Par H.L.M. Lee
Mis à jour le 30 août 2022

Les thermocouples comptent parmi les capteurs de température les plus fiables et les plus polyvalents dans le domaine scientifique et industriel. Ils sont constitués de deux fils métalliques différents réunis en une seule jonction, généralement soudés pour une durabilité maximale.

Lorsque la jonction est chauffée, une petite tension est produite – un phénomène connu sous le nom d'effet Seebeck, décrit pour la première fois par le physicien allemand Thomas Seebeck en 1821.

Types de thermocouples

Même si deux métaux différents génèrent une tension, certaines combinaisons d'alliages sont standardisées car elles offrent un rendement, une stabilité et une résilience chimique prévisibles. Les types de « métaux communs » les plus courants – fabriqués à partir de fer, de nickel ou de variantes alliées – sont désignés par J, K, T, E et N.

Les thermocouples en « métal noble », fabriqués à partir de platine-rhodium et de platine pur, sont utilisés pour les applications à haute température et sont étiquetés R, S et B. Selon le type, les thermocouples peuvent mesurer des températures d'environ –270 °C (–454 °F) à 1 700 °C (3 100 °F) et au-delà.

Limitations des thermocouples

La petite sortie (environ 1 mV à température ambiante, augmentant avec la chaleur) nécessite une électronique minutieuse pour une mesure précise. Chaque type de thermocouple a une relation tension-température non linéaire régie par des équations complexes, limitant la précision pratique à environ ±1°C (±2°F).

Historiquement, l'étalonnage impliquait l'immersion d'un deuxième thermocouple dans un bain d'eau glacée pour établir une référence à 0 °C (32 °F). Les systèmes modernes utilisent des circuits électroniques de référence de point de glace, éliminant ainsi le besoin d'installations encombrantes et inconfortables et permettant une utilisation portable.

Étant donné que la jonction dépend de deux métaux en contact, la corrosion peut dégrader à la fois l'étalonnage et la précision. Dans les environnements difficiles, la jonction est généralement protégée dans une gaine en acier pour la protéger de l'humidité et des produits chimiques, mais une inspection et un entretien réguliers restent essentiels.

Avantages et inconvénients des thermocouples

Avantages :

• Construction robuste, simple et faible coût
• Plage de températures extrêmement large :de la cryogénie à plusieurs milliers de degrés
• Capable de mesurer des objets infimes grâce à des fils ultra-fins
• Adaptation aux environnements hostiles, notamment aux réacteurs nucléaires et aux missions aérospatiales

Inconvénients :

• La sortie basse tension nécessite une amplification et des circuits de référence précis
• Susceptible au bruit électrique ; nécessite un blindage et une mise à la terre
• Précision limitée à environ ±1°C et peut se détériorer en raison de la corrosion

Applications des thermocouples

Les thermocouples sont utilisés dans les appareils quotidiens comme les fours, ainsi que dans des secteurs critiques tels que l'aérospatiale, les engins spatiaux, les opérations par satellite, les fours, les autoclaves, les presses et les équipements de moulage. Ils peuvent être connectés en série pour former une thermopile, générant une tension plus élevée pour les capteurs infrarouges ou pour la production d'énergie dans les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes à bord des sondes spatiales.