- Thermometre
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Thermomètre
Thermomètre à alcool coloré, avec double échelle : degrés Celsius, à gauche, et degrés Fahrenheit, à droite
Un thermomètre est un appareil qui sert à mesurer et à afficher la valeur des températures. C'est le domaine d'étude de la thermométrie.
Sommaire
Principes généraux
Thermomètre à chocolatLa plupart des thermomètres mesurent leur propre température (celle de sa partie qui sert à 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 signifie 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 donc qu'une température mesurée dans ces conditions est totalement fantaisiste par rapport 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 varie en fonction de la température. Ce principe général est mis en application de façons très 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 également possible 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
Thermomètre de Galilée
Le premier thermomètre fut le thermomètre de Galilée (1592[réf. nécessaire]), fondé sur le principe de la flottabilité.
Les progrès au XVIIIe siècle
René-Antoine Ferchault de Réaumur construisit en 1730 le premier thermomètre à 'esprit de vin', ancienne dénomination de l'éthanol. Vers le milieu du XVIIIe siècle, deux types de thermomètres à mercure reçurent une division centésimale entre le point de fusion de la glace et la température d’ébullition de l’eau.
En 1702, l'astronome danois Ole Roemer fabrique 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 également la première échelle de températures à être adoptée assez largement, fixant à 32 °F la température de la glace fondante et 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, Réaumur, physicien et naturaliste français, construisit le thermomètre à alcool pour lequel il utilisait l'échelle 0-80, où le zéro est le point de congélation de l'eau, et où 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 donc graduée en sens inverse de l'échelle centigrade que nous connaissons actuellement. Ce n'est qu'après la mort de Celsius, survenue en 1744, que ses collègues —on pense que l'initiative en revient surtout 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
Thermomètre à mercure
Thermomètre médical, ancien modèle à mercureArticle détaillé : thermomètre et tensiomètre 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. Ils contiennent des oxydes métalliques à résistance variable en fonction de 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 possibles, il est ainsi possible de trouver commercialement des thermomètres à l'huile de colza ou bien au gallium.
Thermomètre à cadran et aiguille
Thermomètre à cristaux liquides
Thermomètre électronique
Les thermomètres électroniques sont très précis et performants. Ils permettent les mesures de température de l’air, des liquides, des matériaux, etc. Ils ont également la possibilité de mémoriser des valeurs avec une alarme et la lecture est facilitée grâce à un écran. Les données peuvent également être imprimées pour faire une sauvegarde. On peut lui ajouter différentes sondes en fonction du type de mesure à effectuer, voire même 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 en fonction de l’utilisation :
- Sonde d’ambiance
- Sonde pince pour une mesure sur un conduit, plaques, etc.
- Sonde pour air/gaz/liquide
- Sonde de contact
- Sonde thermocouple
- Sondes d'immersion/pénétration
- Sondes de mesure pour température de surface
- Etc.
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 adéquate dépend de différents critères:
- l'étendue de mesure
- la précision
- le temps de réponse
- la robustesse
- sa forme
Les types de capteurs
- thermocouple
- capteur à résistance platine(Pt100)
- thermistance (CTN)
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:
- climatisation
- liquide
- tuyaux
- air ambiant
- pièce chauffée
- four
- étuve
- les poudres
- etc.
Thermomètres pour la cuisine
Thermomètre pour la laiterieThermomètre de confiseur
Ce modèle, à mercure, sert à 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 également 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 = résisatnce à coefficient 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 donc 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 l'ensemble des applications traditionnelles en agro-alimentaire.
Les mesures exactes se font impérativement à cœur, elles sont donc intrusives et destructrices.
Il existe également des moyens de contrôle comme des thermomètres fonctionnant par réception de rayonnement infrarouge, permettant de contrôler très rapidement une homogénéité de température. La précision d'un tel thermomètre étant limitée, son utilisation nécessite dès lors 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 très basses températures.
Notes et références
- ↑ 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 lorsqu'il est condensé par la congélation de l'eau et 1080 lorsqu'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 bien que 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 très 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
- Température
- Thermoscope de Rumford
- Thermomètre à minimum et maximum
- Thermomètre de Galilée
- Thermomètre à résistance de platine
- Thermocouple
- Thermomètre infrarouge
- Pyromètre
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