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Les infrarouges

Les infrarouges (IR) sont des rayonnements électromagnétiques, correspondant à une bande spectrale située entre 10µm et 0.8µm.

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Domaine spectral du rayonnement IR


Ce type de rayonnement émis naturellement par le soleil, est un rayonnement dont le seul effet sur la matière est l’échauffement, provoqué par la mise en vibration des liaisons moléculaires. Contrairement au rayonnement de plus hautes fréquences (UV-E, X, γ) il ne provoque pas de rupture de liaisons moléculaires. Pour cette gamme de fréquences, l’absorption ne se produit que sur une épaisseur pouvant varier de quelques dizaines à quelques centaines de millimètres. La transmission de chaleur s’opère dans le temps par conduction au sein du matériau.

Les infrarouges (IR) s’appliquent plutôt aux traitements de surface car il y a peu de pénétration (sauf pour le verre). Ils couvrent de 700°C à 1100°C et sont intéressantes par leur aspect corpusculaire (rappel : les photons ont de l’énergie que l’on transmet au produit en le bombardant et si le produit n’est pas transparent de la chaleur est alors émise).

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Le transfert de chaleur par rayonnement ne nécessite pas la présence d'un support matériel ; il fait intervenir un mécanisme physique, dont la propagation est quasi instantanée, et qu'on nomme le rayonnement électromagnétique.
Le rayonnement infrarouge est situé dans la bande spectrale de 0.5 à 10 µm. Cela correspond à des énergies de photon faibles (< à 4 10-19 J) qui ne peuvent pas déclencher directement des réactions chimiques. L'infrarouge ne permet donc d'obtenir que des apports thermiques sur les produits.
Le rayonnement infrarouge est transmis dans l'air comme la lumière. Cette propriété permet d'obtenir un bon rendement de transfert de la source au récepteur. Il a des difficultés à chauffer de manière homogène des produits de formes tourmentées.
DREYFUSS L Bubble Sac Agneau JEROME Noir Billy f1x8wR Une autre particularité du chauffage par rayonnement infrarouge est l'importance qu'il faut accorder au positionnement de l'émetteur vis-à-vis du récepteur.
Lorsqu'un rayonnement infrarouge incident arrive sur un produit, une partie de l'énergie est réfléchie, c'est-à-dire renvoyée sans avoir pénétré dans le matériau, une partie pénètre dans le matériau, cette dernière peut éventuellement se décomposer, si le matériau est transparent, en énergie absorbée et en énergie transmise. Le comportement varie suivant la longueur d'onde, l'incidence, la température et la nature du matériau.
La puissance transmise par les émetteurs infrarouges aux produits à chauffer va être directement fonction de leurs températures respectives, de la forme et de la position relative de leur surface et de leurs émissivités.

Les applications

Les techniques infrarouges sont maintenant des techniques largement diffusées et on peut trouver des applications dans presque tous les secteurs industriels.

Ces techniques se caractérisent par :

  • Le transfert direct de l’énergie au produit
  • Une densité de puissance élevée
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  • La rapidité du chauffage
  • Une faible inertie thermique
  • Un rendement élevé par rapport aux techniques conventionnelles

Pour les applications industrielles, il existe différents types d’émetteurs suivant les longueurs d’ondes recherchées. Un émetteur infra rouge est constitué d’un corps porté à une température plus ou moins élevée en fonction de la gamme de longueur d’onde que l’on désire obtenir. Suivant les besoins ou les fournisseurs le marché propose deux classes d’émetteurs :

  • Emetteurs où le corps émissif est porté en température par passage direct de courant (IR électriques) – bandes : courts, moyens, longs
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  • Emetteurs où le corps émissif est porté en température par la combustion de gaz (IR gaz) – bandes : moyens et longs

En fonction de la bande d’émission les émetteurs les émetteurs présentent les caractéristiques suivantes :

  • Infrarouges courts : Température émetteur : 1500 à 2000°C - densité de puissance maximale 450kW/m² - faibles inerties (ordre de la seconde)
  • Infrarouges moyens et longs : Température émetteur : 500 à 1200°C – Densité de puissance maximale 80 à 100 KW/m² - inertie thermique (ordre de la minute)


Exemples d’émetteurs infrarouges gaz ou électrique courts, moyens, long


Bobi DREYFUSS Vert Imprimé Chèvre JEROME Agneau Sac Bvq1Baw Dans l'industrie le rayonnement infrarouge est souvent utilisé pour le traitement de produits plats.
Les techniques infrarouges sont utilisées dans de très nombreux procédés industriels où elles permettent de réaliser diverses opérations : chauffage, séchage, polymérisation, soudage, stérilisation...
Ces opérations peuvent être réalisées aussi bien sur des liquides que des solides se présentant sous divers aspects, feuilles, bandes, blocs, granulés, poudres, pièces en forme..., en statique et en défilement. Dans la plupart des cas les traitements sont réalisés à l'air libre, mais il existe aussi des applications sous vide ou sous atmosphère contrôlée.
A l'heure actuelle on retrouve des applications radiantes infrarouges dans la majorité des secteurs industriels : agro-alimentaire, papier-carton, textile, caoutchouc et plastiques,verre-céramique, métallurgie...

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  • Tertiaire :

    Chauffage de locaux (gaz–électrique)

  • Automobile :

    • Cuisson de peintures
    • Préchauffage avant formage, avant moulage
    • Collage
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    La typologie d'installation est l'arche infrarouge avec ou sans commande par journal lumineux. On trouve ce type d'installation chez la plupart des constructeurs automobiles. Elles sont essentiellement équipées d'éléments de chauffage infrarouge court électrique.

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    Papier-Carton :

    • Pré-séchage, séchage
    • Rectification de profil d’humidité
    • Polymérisation, thermofixation
    • Traitement d’enduction

    En termes de puissances installées et consommées le secteur papetier est le principal secteur d'applications des technologies infrarouges. Des technologies de radiants spécifiques à haute densité de puissance ont été développées pour répondre aux contraintes d'encombrement et de productivité que l'on rencontre sur les lignes de production. Les applications de l'infrarouge en papeterie concernent principalement la phase de fabrication des papiers et cartons :

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    Textile :

    • Pré-séchage, séchage
    • Rectification de profil d’humidité
    • Polymérisation, thermofixation
    • Traitement d’enduction

    Le textile est encore le deuxième secteur privilégié pour l'implantation de systèmes infrarouges en terme de puissances installées. De même que pour la papeterie, les premières installations de puissances significatives remontent à plus d'une vingtaine d'années. Le préséchage et séchage des tissus sont des opérations couramment réalisées en ennoblissement, suivies par le développement de nouvelles applications notamment en polymérisation et gélification d'enduction.
    En chauffage d'enduction sur supports textiles, les avantages les plus souvent cités des techniques électriques par rapport au gaz sont une meilleure souplesse de réglage et une inertie d'installation moins importante.

  • Composites :

    • Préchauffage
    • Collage
    • Soudage
    • Vernissage impression
  • Velours JEROME Coton Bobi Noir DREYFUSS Agneau Sac qXqr08
  • Agroalimentaire :
    Le traitement de surface de produits alimentaires et le traitement à coeur de produits en couche mince constituent des applications privilégiées des techniques infrarouges.
    L'infrarouge court, utilisé essentiellement en pasteurisation à travers emballage, représente le 1/4 des installations. Sur les installations restantes, l'infrarouge moyen électrique et l'infrarouge gaz sont généralement utilisés pour les mêmes types d'opérations : toastage, dorage...

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  • Mécanique :Chèvre Agneau DREYFUSS 2018 Sac Python en Bobi Noir JEROME 26 qF1fwXn
    Une étude menée en 1996 avec le CETIM sur les installations de cuisson de peinture dans l'industrie de la mécanique, a permis d'estimer à environ 15% du parc, la part des installations utilisant des dispositifs de chauffage par infrarouge.
    Dans le secteur de la mécanique l'utilisation de l'infrarouge court reste limité aux petites unités ou lorsqu'il s'agit de traiter des peintures à solvant

  • Plasturgie :
    JEROME Veau Nubuck Carbone Sac DREYFUSS Gaspard Chêvre rv4trP8n Pour des raisons de densité de puissance et d'homogénéité de chauffage, l'infrarouge moyen électrique est la technique la plus utilisée en thermoformage

 La plate-forme ERICA du CETIAT est dédiée aux énergies radiantes.

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