A l'intérieur de tout abri
météorologique se trouvent des instruments de mesure de la température
et de l'humidité . Les instruments que l'on voit ci-dessus dans
une configuration ancienne (intéressante d'un point de vue pédagogique, mais maintenant
obsolète d'un point de vue technique) présentent des limites techniques
(par exemple, le psychromètre.. ) et nécessitent des interventions humaines fréquentes
pour effectuer les relevés.
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Bien que la fiabilité des appareils
traditionnels soit prouvée et qu'ils soient toujours en usage dans une majorité de
stations à l'échelle de la planète, ils cèdent de plus en plus la place à des
capteurs électroniques reliés à des systèmes automatiques d'acquisition de données.
Les principes mis en jeu pour la mesure des principaux paramètres physiques de
l'atmosphère reposent sur les propriétés des détecteurs électroniques. Ci-contre : sondes éléctroniques
de température (T) et d'humidité (U) à l'intérieur d'un abri (document Météo-France) |
Pour découvrir le nom et la fonction
de ces instruments, cliquez sur l'une ou l'autre des images.
A l'intérieur de l'abri (en configuration
ancienne), 4 thermomètres coexistent pour enregistrer respectivement les températures
minimale, maximale, instantanée, ainsi que celle du thermomètre mouillé.
Le thermomètre à maximum: il est
analogue au thermomètre médical à mercure. En sortie du réservoir de mercure, un
étranglement interdit toute rétractation. Quand la température augmente, le mercure se
dilate normalement, mais quand elle diminue, la colonne de mercure ne peut se rétracter
dans le réservoir et sa longueur indique la température la plus élevée atteinte par le
thermomètre. Pour le réamorcer avant la mesure suivante, il est nécessaire de faire
effectuer un mouvement de fronde au thermomètre, le bulbe étant vers l'extérieur de la
trajectoire, afin de renvoyer le mercure dans son réservoir.
Le thermomètre à minimum: Le réservoir
contient ici du toluène. Dans le toluène se trouve un index coloré, libre de se
déplacer dans le thermomètre. Lorsque ce dernier est horizontal (notez cette position
dans l'abri), cet index ne peut sortir du toluène à cause des tensions superficielles
toluène-index et il l'accompagne dans ses rétractations. Par contre une hausse de
température laisse l'index sur place.
Thermographe (photo Jean Cassanet)
Cet appareil est utilisé pour enregistrer
l'évolution des températures en fonction du temps. Le thermographe utilise en fait un
bilame métallique dont l'une des extrémités est reliée à une pointe feutre qui
inscrit les variations de température sur un diagramme, lui même enroulé sur un
cylindre tournant, mû par un mouvement d'horlogerie.
Les
sondes de température :
La coupe de cet abri miniature montre la
disposition du capteur de température (en bas) et du capteur d'humidité (en haut)
(document Météo-France) |
Les sondes de température sont des capteurs
électroniques qui différent selon les propriétés physiques mises en jeu :
- les thermorésistances sont
basées sur le fait que la résistance électrique d'un conducteur métallique augmente
avec sa température. Les thermosondes à résistance de platine sont particulièrement
fiables et équipent actuellement les abris, en raison de la grande stabilité de leur
caractéristique et de leur fiabilité. A titre d'exemple, la résistance des fils de
platine d'un modèle de thermosonde varie quasi-linéairement de 92 ohms à -20°C à 115
ohms à 40°C.
- les thermistances sont des
semi-conducteurs dont la résistance varie avec la température. Elles sont tout
particulièrement utilisées dans les radiosondes en raison de leur faible inertie
thermique, d'un encombrement, d'une masse , et d'un coût faibles.
- les thermocouples sont
constitués d'une boucle associant deux métaux différents au moyen de deux soudures.
S'il existe une différence de température entre les deux soudures, il apparaît
une différence de potentiel entre ces deux points. Les thermocouples sont peu utilisés
en météorologie.
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Le principe du psychromètre
repose sur les effets associés aux changements d'états de l'eau. Lorsqu'une particule
d'eau passe de la phase liquide à la phase vapeur, une certaine quantité de chaleur
(chaleur latente de vaporisation) est nécessaire à cette transformation. Cette quantité
de chaleur est puisée par la particule dans son environnement immédiat qui se refroidit
donc. De fait, plus l'air environnant est sec et plus le processus d'évaporation de l'eau
est intense, plus la température diminue. Le psychromètre comporte 2 thermomètres, l'un
sec, qui mesure la température de l'air et l'autre dit "thermomètre
mouillé". mesurant la température de l'eau s'évaporant autour de son réservoir
entouré d'une mousseline maintenue imbibée d'eau. Cet appareil est très sensible à la ventilation. Des mouvements de l'air,
même de faible vitesse, ont de fortes conséquences sur la mesure.
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L'hygrographe
Détail du capteur d'un hygrographe
(Photo Bertrand Pajot) |
L'hygrographe utilise la propriété de
certaines molécules organiques (comme la kératine des cheveux) qui se dilatent ou se
rétractent en fonction de l'humidité relative ambiante. Une mèche de cheveux est
fixée sur un support par une extrémité. L'autre extrémité mobile, est reliée à un
mécanisme qui en amplifie les variations de mouvement. Un stylet, asservi à l'ensemble,
inscrit les variations d'humidité sur un diagramme, lui même enroulé sur un cylindre
tournant, mû par un mouvement d'horlogerie (ensemble mécanique similaire à celui d'un
thermographe ou d'un barographe). |
Les
sondes d'humidité :
Le capteur des sondes
d'humidité est un condensateur plan dont la capacité varie en fonction de l'humidité du
diélectrique. Ce dernier (film de polymère hygroscopique) possède une constante
diélectrique qui est une fonction de l'humidité relative ambiante. Une variation
d'humidité entraine une variation de capacité qui se traduit par une variation de
fréquence pour le circuit oscillant dans lequel le condensateur est inséré. Les
capteurs d'humidité usuels sont conçus pour fonctionner entre - 10 °C et + 40 °C, dans
une gamme de mesure de 0 à 100 % d'humidité, avec une précision de quelques %, et un
temps de réponse de l'ordre de 30 s.
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