Was ist ein Mikrobolometer?

Un dispositif de vision thermique est un appareil qui permet l’observation de jour comme de nuit, quelles que soient les conditions météorologiques. Il fonctionne dans le spectre thermique, invisible à l’œil humain, ce qui permet de détecter des objets inaccessibles aux dispositifs de vision nocturne, aux caméras vidéo classiques et aux caméras avec éclairage infrarouge.

L’élément clé de tout appareil thermique est le capteur sensible. Dans les modèles modernes, cette fonction est assurée par un microbolomètre, dont la qualité et les caractéristiques déterminent directement la performance de l’appareil et la qualité de l’image produite.

Qu’est-ce qu’un microbolomètre

Microbolomètre est une matrice infrarouge non refroidie, composée d’un grand nombre d’éléments sensibles microscopiques – les pixels. Chaque pixel réagit au rayonnement thermique en modifiant sa résistance électrique en fonction de la température de l’objet observé.

Contrairement aux capteurs infrarouges refroidis, les microbolomètres présentent plusieurs avantages majeurs :

• ne nécessitent pas de refroidissement cryogénique ;
• ont des dimensions compactes ;
• consomment moins d’énergie ;
• offrent une grande fiabilité et une longue durée de vie.

Grâce à ces caractéristiques, les microbolomètres sont utilisés dans la plupart des appareils thermiques civils, de chasse et tactiques.

Comment fonctionne un microbolomètre

Le fonctionnement des appareils thermiques repose sur la variation de la résistance électrique des éléments sensibles sous l’effet du rayonnement thermique. Lors du chauffage, la résistance de l’élément change, ce qui est enregistré par le système électronique de l’appareil et converti en image visuelle.

Les bolomètres refroidis (utilisés, par exemple, en astronomie) atteignent une précision extrêmement élevée grâce à un refroidissement à des températures d’hélium liquide. Cependant, les microbolomètres fonctionnent sans refroidissement, offrant un équilibre optimal entre précision de mesure, compacité et efficacité énergétique.

Les microbolomètres modernes sont des structures extrêmement miniaturisées :

• la taille d’un seul pixel peut atteindre 11 micromètres ;
• les éléments sensibles sont suspendus à une hauteur d’environ 2,5 µm ;
• la largeur des pieds de support est de seulement 1,5 – 1,8 µm.

Plus les éléments structurels de la matrice sont petits, plus le niveau de détail et la netteté de l’image générée par l’appareil thermique sont élevés. C’est pourquoi le développement futur des technologies thermiques se concentre de plus en plus sur l’amélioration des microstructures.

Étapes de formation de l’image :

1. L’objet émet de la chaleur infrarouge.
2. Le rayonnement atteint la matrice du microbolomètre.
3. Chaque pixel se réchauffe et change de résistance.
4. L’électronique traite le signal et génère l’image thermique.

En conséquence, l’utilisateur voit un contraste des différences de température, même dans l’obscurité totale.

Sensibilité du microbolomètre et paramètre NETD

Une des technologies les plus répandues pour la fabrication des matrices de microbolomètres est le VOx (oxyde de vanadium). Ces matrices offrent une sensibilité élevée et un faible niveau de bruit, garantissant une image plus qualitative et informative.

Le paramètre clé qui caractérise la sensibilité d’un appareil thermique est le NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) – différence de température équivalente au bruit. Ce paramètre définit la différence de température minimale que l’appareil thermique peut détecter.

La sensibilité est mesurée en millikelvins (mK) :

• jusqu’à 20 mK — sensibilité très élevée (Patriot 2) ;
• 20–30 mK — niveau professionnel ;
• 30–50 mK — niveau moyen ;
• plus de 50 mK — niveau de base.

Plus la valeur du NETD est faible, plus le capteur infrarouge est sensible et mieux l’appareil thermique peut distinguer les différences de température faibles.

Pourquoi la sensibilité est si importante

Une sensibilité élevée du microbolomètre assure :

• la détection fiable d’objets avec une différence de température minimale ;
• une meilleure efficacité dans le brouillard, la pluie, la fumée et l’humidité élevée ;
• la réduction du bruit sur l’image ;
• des contours de cibles plus nets et détaillés ;
• une portée de détection accrue.

En pratique, un appareil thermique avec une faible valeur de NETD peut détecter une personne, un animal ou un équipement dans des conditions où un appareil moins sensible ne montrerait qu’un fond thermique flou.

Le microbolomètre est à juste titre considéré comme le « cœur » de l’appareil thermique, et sa sensibilité influence directement l’efficacité et la valeur pratique de l’appareil. Lors du choix d’un équipement thermique, il faut prêter attention non seulement à la résolution de la matrice ou au grossissement, mais surtout à la valeur du NETD. Grâce à la nouvelle matrice avec un NETD inférieur à 18 mK, le Patriot 2 de Nvectech produit des images d’une clarté et d’un niveau de détail exceptionnels, permettant à l’utilisateur de voir les moindres différences thermiques, de définir avec précision les contours des objets et d’obtenir une vue complète même dans l’obscurité totale ou par des conditions météorologiques défavorables.

La haute sensibilité du microbolomètre garantit une image nette et informative ainsi qu’un fonctionnement fiable de l’appareil thermique dans des conditions réelles d’utilisation.