Au zénith, la lumière du soleil fournit un éclairement énergétique d'un peu plus de 1 kilowatt par mètre carré au niveau de la mer. Sur cette énergie, 527 watts correspondent au rayonnement infrarouge, 445 watts à la lumière visible et 32 ​​watts au rayonnement ultraviolet. Presque tout le rayonnement infrarouge de la lumière solaire est proche de l’infrarouge, soit inférieur à 4 micromètres.
À la surface de la Terre, à des températures bien inférieures à celles de la surface du Soleil, presque tout le rayonnement thermique est constitué d'infrarouge dans la région infrarouge moyen, beaucoup plus longue que celle de la lumière du soleil. Parmi ces processus naturels de rayonnement thermique, seuls la foudre et les incendies naturels sont suffisamment chauds pour produire beaucoup d’énergie visible, et les incendies produisent beaucoup plus d’énergie infrarouge que l’énergie lumineuse visible.
Régions dans l'infrarouge
En général, les objets émettent un rayonnement infrarouge sur un spectre de longueurs d’onde, mais parfois seule une région limitée du spectre présente un intérêt car les capteurs collectent généralement le rayonnement uniquement dans une bande passante spécifique. Le rayonnement infrarouge thermique a également une longueur d'onde d'émission maximale, qui est inversement proportionnelle à la température absolue de l'objet, conformément à la loi de déplacement de Wien.
C’est pourquoi la bande infrarouge est souvent subdivisée en sections plus petites.
Schéma de subdivision couramment utilisé
Un schéma de subdivision couramment utilisé est :
† Températures des corps noirs pour lesquelles les pics spectraux tombent aux longueurs d'onde données, selon la loi de déplacement de Wien
NIR et SWIR sont parfois appelés « infrarouge réfléchi », tandis que MWIR et LWIR sont parfois appelés « infrarouge thermique ». En raison de la nature des courbes de rayonnement du corps noir, les objets « chauds » typiques, tels que les tuyaux d'échappement, apparaissent souvent plus brillants dans le MW par rapport au même objet observé dans le LW.
Schéma de division CIE
La Commission internationale de l'éclairage (CIE) a recommandé la division du rayonnement infrarouge en trois bandes suivantes :
Schéma ISO 20473
L'ISO 20473 spécifie le schéma suivant :
Schéma de division d'astronomie
Les astronomes divisent généralement le spectre infrarouge comme suit :
Ces divisions ne sont pas précises et peuvent varier selon les publications. Les trois régions sont utilisées pour l'observation de différentes plages de température, et donc de différents environnements dans l'espace.
Le système photométrique le plus couramment utilisé en astronomie attribue des lettres majuscules à différentes régions spectrales en fonction des filtres utilisés ; I, J, H et K couvrent les longueurs d'onde du proche infrarouge ; L, M, N et Q font référence à la région infrarouge moyen. Ces lettres sont communément comprises en référence à des fenêtres atmosphériques et apparaissent, par exemple, dans les titres de nombreux articles.
Schéma de division de la réponse du capteur
Un troisième schéma divise la bande en fonction de la réponse de différents détecteurs :
*Proche infrarouge : de 0,7 à 1,0 µm (de la fin approximative de la réponse de l'œil humain à celle du silicium).
*Infrarouge ondes courtes : 1,0 à 3 µm (de la coupure du silicium à celle de la fenêtre atmosphérique MWIR). InGaAs couvre environ 1,8 µm ; les sels de plomb les moins sensibles couvrent cette région.
*Infrarouge moyen : 3 à 5 µm (défini par la fenêtre atmosphérique et recouvert par l'antimonide d'indium [InSb] et le HgCdTe et partiellement par le séléniure de plomb [PbSe]).
*Infrarouge à ondes longues : 8 à 12, ou 7 à 14 µm (c'est la fenêtre atmosphérique couverte par le HgCdTe et les microbolomètres).
*Infrarouge à très longues ondes (VLWIR) (12 à environ 30 µm, recouvert de silicium dopé).
Le proche infrarouge est la région la plus proche en longueur d'onde du rayonnement détectable par l'œil humain. l’infrarouge moyen et lointain s’éloigne progressivement du spectre visible. D'autres définitions suivent différents mécanismes physiques (pics d'émission, vs. bandes, absorption d'eau) et les plus récentes suivent des raisons techniques (les détecteurs au silicium courants sont sensibles à environ 1 050 nm, tandis que la sensibilité de l'InGaAs commence autour de 950 nm et se termine entre 1 700 et 2 600 nm, selon la configuration spécifique). Malheureusement, les normes internationales pour ces spécifications ne sont pas actuellement disponibles.
L'apparition de l'infrarouge est définie (selon différentes normes) à différentes valeurs généralement comprises entre 700 nm et 800 nm, mais la frontière entre la lumière visible et la lumière infrarouge n'est pas définie avec précision. L'œil humain est nettement moins sensible à la lumière au-dessus d'une longueur d'onde de 700 nm, de sorte que les longueurs d'onde plus longues contribuent de manière insignifiante aux scènes éclairées par des sources lumineuses courantes. Cependant, la lumière proche infrarouge particulièrement intense (par exemple, provenant de lasers infrarouges, de sources LED infrarouges ou de la lumière du jour brillante avec la lumière visible supprimée par des gels colorés) peut être détectée jusqu'à environ 780 nm et sera perçue comme de la lumière rouge. Les sources fournissant des longueurs d'onde aussi longues que 1 050 nm peuvent être vues comme une lueur rouge terne dans les sources intenses, ce qui entraîne certaines difficultés dans l'éclairage proche infrarouge des scènes dans l'obscurité (ce problème pratique est généralement résolu par un éclairage indirect). Les feuilles sont particulièrement brillantes dans le proche IR, et si toutes les fuites de lumière visible autour d'un filtre IR sont bloquées et que l'œil a un moment pour s'adapter à l'image extrêmement sombre traversant un filtre photographique visuellement opaque passant l'IR, il Il est possible de voir l'effet bois qui consiste en un feuillage brillant dans les infrarouges.
Bandes de télécommunication dans l'infrarouge
Dans les communications optiques, la partie du spectre infrarouge utilisée est divisée en sept bandes en fonction de la disponibilité des sources lumineuses, des matériaux transmettant/absorbant (fibres) et des détecteurs :
La bande C est la bande dominante pour les réseaux de télécommunications longue distance. Les bandes S et L reposent sur une technologie moins bien établie et ne sont pas aussi largement déployées.
Chaleur
Le rayonnement infrarouge est communément appelé « rayonnement thermique », mais les ondes lumineuses et électromagnétiques de n’importe quelle fréquence chauffent les surfaces qui les absorbent. La lumière infrarouge du Soleil représente 49 % du réchauffement de la Terre, le reste étant dû à la lumière visible qui est absorbée puis réémise à des longueurs d'onde plus longues. La lumière visible ou les lasers émettant des ultraviolets peuvent carboniser le papier et les objets chauds à incandescence émettent un rayonnement visible. Les objets à température ambiante émettront un rayonnement concentré principalement dans la bande de 8 à 25 µm, mais cela n'est pas distinct de l'émission de lumière visible par des objets incandescents et d'ultraviolet par des objets encore plus chauds (voir corps noir et loi de déplacement de Wien).
La chaleur est une énergie en transit qui circule en raison de la différence de température. Contrairement à la chaleur transmise par conduction thermique ou convection thermique, le rayonnement thermique peut se propager dans le vide. Le rayonnement thermique est caractérisé par un spectre particulier de nombreuses longueurs d'onde associé à l'émission d'un objet, en raison de la vibration de ses molécules à une température donnée. Le rayonnement thermique peut être émis par des objets à n'importe quelle longueur d'onde, et à des températures très élevées, ces rayonnements sont associés à des spectres bien supérieurs à l'infrarouge, s'étendant dans les régions visibles, ultraviolettes et même X (par exemple la couronne solaire). Ainsi, l’association populaire du rayonnement infrarouge avec le rayonnement thermique n’est qu’une coïncidence basée sur des températures typiques (relativement basses) que l’on trouve souvent près de la surface de la planète Terre.
Le concept d'émissivité est important pour comprendre les émissions infrarouges des objets. Il s'agit d'une propriété d'une surface qui décrit comment ses émissions thermiques s'écartent de l'idéal d'un corps noir. Pour expliquer plus en détail, deux objets à la même température physique n'afficheront pas la même image infrarouge s'ils ont une émissivité différente. Par exemple, pour toute valeur d’émissivité prédéfinie, les objets ayant une émissivité plus élevée apparaîtront plus chauds, et ceux ayant une émissivité plus faible apparaîtront plus froids. Pour cette raison, une sélection incorrecte de l’émissivité donnera des résultats inexacts lors de l’utilisation de caméras infrarouges et de pyromètres.
Applications
Vision nocturne
 L'infrarouge est utilisé dans les équipements de vision nocturne lorsque la lumière visible est insuffisante pour voir. Les appareils de vision nocturne fonctionnent selon 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 de source de lumière visible.
L'utilisation de dispositifs de lumière infrarouge et 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) émanant des objets et de leur environnement.
Thermographie
Le rayonnement infrarouge peut être utilisé pour déterminer à distance la température des objets (si l'émissivité est connue). C'est ce qu'on appelle la thermographie, ou dans le cas d'objets très chauds dans le NIR ou visibles, cela s'appelle la 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 des coûts de production considérablement réduits.
Les caméras thermographiques détectent les rayonnements dans la plage infrarouge du spectre électromagnétique (environ 900 à 14 000 nanomètres ou 0,9 à 14 μm) et produisent des images de ce rayonnement. Puisque le rayonnement infrarouge est 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 émis par un objet augmente avec la température, la thermographie permet donc de voir les variations de température (d'où son nom).
Imagerie hyperspectrale
 
Une image hyperspectrale, base de l'imagerie chimique, est une « image » contenant un spectre continu sur une large gamme spectrale. L'imagerie hyperspectrale gagne en importance dans la spectroscopie appliquée, en particulier dans les domaines des régions spectrales NIR, SWIR, MWIR et LWIR. Les applications typiques incluent les mesures biologiques, minéralogiques, de défense et industrielles.
La caméra hyperspectrale infrarouge thermique peut être appliquée de la même manière qu’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 réalisée sans avoir besoin d’une source de lumière externe telle que le Soleil ou la Lune. De telles caméras sont généralement utilisées pour les mesures géologiques, la surveillance extérieure et les applications UAV.
Autre imagerie
En photographie infrarouge, des filtres infrarouges sont utilisés pour capturer le spectre proche infrarouge. Les appareils photo numériques utilisent souvent des bloqueurs infrarouges. Les appareils photo numériques et les téléphones avec appareil photo moins chers ont des filtres moins efficaces et peuvent « voir » le proche infrarouge intense, apparaissant comme une couleur violet-blanc vif. Ceci est particulièrement prononcé lorsque vous prenez des photos de sujets à proximité de zones lumineuses IR (comme près d'une lampe), où les interférences infrarouges qui en résultent peuvent effacer l'image. Il existe également une technique appelée imagerie « rayons T », qui utilise un rayonnement infrarouge lointain ou térahertz. Le manque 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 dans le domaine temporel térahertz.
Suivi
Le suivi infrarouge, également connu sous le nom de guidage infrarouge, fait référence à un système de guidage de missile passif, qui utilise l'émission d'une cible de rayonnement électromagnétique dans la partie infrarouge du spectre pour la suivre. Les missiles qui utilisent la recherche infrarouge sont souvent appelés « chercheurs de chaleur », car l'infrarouge (IR) est juste en dessous du spectre visible de la lumière en 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 retiennent de la chaleur et, en tant que tels, sont particulièrement visibles dans les longueurs d'onde infrarouges de la lumière par rapport aux objets en arrière-plan.
Chauffage
Le rayonnement infrarouge peut être utilisé délibérément comme source de chaleur. Par exemple, il est utilisé dans les saunas infrarouges pour chauffer les occupants. Il peut également être utilisé dans d’autres applications de chauffage, comme pour éliminer la glace des ailes des avions (dégivrage). L’infrarouge peut être utilisé pour cuisiner et réchauffer des aliments, car il chauffe principalement les objets opaques et absorbants plutôt que l’air qui les entoure.
Le chauffage infrarouge devient également de plus en plus populaire dans les processus de fabrication industrielle, par ex. durcissement des revêtements, formage des plastiques, recuit, soudage des plastiques et séchage des impressions. Dans ces applications, les radiateurs infrarouges remplacent les fours à convection et le chauffage par contact.
L'efficacité est obtenue en adaptant la longueur d'onde du radiateur infrarouge aux caractéristiques d'absorption du matériau.
Communications
La transmission de données IR est également utilisée dans les communications à courte portée entre périphériques informatiques et assistants numériques personnels. Ces appareils sont généralement conformes aux normes publiées par IrDA, l'Infrared Data Association. Les télécommandes et les appareils IrDA utilisent des diodes électroluminescentes (DEL) infrarouges pour émettre un rayonnement infrarouge focalisé par une lentille en plastique dans un faisceau étroit. Le faisceau est modulé, c'est-à-dire allumé et éteint, pour éviter les interférences provenant d'autres sources infrarouges (comme la lumière du soleil ou l'éclairage artificiel). Le récepteur utilise une photodiode au silicium pour convertir le rayonnement infrarouge en courant électrique. Il répond uniquement au signal à impulsion rapide créé par l'émetteur et filtre le rayonnement infrarouge qui change lentement de la lumière ambiante. Les communications infrarouges sont utiles pour une utilisation en intérieur dans des zones à forte densité de population. L'IR ne traverse pas les murs et n'interfère donc pas avec les autres appareils situés dans les pièces adjacentes. L’infrarouge est le moyen le plus courant pour les télécommandes de commander les appareils.
Les protocoles de télécommande infrarouge tels que RC-5, SIRC sont utilisés pour communiquer par infrarouge.
La communication optique en espace libre utilisant des lasers infrarouges peut constituer un moyen relativement peu coûteux d'installer une liaison de communication dans une zone urbaine fonctionnant jusqu'à 4 gigabit/s, par rapport au coût d'enfouissement d'un câble à fibre optique, à l'exception des dommages causés par les radiations. "Étant donné que l'œil ne peut pas détecter les IR, il est possible qu'il ne soit pas possible de cligner ou de fermer les yeux pour aider à prévenir ou à réduire les dommages."
Les lasers infrarouges sont utilisés pour fournir de la lumière aux systèmes de communication à fibre optique. La lumière infrarouge d'une longueur d'onde d'environ 1 330 nm (moindre dispersion) ou 1 550 nm (meilleure transmission) est le meilleur choix pour les fibres de silice standard.
La transmission de données IR de versions audio codées de panneaux imprimés fait l'objet de recherches pour aider les personnes malvoyantes dans le cadre du projet RIAS (Remote Infrared Audible Signage).
Spectroscopie
La spectroscopie vibrationnelle infrarouge (voir aussi spectroscopie proche infrarouge) est une technique qui peut être utilisée pour identifier des molécules par analyse de leurs liaisons constitutives. Chaque liaison chimique dans 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 provoqués 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. Généralement, cette technique est utilisée pour étudier les composés organiques à l’aide d’un rayonnement lumineux allant de 4 000 à 400 cm−1, l’infrarouge moyen. Un spectre de toutes les fréquences d'absorption dans un échantillon est enregistré. Cela peut être utilisé pour obtenir des informations sur la composition de l'échantillon en termes de groupes chimiques présents ainsi que sur sa pureté (par exemple, un échantillon humide montrera une large absorption O-H autour de 3 200 cm−1).
Métrologie des couches minces
Dans l’industrie des semi-conducteurs, la lumière infrarouge peut être utilisée pour caractériser des matériaux tels que des films minces et des structures à tranchées périodiques. En mesurant le facteur de réflexion de la lumière de la surface d'une plaquette semi-conductrice, 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 des parois latérales des structures de tranchées à rapport d'aspect élevé.
Météorologie
Les satellites météorologiques équipés de radiomètres à balayage produisent des images thermiques ou infrarouges, qui peuvent ensuite permettre à un analyste qualifié de déterminer la hauteur et le type de nuages, de calculer la température des terres et des eaux de surface et de localiser les caractéristiques de la surface des océans. Le balayage est généralement compris entre 10,3 et 12,5 µm (canaux IR4 et IR5).
Les nuages ​​​​de glace hauts et froids tels que Cirrus ou Cumulonimbus apparaissent d'un blanc éclatant, les nuages ​​​​plus bas et plus chauds tels que Stratus ou Stratocumulus apparaissent en gris avec des nuages ​​intermédiaires ombrés en conséquence. Les surfaces des terres chaudes apparaîtront en gris foncé ou en noir. Un inconvénient de l’imagerie infrarouge est que les nuages ​​bas tels que les stratus ou le brouillard peuvent avoir une température similaire à celle de la surface terrestre ou marine environnante et n’apparaissent pas. 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), des nuages ​​bas peuvent être distingués, produisant une image satellite de brouillard. Le principal avantage de l’infrarouge est que des images peuvent être produites la nuit, ce qui permet d’étudier une séquence continue de conditions météorologiques.
Ces images infrarouges peuvent représenter des tourbillons ou des vortex océaniques et cartographier des courants tels que le Gulf Stream, qui sont précieux pour l’industrie du transport maritime. Les pêcheurs et les agriculteurs souhaitent connaître la température des terres et de l’eau pour protéger leurs cultures du gel ou augmenter leurs prises en mer. Même les phénomènes El Niño peuvent être repérés. Grâce à des techniques de numérisation couleur, les images thermiques en gris peuvent être converties en couleur pour une identification plus facile des informations souhaitées.
Le canal principal de vapeur d'eau, compris entre 6,40 et 7,08 µm, peut être imagé par certains satellites météorologiques et montre la quantité d'humidité dans l'atmosphère.
Climatologie
Dans le domaine de la climatologie, le rayonnement infrarouge atmosphérique est surveillé pour détecter les tendances des échanges d'énergie entre la terre et l'atmosphère. Ces tendances fournissent des informations sur les changements à long terme du climat terrestre. C'est l'un des principaux paramètres étudiés dans les recherches sur le réchauffement climatique, avec le rayonnement solaire.
Un pyrgéomètre est utilisé dans ce domaine de recherche pour effectuer des mesures extérieures continues. Il s'agit d'un radiomètre infrarouge à large bande avec une sensibilité au rayonnement infrarouge comprise entre environ 4,5 µm et 50 µm.
Astronomie
Les astronomes observent les objets dans la partie infrarouge du spectre électromagnétique à l'aide de composants optiques, notamment des miroirs, des lentilles et des détecteurs numériques à semi-conducteurs. Pour cette raison, il est classé comme faisant partie de 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 basés sur Terre est considérablement limitée par la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère, qui absorbe une partie du rayonnement infrarouge arrivant de l'espace en dehors des 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 l'air avec un ballon ou un avion. Les télescopes spatiaux ne souffrent pas de ce handicap et l’espace extra-atmosphérique est donc considéré comme l’emplacement 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 dans notre galaxie brilleront de chaleur rayonnée lorsqu'ils seront irradiés par des étoiles intégrées. L'infrarouge peut également être utilisé pour détecter les protoétoiles 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, de sorte que les objets froids proches, tels que les planètes, peuvent être plus facilement détectés. (Dans le spectre de la lumière visible, l’éblouissement de l’étoile étouffe la lumière réfléchie par 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 verront la partie maximale de leur spectre décalée vers des longueurs d'onde plus longues, de sorte qu'elles seront plus facilement observées dans l'infrarouge.
Nettoyage infrarouge
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 la numérisation terminée. Il 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 couleurs 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 mise à l’échelle ou remplacés par une peinture.
Conservation et analyse d'œuvres d'art
, comme l'appellent les restaurateurs d'art, peut être appliqué aux peintures pour révéler les couches sous-jacentes de manière totalement non destructive, en particulier le dessin sous-jacent ou le contour dessiné par l'artiste comme guide. Cela révèle souvent l'utilisation par l'artiste du noir de carbone, qui apparaît bien dans les réflectogrammes, à condition qu'il n'ait pas également été utilisé dans le sol sous-jacent à l'ensemble du tableau. Les restaurateurs d'art cherchent à voir si les couches de peinture visibles diffèrent du dessin sous-jacent ou des couches intermédiaires – de telles modifications sont appelées repentirs lorsqu'elles sont réalisées par l'artiste original. Il s'agit d'informations très utiles pour décider si un tableau est la version originale de l'artiste original ou une copie, et s'il a été modifié par un travail de restauration trop enthousiaste. En général, plus il y a de repentirs, plus une peinture a de chances d'être la version principale. Il donne également des informations utiles sur les pratiques de travail.
Parmi de nombreux autres changements apportés au Portrait d'Arnolfini de 1434 (à gauche), le visage de l'homme était à l'origine plus haut d'environ la hauteur de ses yeux ; celui de la femme était plus haut et ses yeux étaient plus tournés vers l'avant. Chacun de ses pieds était dessiné dans une position, peint dans une autre, puis repeint dans une troisième. Ces altérations sont visibles sur les réflectogrammes infrarouges.
Les progrès récents dans la conception de caméras sensibles aux infrarouges ont permis de découvrir et de représenter non seulement les sous-couches et les repentirs, mais aussi des peintures entières qui ont ensuite été repeintes par l'artiste. Des exemples notables sont "Femme repassant" et "[http://thecreatorsproject.vice.com/blog/how-art-experts-discovered-a-hidden-portrait-beaneath-a-picasso-masterpiece Blue room]" de Picasso, où dans les deux cas, un portrait d'homme a été rendu visible sous le tableau tel qu'on le connaît aujourd'hui.
Des usages similaires de l'infrarouge sont faits par les restaurateurs et les scientifiques sur divers types d'objets, notamment sur des documents écrits très anciens tels que les manuscrits de la mer Morte, les œuvres romaines de la Villa des Papyri et les textes de la Route de la Soie trouvés dans les grottes de Dunhuang. Le noir de carbone utilisé dans l’encre peut extrêmement bien apparaître.
Systèmes biologiques
La vipère des fosses a une paire de fosses sensorielles infrarouges sur la tête. Il existe une incertitude quant à la sensibilité thermique exacte de ce système de détection infrarouge biologique.
D'autres organismes dotés d'organes thermorécepteurs sont les pythons (famille des Pythonidae), certains boas (famille des Boidae), la chauve-souris vampire commune (Desmodus rotundus), une variété de coléoptères (Melanophila acuminata), des papillons à pigmentation foncée (Pachliopta aristolochiae et Troides rhadamantus plateni). , et éventuellement des punaises hématophages (Triatoma infestans).
Bien que la vision dans le proche infrarouge (780-1 000 nm) ait longtemps été considérée comme impossible en raison du bruit présent dans les pigments visuels, une sensation de lumière proche infrarouge a été rapportée chez la carpe commune et chez trois espèces de cichlidés. Les poissons utilisent le NIR pour capturer leurs proies et pour s'orienter en nageant phototactique. La sensation NIR chez les poissons peut être pertinente dans de mauvaises conditions d'éclairage au crépuscule et dans des eaux de surface troubles.
Photobiomodulation
La lumière proche infrarouge, ou photobiomodulation, est utilisée pour le traitement des ulcérations buccales induites par la chimiothérapie ainsi que pour la cicatrisation des plaies. Il existe des travaux relatifs au traitement anti-herpès. Les projets de recherche comprennent des travaux sur les effets curatifs du système nerveux central via la régulation positive de la cytochrome c oxydase et d'autres mécanismes possibles.
Danger pour la santé
Un fort rayonnement infrarouge dans certains environnements industriels à haute température peut être dangereux pour les yeux, entraînant des dommages ou la cécité pour l'utilisateur. Le rayonnement étant invisible, des lunettes spéciales anti-IR doivent être portées dans de tels endroits.
La Terre comme émetteur infrarouge
La surface de la Terre et les nuages ​​absorbent le rayonnement visible et invisible du soleil et réémettent une grande partie de l'énergie sous forme infrarouge vers l'atmosphère. Certaines substances présentes dans l’atmosphère, principalement les gouttelettes nuageuses et la vapeur d’eau, mais aussi le dioxyde de carbone, le méthane, l’oxyde nitreux, l’hexafluorure de soufre et les chlorofluorocarbones, absorbent ces infrarouges et les renvoient dans toutes les directions, y compris vers la Terre. Ainsi, l’effet de serre maintient l’atmosphère et la surface beaucoup plus chaudes que si les absorbeurs infrarouges étaient absents de l’atmosphère.
Histoire de la science infrarouge
La découverte du rayonnement infrarouge est attribuée à l'astronome William Herschel, au début du XIXe siècle. Herschel publia ses résultats en 1800 devant la Royal Society de Londres. Herschel a utilisé un prisme pour réfracter la lumière du soleil et a détecté l'infrarouge, au-delà de la partie rouge du spectre, grâce à une augmentation de la température enregistrée sur un thermomètre. Il fut surpris du résultat et les appela « Rayons Calorifiques ». Le terme « infrarouge » n’est apparu qu’à la fin du XIXe siècle.
Parmi les autres dates importantes, citons :
*1737 : Émilie du Châtelet prédit ce qu'on appelle aujourd'hui le rayonnement infrarouge dans sa Dissertation sur la nature et la propagation du feu.
*1835 : Macedonio Melloni fabrique le premier détecteur IR à thermopile.
*1840 : John Herschel produit le premier thermogramme à image thermique.
*1860 : Gustav Kirchhoff formule le théorème du corps noir E=J(T,n).
*1873 : Willoughby Smith découvre la photoconductivité du sélénium.
*1879 : Loi de Stefan-Boltzmann formulée empiriquement selon laquelle la puissance rayonnée par un corps noir est proportionnelle à T4.
*Années 1880 et 1890 : Lord Rayleigh et Wilhelm Wien ont résolu une partie de l'équation du corps noir, mais les deux solutions divergeaient sur certaines parties du spectre électromagnétique. Ce problème a été appelé « catastrophe ultraviolette et catastrophe infrarouge ».
*1901 : Max Planck publie l'équation et le théorème du corps noir. Il a résolu le problème en quantifiant les transitions énergétiques admissibles.
*1905 : Albert Einstein développe la théorie de l'effet photoélectrique.
*1917 : Theodore Case développe le détecteur de sulfures thaleux ; Un scientifique britannique a construit le premier dispositif de recherche et de suivi infrarouge (IRST) capable de détecter des avions à une distance d'un mile (1,6 km).
*1935 : Sels de plomb – premiers guidages de missiles pendant la Seconde Guerre mondiale.
*1938 : Teau Ta – prédit que l'effet pyroélectrique pourrait être utilisé pour détecter le rayonnement infrarouge.
*1945 : Le système d'arme infrarouge Zielgerät 1229 « Vampir » est présenté comme le premier appareil infrarouge portable destiné aux applications militaires.
*1952 : H. Welker cultive des cristaux synthétiques d'InSb.
*Années 1950 : Paul Kruse (chez Honeywell) et Texas Instruments ont enregistré des images infrarouges.
*Années 1950 et 1960 : Nomenclature et unités radiométriques définies par Fred Nicodemenus, G.J. Zissis et R. Clark ; Robert Clark Jones a défini D*.
*1958 : W.D. Lawson (Royal Radar establishment à Malvern) découvre les propriétés de détection IR du HgCdTe.
*1958 : Les missiles Falcon et Sidewinder sont développés à l'aide de la technologie infrarouge.
*1961 : J. Cooper démontre la détection pyroélectrique.
*1964 : W.G. Evans découvre des thermorécepteurs infrarouges chez un coléoptère pyrophile.
*1965 : premier manuel IR ; premiers imageurs commerciaux (Barnes, Agema {qui fait maintenant partie de FLIR Systems Inc.} ; texte historique de Richard Hudson ; F4 TRAM FLIR de Hughes ; phénoménologie lancée par Fred Simmons et A.T. Stair ; création du laboratoire de vision nocturne de l'armée américaine (maintenant Vision nocturne et capteurs électroniques (NVESD), et Rachets y développe des modélisations de détection, de reconnaissance et d'identification.
*1970 : Willard Boyle et George E. Smith proposent le CCD aux Bell Labs pour les téléphones avec image.
*1972 : Programme de modules communs lancé par NVESD.
*1978 : L'astronomie par imagerie infrarouge est arrivée à maturité, observatoires planifiés, ouverture de l'IRTF sur Mauna Kea ; Réseaux 32 x 32 et 64 x 64 produits à partir d'InSb, de HgCdTe et d'autres matériaux.
*2013 : le 14 février, des chercheurs ont développé un implant neuronal qui donne aux rats la capacité de détecter la lumière infrarouge, ce qui confère pour la première fois aux créatures vivantes de nouvelles capacités, au lieu de simplement remplacer ou augmenter les capacités existantes.