Les thermomètres
Les thermomètres : principes de fonctionnement et applications
La thermométrie, science de la mesure de la température, repose sur l'exploitation de propriétés physiques des matériaux qui varient en fonction de la température. Ces propriétés servent de base au fonctionnement des différents types de thermomètres.
Principes de fonctionnement des thermomètres
Un thermomètre est un instrument de mesure qui permet de déterminer la température d'un corps ou d'un milieu. Son fonctionnement repose sur l'exploitation d'un phénomène physique qui varie de manière connue en fonction de la température.
Les principaux phénomènes thermométriques utilisés sont :
- Dilatation des corps : Lorsqu'un corps est chauffé, il se dilate. Cette propriété est utilisée dans les thermomètres à liquide (mercure, alcool) et à gaz.
- Variation de la résistance électrique : La résistance électrique de certains matériaux varie avec la température. C'est le principe des thermomètres à résistance, comme les thermistances, les résistances à coefficient de température négatif (CTN) et les RTD (Resistance Temperature Detector, généralement en platine).
- Émission de rayonnement : Tous les corps émettent un rayonnement électromagnétique dont la nature et l'intensité dépendent de leur température. Les pyromètres mesurent la température d'un corps chaud en analysant son rayonnement.
- Effet thermoélectrique : Le contact entre deux métaux différents crée une tension électrique qui varie en fonction de la température. C'est le principe des thermocouples.
Les différents types de thermomètres
- Thermomètres à liquide : Ils utilisent la dilatation d'un liquide (mercure, alcool coloré) contenu dans un tube capillaire. La hauteur de la colonne liquide indique la température.
- Thermomètres à gaz : Ils mesurent la variation de pression d'un gaz à volume constant lorsque la température varie. Ces thermomètres sont utilisés pour définir les échelles de température.
- Thermomètres à résistance : Ils mesurent la variation de la résistance électrique d'un matériau (platine, semi-conducteur) en fonction de la température. Ces thermomètres sont très précis et utilisés dans de nombreuses applications industrielles.
- Thermocouples : Ils mesurent la tension électrique générée à la jonction de deux métaux différents en fonction de la température. Les thermocouples sont utilisés pour mesurer des températures élevées.
- Pyromètres (Photo-pyromètres optiques) : Ils mesurent la température d'un corps chaud en analysant le rayonnement qu'il émet. Ils sont utilisés pour mesurer des températures très élevées.
Étalonnage et précision
L'étalonnage d'un thermomètre consiste à comparer ses indications avec celles d'un thermomètre de référence, généralement un thermomètre à gaz. La précision d'un thermomètre dépend de plusieurs facteurs :
- La nature du phénomène thermométrique utilisé.
- La qualité de la fabrication du thermomètre.
- Les conditions de mesure (pression, humidité).
Applications des thermomètres
Les thermomètres sont utilisés dans de nombreux domaines :
- Industrie : Contrôle des procédés industriels, mesure de la température des moteurs, des fours, etc.
- Médecine : Mesure de la température corporelle, thermométrie infrarouge.
- Météorologie : Mesure de la température de l'air, de l'eau, du sol.
- Recherche : Expériences en physique, en chimie, en biologie.
Conclusion
La thermométrie est une science fondamentale qui a connu de nombreuses avancées. Les thermomètres modernes, de plus en plus précis et performants, sont indispensables dans de nombreux domaines. Le choix du thermomètre dépend de la plage de température à mesurer, de la précision requise et des conditions environnementales.