Thermomètre

Un thermomètre est un appareil qui permet de mesurer ainsi qu'à afficher la valeur des températures. C'est le domaine d'étude de la thermométrie.



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Définitions :

  • Instrument fait pour indiquer le degré de la température, le plus souvent par le moyen de la dilatation ou de la condensation de gaz ou de ... (source : fr.wiktionary)

Un thermomètre est un appareil qui permet de mesurer ainsi qu'à afficher la valeur des températures. C'est le domaine d'étude de la thermométrie.

Principes généraux

Thermomètre à chocolat

La plupart des thermomètres mesurent leur propre température (celle de sa partie qui permet de faire la mesure). Cette température n'est celle du milieu ambiant que s'il y a équilibre thermique entre le thermomètre et le milieu ambiant.

Cela veut dire par exemple, que si un thermomètre est exposé au soleil, il sera plus chaud que l'air, et que cet écart de température dépendra entièrement de sa couleur et de sa ventilation, et par conséquent qu'une température mesurée dans ces conditions est complètement fantaisiste comparé à la température de l'air. (C'est pour cela que les météorologues mesurent la température sous abri ventilé. )

La mesure des températures peut être fondée sur la dilatation et la pression des corps (solides, liquides ou gazeux), ou toute autre propriété physique (variations électriques dans le cas du thermocouple, couleur d'émission de lumière pour les hautes températures, etc. ) qui fluctue selon la température. Ce principe général est mis en application de façons particulièrement diverses selon les besoins (plages de températures à mesurer, nature des matériaux à étudier, etc. ). Les thermomètres à liquide usuels sont les thermomètres à mercure et les thermomètres à alcool, mais il est aussi envisageable de trouver des thermomètres à l'huile de colza.

Les applications des thermomètres sont multiples, en météorologie, en médecine, en cuisine, pour la régulation, dans les processus industriels, etc.

Historique

Invention du thermomètre

Le premier thermomètre a été découvert en 1654 par le duc de Toscane à Florence.

Il portait 50 graduations. En hiver il descendait jusqu'à 7 degrés et montait, en été, à 40 degrés. Dans la glace qui fond, il montrait 13 degrés.

Les progrès au XVIIIe siècle

C'est dans le courant du XVIIIe siècle que les inventions de différents types de thermomètre prennent leur essor dans plusieurs pays d'Europe.

En 1702, l'astronome Ole Rœmer produit, au Danemark, un thermomètre à alcool marquant l'eau bouillante à 60 ° et la glace pilée à 7, 5 °. En 1717, le savant allemand Daniel Gabriel Fahrenheit remplace l'alcool par du mercure et donne au thermomètre sa forme définitive. Il propose aussi la première échelle de températures à être adoptée assez beaucoup, fixant à 32 °F la température de la glace fondante ainsi qu'à 96 °F la température normale du sang : 32 °F est alors le point de fusion de la glace et 212 °F est le point d'ébullition de l'eau sous pression atmosphérique normale.

En 1730, René-Antoine Ferchault de Réaumur, physicien et naturaliste français, construit un thermomètre à'esprit de vin' (ancienne appellation de l'éthanol), pour lequel il utilisait l'échelle 0-80, le zéro étant le point de congélation de l'eau, et le 80 est le point d'ébullition de l'alcool (esprit de vin), que Réaumur tendait à confondre avec le point d'ébullition de l'eau. [1]

Le physicien suédois Anders Celsius fit construire en 1741 un thermomètre à mercure, gradué de sorte que 0 correspondait au point d'ébullition de l'eau, et 100 au point de congélation de l'eau, qui fut utilisé de 1742 à 1750 à l'observatoire d'Upsal.

L'échelle de Celsius était par conséquent graduée en sens inverse de l'échelle centigrade que nous connaissons aujourd'hui. Ce n'est qu'après la mort de Celsius, survenue en 1744, que ses collègues —on pense que l'initiative en revient en particulier au célèbre naturaliste suédois Carl von Linné— inversèrent l'échelle de Celsius pour lui donner sa forme actuelle, à savoir 0 pour la température de congélation de l'eau, et 100 pour sa température d'ébullition. De fait, en 1745, Linné présenta à l'académie suédoise un thermomètre à mercure qui marquait 0 ° pour la glace fondante et 100 ° pour l'eau bouillante.

À la même époque, le secrétaire perpétuel de l'académie des Beaux-Arts de Lyon, Jean-Pierre Christin (1683-1755), fit construire par l'artisan lyonnais Pierre Casati un thermomètre à mercure à échelle centésimale ascendante, qu'il présenta le 19 mars 1743 à l'assemblée publique de cette académie.

Le thermomètre suédois de Celsius et le thermomètre lyonnais de Casati n'auraient eu qu'une utilisation restreinte si la Révolution française n'avait donné au monde moderne le système métrique, et si la Commission des poids et mesures, créée par la Convention, n'avait décidé en 1794 que «le degré thermométrique sera[it] la centième partie de la distance entre le terme de la glace et celui de l'eau bouillante».

Types de thermomètres d'usage courant

Thermomètres pour l'usage domestique

Thermomètres médicaux

Ils sont utilisés pour la mesure de la température corporelle (rectale, sous l'aisselle, dans l'oreille, ou buccale).

Thermomètre à mercure
Thermomètre médical, ancien modèle à mercure

Les thermomètres à mercure, longtemps en usage, ont été progressivement retirés de la vente à cause de la toxicité du mercure. On pourra se reporter aux articles thermomètre et tensiomètre à mercure et aspects toxicologiques du mercure pour une discussion plus avancée sur la toxicité du mercure.

Thermomètre médical numérique

Il a remplacé le thermomètre à mercure. Il contient des oxydes métalliques à résistance variable selon la température (thermistor). Ce principe permet une mesure précise sur une gamme de température étroite, bien adapté à l'usage médical.

Thermomètre à alcool

L'alcool a remplacé le mercure dès le XIXe siècle pour des raisons de prix de revient et de santé publique. L'alcool est alors coloré en rouge ou en bleu pour une meilleure lecture. D'autres substituts au mercure ou à l'alcool sont envisageables, il est ainsi envisageable de trouver commercialement des thermomètres à l'huile de colza ou bien au gallium.

Thermomètre à cadran et aiguille

On utilise ici la bilame pour mesurer la temperature.

Thermomètre à cristaux liquides

Ces thermomètres utilisent des cristaux liquides qui changent de couleur selon la température.

Fréquemment, les cristaux liquides dessinent la valeur de la température. Sur d'autres modèles, ils dessinent simplement une échelle superposée à des valeurs chiffrées.

Ces thermomètres sont fréquemment utilisées pour les aquariums (modèles autocollants) ou comme thermomètres médicaux (thermomètres frontaux), avec une précision d'une fiabilité médiocre.

Thermomètre électronique

Les thermomètres électroniques sont particulièrement précis et performants. Ils permettent les mesures de température de l'air, des liquides, des matériaux, etc. Ils ont aussi la possibilité de mémoriser des valeurs avec une alarme et la lecture est facilitée grâce à un écran. Les données peuvent aussi être imprimées pour faire une sauvegarde. On peut lui ajouter différentes sondes selon le type de mesure à effectuer, ou alors des sondes sans fil (radio). Il existe aussi des thermomètres à Infrarouge pour des mesures à distances ou sans contact.

Thermomètre pour l'usage professionnel

Les thermomètres pour l'usage professionnel sont de très grande précision. Ils ont une très grande étendue de mesure et une grande rapidité d'acquisition. Ils peuvent afficher deux températures avec un calcul de delta T. Les thermomètres pour l'usage professionnel peuvent être utilisés avec un étui de protection contre les chocs, la poussière et l'humidité. Ils sont utilisés avec différentes sondes selon l'utilisation :

En fonction des besoins les sondes sont équipées de différents capteurs. Le type de mesure définira le type de sonde. Le choix de la sonde correcte dépend de différents critères :

Les types de capteurs

Les thermomètres pour l'usage professionnel existent aussi en infrarouge pour des mesures sans contact où a distance

On les utilise pour la mesure de température de :

  • pièce chauffée
  • four
  • étuve
  • les poudres
  • etc.


Thermomètres pour la cuisine

Thermomètre pour la laiterie

Thermomètre de confiseur

Ce modèle, à mercure, permet de mesurer de manière précise la température des sirops de sucre. Il est protégé par une cage métallique et gradué de 100 à 200 °C. Il convient aussi pour mesurer la température des huiles de friture.

Thermomètres pour l'agro-alimentaire

Il existe différents types de thermomètres. Les thermomètres utilisés lors de procès-verbaux en contrôles sanitaires, doivent être conformes à l'arrêté de juillet 1997. Ces thermomètres disposent de sondes comportant des capteurs à variation de résistance (CTN = résistance à cœfficient de température négative), ou Pt100 résistance de 100 Ohm à 0 °C. Cette dernière garantit par le biais de normes, des incertitudes plus étroites et par conséquent une meilleure précision de mesure.

Les étendues de mesure de ce type de matériel (généralement entre -200 et +600 °C pour les Pt100 et -50 à +150 °C pour les CTN) permettent de couvrir la totalité des applications respectant les traditions en agro-alimentaire.

Les mesures exactes se font impérativement à cœur, elles sont par conséquent intrusives et destructrices.

Il existe aussi des moyens de contrôle comme des thermomètres fonctionnant par réception de rayonnement infrarouge, servant à contrôler particulièrement rapidement une homogénéité de température. La précision d'un tel thermomètre étant limitée, son utilisation nécessite par conséquent une formation et une prise de conscience de l'interprétation des résultats. L'infrarouge mesure la température du film ou de l'emballage et non du cœur du produit.

Thermomètres à usage scientifique

Thermomètre météorologique enregistreur

Thermomètre magnétique

Ils utilisent la loi de Curie pour mesurer les particulièrement basses températures. Ils sont particulièrement répandus actuellement meme si on ne s'en rend pas compte.

Notes et références

  1. Roger Lamouline, Du thermomètre à la température, collection Ellipses, 2005. L'auteur cite ce passage de Réaumur, tiré de son mémoire de 1730 : "Nous écrirons, par exemple, au sommet de l'échelle, Esprit de vin, dont le volume est 1000 quand il est condensé par la congélation de l'eau et 1080 quand il est raréfié par l'eau bouillante. Dans ce cas, si le thermomètre va assez loin, le degré de dilatation marqué 80 d'un côté et 1080 de l'autre sera le terme de l'eau bouillante". Suite à ceci, comme le dit Lamouline, il semble quoique pour Réaumur, "la congélation de l'eau se produisait à 0 degré et l'ébullition à 80 degrés de son échelle". Lamouline se montre d'ailleurs particulièrement critique envers Réaumur concernant ses travaux dans le domaine des températures. (Chapitre Le thermomètre de Réaumur : "Une méthode inapplicable", "Faux triomphe du thermomètre de Réaumur", "Deluc condamne le thermomètre de Réaumur").

Voir aussi


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