Thermomètre
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Introduction

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.

Principes généraux

Thermomètre à chocolat

La plupart des thermomètres mesurent leur propre température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de...) (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 (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de...) entre le 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.) et le milieu ambiant.

Cela signifie par exemple, que si un thermomètre est exposé au soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine...), il sera plus chaud que l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air...), et que cet écart de température dépendra entièrement de sa couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) 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 (La dilatation est l'expansion du volume d'un corps occasionné par son réchauffement, généralement imperceptible. Dans le cas d'un gaz, il y a dilatation à pression constante ou maintien du volume et augmentation de la...) et la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) des corps (solides, liquides ou gazeux), ou toute autre propriété physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) (variations électriques dans le cas du thermocouple (En physique, les thermocouples sont utilisés pour la mesure de températures. Ils sont bon marché et permettent la mesure dans une grande gamme de températures. Leur principal défaut est...), couleur d'émission de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm...) 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 (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) à étudier, etc.). Les thermomètres à liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) usuels sont les thermomètres à mercure et les thermomètres à alcool, mais il est également possible de trouver des thermomètres à l'huile (L'huile est un terme générique désignant des matières grasses qui sont à l'état liquide à température ambiante et qui ne se...) de colza.

Les applications des thermomètres sont multiples, en météorologie (La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les précipitations ou le vent dans le but de comprendre comment ils se forment et évoluent en fonction des...), en médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie), son fonctionnement normal (physiologie), et cherchant à...), en cuisine (La cuisine est l'ensemble des techniques de préparation des aliments en vue de leur consommation par les êtres humains (voir cuisinerie)....), pour la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.), dans les processus industriels, etc.

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 (L'oreille est l'organe qui sert à capter le son et est donc le siège du sens de l'ouïe, mais elle joue également un rôle important dans l'équilibre. Le mot peut...), 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 (La toxicité (du grec τοξικότητα toxikótêta) est la mesure de la capacité d’une substance à provoquer des effets néfastes et mauvais pour...) 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 (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information...)

Il a remplacé le thermomètre à mercure. Il contient des oxydes métalliques à résistance variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un...) 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 (La santé publique peut être définie de diverses manières. On peut en effet la présenter comme « l'étude, d'une part, des déterminants physiques, psychosociaux et...). L'alcool est alors coloré en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) ou en bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du cyan à une teinte plus sombre...) 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 (Un cristal liquide est un état de la matière qui combine des propriétés d'un liquide conventionnel et celles d'un solide cristallisé. On exprime son état par le terme...)

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 (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée donnée correspond à celle spécifiée dans le cahier des charges.) 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 (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par l'utilisateur et...). Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) peuvent également être imprimées pour faire une sauvegarde (En informatique, la sauvegarde (backup en anglais) est l'opération qui consiste à dupliquer et à mettre en sécurité les données contenues dans un système informatique.). 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 (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que...) 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 (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela couvre à la fois les mesures in situ (champs...) d’ambiance
  • Sonde pince (Une pince est un dispositif mécanique ou un outil, ayant pour fonction de pincer quelque chose d'autre, c'est-à-dire serrer pour saisir ou maintenir.) 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 (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement...)
  • 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 (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de réponse
  • la robustesse
  • sa forme

Les types de capteurs

  • thermocouple
  • capteur (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une...) 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 (La climatisation est la technique qui consiste à modifier, contrôler et réguler les conditions climatiques (température, humidité, niveau de...)
  • liquide
  • tuyaux
  • air ambiant
  • pièce chauffée
  • four (Un four est une enceinte maçonnée ou un appareil, muni d'un système de chauffage puissant, qui transforme, par la chaleur les produits et les objets. En cuisine, il permet de cuire des aliments. Dans un...)
  • étuve
  • les poudres
  • etc.

Thermomètres pour la cuisine

Thermomètre pour la laiterie

Thermomètre de confiseur

Ce modèle, à mercure, sert à mesurer de manière précise la température des sirops de sucre (Ce que l'on nomme habituellement le sucre est, dès 1406, une "substance de saveur douce extraite de la canne à sucre" (Chrétien de Troyes, Le Chevalier au lion). Il est majoritairement...). 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 (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain objet, comme une variable (par exemple, les coefficients d'un polynôme), un...) 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 (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) 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 (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) comme des thermomètres fonctionnant par réception de rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) 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 (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes...)

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.

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