TEMPÉRATURE (météorologie)

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En physique, la température, dite thermodynamique, d’un gaz est une mesure de l’agitation des atomes et des molécules qui le composent. Elle est directement proportionnelle à l’énergie cinétique moyenne de l’ensemble de ces éléments microscopiques, c’est-à-dire à leur masse et au carré de leur vitesse. Quand le gaz reçoit de l’énergie, les particules se déplacent plus rapidement et la température augmente. La température est une grandeur de nature statistique qui n'a donc de sens que pour un système macroscopique comportant un grand nombre de particules. Elle est une donnée fondamentale en météorologie car, avec la pression et l’humidité, elle permet de déterminer les principales caractéristiques de l’état physique de l’atmosphère.

Unités et mesures de la température

L’unité légale de température est le kelvin, noté K, dont l’échelle est définie à partir de deux états : la température d’équilibre glace-liquide-vapeur, ou point triple de l’eau, qui vaut 273,16 K, et le zéro absolu (T = 0 K), qui correspond à un état où les atomes et les molécules ne s’agiteraient plus (énergie cinétique nulle). En principe, le zéro absolu représente aussi la limite inférieure des températures observables dans l’Univers.

Dans la vie courante, on utilise plutôt le degré Celsius (0C) dont l’échelle est définie à partir de la glace fondante (T = 0 0C) et de l’eau bouillante (T = 100 0C à la pression normale de 1 013,25 hPa). Les pays anglo-saxons utilisent l’échelle Fahrenheit pour laquelle la glace fond à 32 0F et l’eau bout à 212 0F à la pression normale.

Les relations qui permettent de passer de l’échelle Celsius aux deux autres sont les suivantes :

T(K) = T(0C) + 273,15 et T(0F) = 1,8 T(0C) + 32.

La température d’un objet est parfois définie comme la sensation de chaud ou de froid ressentie à son contact. Lorsque deux objets de températures différentes sont mis en contact, ils échangent de la chaleur ; l’objet le plus chaud se refroidit tandis que l’objet le plus froid se réchauffe. De l’énergie thermique est transférée à l’objet le plus froid lorsque des molécules du premier objet entrent en collision avec celles du second et leur transmettent ainsi une partie de leur énergie. Ce transfert cesse lorsque les deux corps sont à la même température, on dit alors qu’ils sont en « équilibre thermique ». L’homme étant très sensible aux échanges de chaleur avec son environnement, il a très rapidement envisagé le moyen d’en évaluer la température en utilisant la variation des caractéristiques de certains corps avec la température. Il s’agit alors de calibrer les variations de ces caractéristiques, puis de placer le corps en contact avec l’atmosphère jusqu’à se rapprocher de l’équilibre thermique avant d’en mesurer la température.

Abri de mesure météorologique

Photographie : Abri de mesure météorologique

Au centre, on observe un psychromètre composé d'un thermomètre sec (pour mesurer la température) et d'un thermomètre mouillé par une mousseline reliée à une réserve d'eau (pour déterminer l'humidité). Au-dessus se trouvent un thermomètre à maxima et un thermomètre à minima. À... 

Crédits : Guy Lachaud/ Météo France

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La variation de volume de l’air avec la température aurait été mise en évidence par Ctésibios d’Alexandrie et Philon de Byzance, 250 ans avant notre ère. En 1592, Galilée reprend leur expérience en utilisant une petite carafe de verre au long col, remplie d’air et renversée sur un vase rempli d’eau, l’eau du vase remontant plus ou moins haut dans le col de la carafe en fonction de la température. En 1608, Santorio Santorio (1561-1636) eut l’idée de graduer ce col, ainsi naquit le premier thermoscope. Mais ces instruments avaient pour inconvénient d’être non seulement sensibles aux variations de température, mais aussi à celles de la pression atmosphérique. En 1641, les premiers thermomètres scellés voient le jour, sous l’égide du grand-duc de Toscane, Ferdinand II de Médicis. Par la suite, l’eau sera remplacée par un mélange d’eau et d’alcool (esprit de vin), qui possède un coefficient de dilatation plus élevé. À partir de 1710, Gabriel Fahrenheit adopte le mercure, un liquide qui présente l’avantage d’être utilisable sur un large domaine de températures (de — 38 à + 356 0C) et qui sera largement employé pendant plus de deux siècles, avant d’être progressivement abandonné pour des raisons de toxicité.

Aujourd’hui, les principales méthodes de mesure de la température sont fondées sur : la dilatation thermique de corps solides, liquides ou gazeux ; la différence de dilatation thermique de deux métaux (dispositifs bimétalliques) ; la force électromotrice induite dans un ensemble de deux fils en métaux différents soudés à l’une de leurs extrémités (thermocouples) ; les variations de résistance électrique d’un métal ou d’un semi-conducteur (thermistance) ; le rayonnement thermique émis par le matériau à observer (capteurs infrarouges) ; le changement de couleur de certains cristaux liquides.

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Abri de mesure météorologique

Abri de mesure météorologique
Crédits : Guy Lachaud/ Météo France

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Répartition spatiale des températures de sol

Répartition spatiale des températures de sol
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Les principales couches de l’atmosphère

Les principales couches de l’atmosphère
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Coupe méridienne du champ de température

Coupe méridienne du champ de température
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Jean-Pierre CHALON, « TEMPÉRATURE (météorologie) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 03 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/temperature-meteorologie/