Thermomètre

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Aller à : navigation, rechercher

Un thermomètre (du grec θερμός (thermos) signifiant « chaud » et de μέτρον, « mesure ») est un appareil qui sert à mesurer et à afficher la valeur de la température. C’est le domaine d'étude de la thermométrie. Développé durant les XVIe et XVIIe siècles, le thermomètre est utilisé dans différents domaines[1].

Principes généraux[modifier | modifier le code]

La mesure de la température 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, ...) 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, ...). 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.

Limites[modifier | modifier le code]

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.)

Applications[modifier | modifier le code]

Les applications des thermomètres sont multiples, en météorologie, en médecine, en cuisine, pour la régulation, dans les procédés industrielsetc.

Historique[modifier | modifier le code]

Invention[modifier | modifier le code]

Le terme « thermomètre » a été inventé en 1624 par le jésuite Jean Leurechon dans son ouvrage Récréation mathématique. Le principe qu'il décrit (un changement de température faisant monter le niveau de l'eau dans une canule) est expérimenté par un médecin vénitien Sanctorius, ami de Galilée à qui la paternité de l'invention est souvent attribuée.

En 1654, le grand-duc de Toscane à Florence, Ferdinand II de Médicis, perfectionne l'instrument de Sanctorius et crée le premier véritable thermomètre en emprisonnant de l'alcool dans un tube de verre hermétique[2]. 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.

XVIIIe siècle[modifier | modifier le code]

Thermomètre affichant les échelles de Fahrenheit, encore en usage aux États-Unis, et de Celsius, comprise dans le système SI

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 Christensen Rømer 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[3].

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.

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.

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 — il est pensé 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.

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 ».

Typologie[modifier | modifier le code]

Thermomètre médical[modifier | modifier le code]

Thermomètre médical, ancien modèle à mercure

Les thermomètres médicaux sont utilisés pour la mesure de la température corporelle (rectale, sous l'aisselle — axillaire, dans l'oreille, ou buccale). Pendant longtemps la température corporelle n'a fait l'objet d'aucune mesure : la main du praticien seule donnait une appréciation de l'importance de la fièvre, au demeurant perçue, non comme un symptôme, mais comme une maladie en elle-même. C'est Sanctorius, de Padoue, qui a employé pour la première fois un appareil pour mesurer la fièvre : il utilisa le thermoscope développé par Galilée en plaçant le globe dans la bouche du patient.

La compréhension des différents états de la température corporelle, initiée véritablement par les travaux d'Hermann Boerhaave et ses élèves, puis par ceux de John Linning et de Benjamin Franklin, devra toutefois attendre le XIXe siècle. Du fait de la faible corrélation entre la fièvre et les symptômes, les praticiens recourront longtemps à la prise de pouls pour apprécier la fièvre[4]. En 1835 d'abord, Antoine Becquerel et Gilbert Breschet démontrent, à l'aide d'un thermocouple de fer et de cuivre[4], que la température d'un corps humain sain est constante à 37 °C. Cette découverte suscita l'intérêt pour l'utilisation médicale du thermomètre[5]. Mais c'est surtout Carl Wunderlich qui, suite à ses très nombreuses observations, permit le développement de la thermométrie clinique : d'une part il révolutionna la compréhension de la fièvre en tant que telle, vue désormais comme un symptôme et non plus comme une maladie stricto sensu ; en outre, il démontre l'intérêt des courbes de température.

Si l'usage du thermomètre auprès du corps médical, puis de la population en général, se développa rapidement aux États-unis[6] sous l'impulsion notamment d'Édouard Séguin, il ne se répandit en France qu'au cours de la Première Guerre mondiale[7].

Les thermomètres à mercure, longtemps en usage, ont été progressivement retirés de la vente à cause de la toxicité de ce métal. Le thermomètre médical numérique 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[modifier | modifier le code]

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 de Galilée[modifier | modifier le code]

Un thermomètre de Galilée

Le Thermomètre de Galilée est composé de flotteurs d'une densité moyenne proche du liquide dans lequel ils sont immergés. Lorsque le liquide du tube se dilate avec la température, il devient moins porteur, ce qui fait couler certains flotteurs. Plusieurs flotteurs lestés différemment peuvent montrer les températures différentes.

Thermomètre à cadran et aiguille[modifier | modifier le code]

On utilise ici un bilame pour mesurer la température.

Thermomètre à cristaux liquides[modifier | modifier le code]

Thermomètre à cristaux liquides

Les thermomètres à cristaux liquides 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 utilisés pour les aquariums (modèles autocollants) ou dans le secteur médical (thermomètres frontaux), mais la mesure peut être inexacte.

Thermomètre électronique[modifier | modifier le code]

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 infrarouge pour des mesures à distance ou sans contact. Ces derniers auraient été inventés par Charles R. Darling qui aurait expliqué leur fonctionnement dans son livre Pyrometry[8].

Thermomètre à usage professionnel[modifier | modifier le code]

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, ...
  • 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 :

Article détaillé : Sonde de température.

Les thermomètres à usage professionnel existent aussi en infrarouge pour des mesures sans contact où à distance.

On les utilise pour la mesure de température de :

  • air ambiant, climatisation
  • liquide, solide
  • étuve, four
  • pièce, tuyau
  • poudre
  • etc.

Thermomètre pour la cuisine[modifier | modifier le code]

Thermomètre pour la laiterie
Thermomètre à chocolat
Article détaillé : Chocolat#Tempérage et moulage.

Des thermomètres de cuisson permettent de vérifier et surveiller la température des aliments 'à cœur', en cours de chauffe ou de cuisson.

On les trouve notamment en pâtisserie, particulièrement pour le chocolat dont le tempérage est particulièrement important et précis, mais aussi par exemple pour la cuisson des viandes.

Thermomètre de confiseur[modifier | modifier le code]

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.

Thermomètre pour l'agroalimentaire[modifier | modifier le code]

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 de type Pt100. Ce dernier type 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 le type Pt100 et -50 à +150 °C pour le type CTN) permettent de couvrir l'ensemble des applications traditionnelles en agroalimentaire.

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 (surtout aux basses températures), 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.

Thermomètre à usage scientifique[modifier | modifier le code]

Utilisé en météorologie, le thermomètre enregistreur permet d'enregistrer une température à une heure, d'en envoyer les données à une base et même parfois de pouvoir prévoir les masses d'air et leurs directions.

Les thermomètres magnétiques appliquent 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.

Étalonnage[modifier | modifier le code]

En métrologie, l'étalonnage d'un thermomètre ou d'un capteur thermométrique peut être réalisé au moyen de certains bains cryothermostatiques équipés d'une cuve à débordement (homogénéité meilleure que 0,01 °C).

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) « thermometer », Oxford English Dictionary (consulté en 1er novembre 2010)
  2. Agnès Walch, « Le thermomètre médical », Historia,‎ novembre 2011, p. 55 (ISSN 0750-0475)
  3. 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").
  4. a et b Blumenthal, Fever concepts old and new, in J R Soc Med 1997;90:391-394, cf. [PDF] [1]
  5. Edward A. Dominguez, Ariel Bar-Sela and Daniel M. Musher, « Adoption of thermometry into clinical practice in the United States », dans Reviews of infectious diseases, vol. 9, no 6, nov.-déc. 1987, [PDF] [2]
  6. Avant même la parution des travaux de Wunderlich en 1868, Edward Seguin et Austin Flint, informés par des publications européennes, avaient déjà mentionné l'usage de la thermométrie associée à des signes vitaux dans des articles parus en 1866. Les manuels édités par Flint et DaCosta en 1866-1867 comprenaient des chapitres sur la thermométrie, cf. Edward A. Dominguez, Ariel Bar-Sela and Daniel M. Musher, « Adoption of thermometry into clinical practice in the United States », dans Reviews of Infectious Diseases, vol. 9, no 6, nov.-déc. 1987, [PDF] [3]
  7. Thermomètres et thermométrie médicale, H. Bachelet, P. Joyes, E. Lesselkoue, Actualités pharmaceutiques, n° 403, 2001 compte rendu paru dans la Revue d'histoire de la pharmacie, cf. [4]
  8. (en) Charles R. Darling, Pyrometry; a practical treatise on the measurement of high temperatures, Éditeur E. & F.N. Spon, Londres, 1911. (OCLC 559111682)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Sur les autres projets Wikimedia :