Un bolomètre est un instrument scientifique utilisé pour détecter et mesurer le rayonnement électromagnétique. Cet instrument peut également être appelé balance actinique ou calorimètre selon le réglage, et est généralement utilisé dans des situations où le rayonnement est infime et autrement difficile à détecter. Ces outils peuvent mesurer avec précision le rayonnement électromagnétique sous ses diverses formes, des ondes radio aux rayons ultraviolets et gamma. Le principe de fonctionnement a également été adapté pour une utilisation en physique et en détection de particules.
Concept de base
La science réelle derrière le fonctionnement de ces instruments peut être quelque peu compliquée, mais le concept de base est généralement assez simple. Tous les modèles et configurations ont une sorte d’absorbeur, essentiellement un élément comme le métal qui est capable d’absorber de l’énergie, et un réservoir, qui est quelque chose qui a une température constante. Les deux sont reliés par une sorte de conducteur. Lorsque l’énergie atteint l’absorbeur, l’instrument détecte toute différence entre la température de l’énergie et la température du réservoir, ce qui peut être une indication de la sortie électromagnétique globale de cette énergie.
Ces types d’outils sont principalement utilisés pour mesurer les émissions de rayonnement connues, mais ils peuvent également être utilisés pour détecter les champs d’énergie suspectés, en particulier ceux dans l’espace. Les physiciens et les astronomes à la recherche de choses comme les trous noirs, par exemple, utilisent souvent ce genre d’outils pour détecter les changements de rayonnement électromagnétique dans des champs donnés afin d’obtenir des indices et des indices sur les modèles d’énergie cosmique.
Historique d’utilisation
Il est largement admis que l’astronome américain Samuel Pierpont Langley a créé le premier prototype de cet instrument à la fin du XIXe siècle. Le premier modèle a été utilisé en conjonction avec un télescope pour mesurer le rayonnement infrarouge sur des objets astronomiques, la lune en particulier. Le prototype était de conception basique. Il se composait de deux chambres équipées de bandes de platine formant ce qu’on appelle une structure « pont de Wheatstone » reliée à un galvanomètre et à une batterie. Les bandes couvertes de suie formant le pont ont été disposées de telle sorte que l’une reste exposée tandis que l’autre est protégée de l’exposition aux rayonnements. La température de la bande exposée augmenterait lorsqu’elle entrerait en contact avec le rayonnement électromagnétique, modifiant sa résistance électrique et créant essentiellement un capteur de température.
Modèles électroniques
Il existe de nombreuses variantes de l’instrument qui sont utilisées dans différents contextes. Un bolomètre à électrons froids (CEB), par exemple, est un appareil très sensible qui détecte le rayonnement cosmologique. Une jonction tunnel métallique supraconductrice-isolant-normal (SIN) est ce qui distingue le CEB des autres instruments similaires, en grande partie parce que sa perte d’énergie est utilisée pour refroidir l’absorbeur.
Un bolomètre à électrons chauds (HEB) fonctionne de la même manière. Il s’agit d’un appareil utilisé pour mesurer les rayonnements submillimétriques et infrarouges lointains qui ne peuvent pas être mesurés par le CEB. Il fonctionne principalement en détectant le gain d’énergie.
Détecteurs infrarouges
Un microbolomètre est conçu pour fonctionner comme un détecteur infrarouge dans une caméra thermique, communément appelée caméra infrarouge à vision directe (FLIR). Ce type de caméra fonctionne sur le même principe que l’instrument traditionnel, et mesure le rayonnement infrarouge avec des longueurs d’onde comprises entre 8 et 13 microns. La résistance électrique enregistrée par la caméra est traduite en températures, qui sont utilisées pour créer une image.
Utilisation en physique des particules
Une branche de la physique connue sous le nom de physique des particules, qui étudie les éléments de base du rayonnement, utilise fréquemment le terme « bolomètre » en référence à un instrument connu plus formellement sous le nom de détecteur de particules. Le détecteur de particules fonctionne sur le même principe que l’instrument original de Langley et est utilisé pour identifier les particules à haute énergie. Les compteurs à scintillation et les détecteurs de particules de type à ionisation gazeuse sont généralement utilisés dans le but de mesurer l’énergie associée au rayonnement et aux caractéristiques des particules.
Revers et inconvénients
Aussi efficaces que puissent être les outils de mesure bolométrique, leur utilisation présente également certains inconvénients. En général, ces types d’instruments manquent de « propriétés discriminatoires », ce qui signifie qu’ils ne font pas la différence entre les particules ionisées et non ionisées. Lorsqu’il est utilisé comme détecteur thermique, l’instrument ne dissipe pas non plus directement l’énergie collectée par l’absorbeur, ce qui signifie généralement qu’il ne se réinitialise pas immédiatement.