Science et technologie s1524

Les instruments de mesure utilisés en météorologie

 

Instruments pour mesurer la température

Le thermomètre

Le thermomètre est un instrument qui permet de mesurer la température ambiante. C’est un tube de verre gradué qui contient soit une colonne de mercure (gris argent) ou une colonne d’alcool (rouge). Au fur et à mesure que la température augmente, la colonne de mercure ou d’alcool se dilate, elle devient plus grande. On dit que son volume augmente. Au contraire, si la température diminue la colonne de mercure ou d’alcool se contracte, elle devient plus petite. On dit que son volume diminue.


Source

Le thermomètre, tel qu’on le connaît aujourd’hui, a été inventé par le duc de Toscane en Florence vers 1654.

Unités de mesure : Le degré Celsius (º C) ou le degré Fahrenheit (º F)

Le thermomètre à maximum et à minimum

Le thermomètre à maximum et à minimum est un instrument qui permet de mesurer la température maximale et la température minimale atteinte dans un intervalle de temps donné. Il existe différentes sortes de thermomètre à maximum et à minimum mais la plupart du temps cet instrument ressemble à un thermomètre conventionnel auquel on a ajouté des marqueurs (curseurs en forme de petites haltères aussi appelés index). La lecture de la température à la position des marqueurs nous donne la température maximale et minimale.

Le thermomètre à maximum et à minimum a été inventé par James Six en 1782.

Unités de mesure : Le degré Celsius (º C) ou le degré Fahrenheit (º F)

 

Instruments pour mesurer la pression atmosphérique

Le baromètre à mercure

Le baromètre à mercure est un instrument qui permet de mesurer la pression atmosphérique. Le baromètre à mercure est constitué d’un tube de verre gradué qui est renversé dans une cuve remplie de mercure. La pression atmosphérique exerce une poussée sur la surface libre du mercure. Lorsque la pression atmosphérique augmente, la poussée sur la surface libre du mercure devient plus grande et le mercure monte à l’intérieur de tube gradué. À l’inverse, lorsque la pression atmosphérique diminue, la poussée exercée sur la surface libre du mercure diminue elle aussi et le mercure descend à l’intérieur du tube gradué.


Source

Le baromètre à mercure a été inventé par Torricelli en 1643.

Unités de mesure : Hectopascals (hPa) ou millibar (mbar) ou millimètres de mercure (mm Hg)

1013 hPa = 1013 mbar = 760 mm Hg

Le baromètre anéroïde

Le baromètre anéroïde est un instrument qui permet de mesurer la pression atmosphérique. Le baromètre anéroïde est essentiellement constitué d’une capsule métallique à l’intérieur de laquelle le vide a été fait. Lorsque la pression atmosphérique augmente, la capsule est alors compressée et lorsque la pression atmosphérique diminue la capsule se détend et reprend de plus en plus sa forme initiale. Une aiguille est reliée à un petit système mécanique qui amplifie les mouvements de la capsule. Cette aiguille nous permet de lire sur un cadran gradué la valeur de la pression atmosphérique.

Le baromètre anéroïde a été inventé par Lucine Vidie vers 1843.

Unités de mesure : Hectopascals (hPa) ou millibar (mbar) la plupart du temps. Millimètres de mercure (mm Hg) plus rarement.

 

Instruments pour mesurer le vent

La girouette

La girouette est un instrument qui nous indique l’origine du vent. C’est un pointeur (une flèche, un coq etc.) qui est monté sur un axe rotatif. Le pointeur peut tourner librement autour de son axe et s’aligne donc parallèlement au vent. C’est la partie la plus mince du pointeur (la pointe de la flèche, le bec du coq etc.) qui nous indique la provenance du vent. Il peut y avoir une croix immobile indiquant les points cardinaux fixée sous le pointeur d’une girouette traditionnelle.


Source

Puisque l’usage des girouettes s’est répandu en Europe durant le moyen-âge et qu’il en existait même 4000 ans auparavant, on ne peut pas dire qui en est l’inventeur précisément.

Unités de mesure : Les points cardinaux ou les degrés d’orientation par rapport au nord géographique.

La manche à air (manche à vent)

La manche à air est un instrument qui nous indique l’origine du vent et nous donne aussi une approximation de la vitesse du vent. C’est un tube de toile souple fermé à l’une des extrémités que l’on appelle manchon et fixé à un mât. Le vent s’engouffre par l’ouverture et soulève le manchon. Il y a toujours au moins trois bandes rouges et deux bandes blanches qui s’alternent. Ces bandes nous permettent une approximation de la vitesse du vent. Chaque bande correspond à une vitesse de 5 nœuds (environ 9 km/h). Alors quand il y a cinq bandes du tube de toile complètement à l’horizontal on peut dire qu’il y a un vent d’au moins 25 nœuds (environ 45 km/h). Le tube de toile peut aussi pivoter sur son axe alors il nous permet de connaître la direction du vent. Le manchon pointe vers où le vent se dirige.


Source

L’anémomètre

L’anémomètre est un instrument qui nous indique la vitesse du vent. L’anémomètre est composé de coupelles en forme de demi-sphères vides orientées dans le même sens qui tournent librement autour d’un axe. Dans les anémomètres modernes, un système électronique permet alors de calculer le nombre de tours effectués par les coupelles dans un certain temps. La vitesse du vent apparaît alors sur un petit écran. On peut très bien connaître la vitesse du vent seulement de façon mécanique aussi.


Source

L’anémomètre a été inventé par l’architecte italien Leon Battista Alberti en 1450.

Unités de mesure : En kilomètres par heure (km/h) ou en mètres par seconde (m/s)

 

Instruments pour mesurer les précipitations

Le pluviomètre

Le pluviomètre est un instrument qui nous permet de calculer la quantité de pluie qui est tombée. Il y a deux parties importantes dans un pluviomètre. La partie supérieure reçoit les précipitations. Elle a une forme d’entonnoir pour bien recueillir les précipitations et diminuer l’évaporation. Les précipitations s’égouttent vers la partie inférieure du pluviomètre. La partie inférieure est tout simplement un cylindre gradué.


Source

On a attribué l’invention du pluviomètre à Castelli en 1639. Mais il ne faut pas oublier que le pluviomètre est un des plus vieux instruments de mesure. On utilisait le pluviomètre 400 ans av J-C.     

Unités de mesure : Millimètres de pluie tombée (eau liquide)

L’échelle à neige

L’échelle à neige est un instrument qui permet de mesurer la quantité de neige au sol au moment où l’on en fait la lecture. L’échelle à neige est un poteau qui est enfoncé perpendiculairement dans le sol. Il y a une graduation sur le poteau et le zéro se trouve au niveau du sol.


Source

Unité de mesure : Centimètres de neige

Nivomètre

Le nivomètre est un instrument qui permet de mesurer la quantité de neige qui est tombée entre deux relevés. Le nivomètre le plus connu est celui de Nipher. Il est constitué d’un entonnoir ouvert vers le ciel qui sert à recueillir les flocons de neige. La neige tombe ensuite dans un cylindre que l’on peut chauffer. La neige se transforme en eau et on peut alors mesurer le nombre de millilitres que l’on a recueillis. Sachant qu’un millilitre d’eau équivaut à un centimètre de neige tombée on peut déduire la quantité de neige qui est tombée. Tout ce système est monté sur un tube dont la hauteur peut varier.


Source

Unités de mesure : Centimètres de neige 

 

Instruments pour mesurer l’humidité

Le psychromètre

Le psychromètre est un instrument permettant de déterminer l’humidité relative de l’air. Le psychromètre est composé de deux thermomètres fixés côte-à-côte. Le premier thermomètre est appelé thermomètre sec (a sur le dessin). Le deuxième thermomètre est appelé thermomètre mouillé (b sur le dessin) car on l’entoure d’un bout de tissu appelé mousseline (c sur le dessin) et ce bout de tissu trempe continuellement dans l’eau. L’eau s’évapore en absorbant la chaleur de l’air ambiant. L’air ambiant devient alors plus froid et le thermomètre mouillé indiquera une température plus basse que le thermomètre sec. Plus l’air ambiant est rempli d’eau (d’humidité) moins l’évaporation du thermomètre mouillé sera possible. Plus l’écart des températures lues sur les thermomètres sera grande plus l’humidité relative de l’air sera petite. Lorsque l’air est saturé d’eau, les deux thermomètres indiquent la même température, l’humidité relative de l’air est de 100 %.


Source

Voici une table psychrométrique.

Unités de mesure : Pourcentage de l’humidité relative de l’air (%).

L’hygromètre à cheveux

L’hygromètre à cheveux est un instrument qui permet de mesurer le degré d’humidité relative de l’air. Cet instrument utilise la propriété qu’ont les cheveux de s’allonger lorsque l’humidité relative augmente. Les cheveux blonds féminins seraient les plus sensibles à cette propriété. On accroche donc un poids à une extrémité des cheveux placés à la verticale et on relie le tout à un système de levier pour qu’une aiguille puisse se déplacer et afficher le pourcentage d’humidité sur un cadran gradué. On peut aussi utiliser le crin de cheval.


Source

Unités de mesure : Pourcentage de l’humidité relative de l’air (%).

 

Instruments pour mesurer le rayonnement solaire

L’héliographe

L’héliographe est un instrument qui permet de mesurer le nombre d’heures d’ensoleillement dans une journée. L’héliographe est formé d’une boule de cristal et d’un support pour un carton qui peut bouger selon la saison. La boule de cristal de l’héliographe agit comme une loupe et concentre les rayons du soleil. Les rayons du soleil brûlent une bande de carton située à l’arrière de la boule de cristal. Au fur et à mesure que le soleil se déplace dans le ciel, les rayons concentrés se déplacent aussi et brûlent le carton en formant une ligne. Lorsqu’il y a un nuage qui cache le soleil et bien il n’y a pas de brûlure sur le carton pour cette période. À la fin de la journée, on doit enlever le carton et à l’aide d’une règle graduée en heure on mesure la longueur de toutes les brûlures. On obtient donc le nombre total d’heures d’ensoleillement de la journée.


Source

Le premier héliographe a été fabriqué par Campbell en 1853.

Unités de mesure : Heures d’ensoleillement

Le pyranomètre

Le pyranomètre est un instrument qui permet de mesurer le rayonnement global du ciel. La lumière du ciel entre dans la double coupelle de verre et réchauffe une pile thermique. La pile produit alors un courant électrique que l’on peut mesurer.

Unités de mesure : Watts (W)

 

Autres instruments

Le ballon-sonde

Le ballon-sonde est un instrument qui permet de prendre des mesures localement dans l’atmosphère. Le ballon-sonde est constitué d’un ballon rempli d’hélium ou d’hydrogène ainsi que d’une nacelle appelée radiosonde. On retrouve habituellement à bord de la radiosonde les instruments de mesure pour la température, la pression, l’humidité et le vent. On utilise un système de radiolocalisation pour suivre la position du ballon-sonde et on peut par le fait même déterminer la vitesse des vents. Le ballon-sonde s’élève dans l’atmosphère. Les données recueillies par les instruments sont transmises au sol par un système d’émetteur. À une certaine altitude le ballon éclate et la sonde redescend au sol à l’aide d’un parachute.


Source

Le ballon-sonde a été inventé en 1892 par Gustave Hermite.

L’Abri Stevenson

L’abri Stevenson est une boîte qui sert à protéger des intempéries et de la chaleur les instruments de mesures météorologiques (thermomètre, thermomètre à maximum et à minimum, baromètre, hygromètre, psychromètre). L’abri est recouvert de peinture blanche pour réfléchir les radiations solaires. L’abri est doté de persiennes pour que l’air puisse circuler librement. L’ouverture de l’abri est toujours orientée vers le nord.


Source


Source

L’abri Stevenson a été inventé par l’ingénieur Thomas Stevenson en 1864.

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