Thermomètre

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.

La 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.

Invention du thermomètre

Le premier thermomètre a été inventé 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 Roemer fabrique, 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 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, René-Antoine Ferchault de Réaumur, physicien et naturaliste français, construit un thermomètre à 'esprit de vin' (ancienne dénomination 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.

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 ».

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

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 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 XIX 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

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.

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

Ces thermomètres sont souvent 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 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 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 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 = résistance 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. Ils sont très répandus aujourd'hui même si on ne s'en rend pas compte.