Un thermomètre désigne un appareil qui sert à mesurer et à afficher la valeur de la température depuis l'époque moderne. L'ensemble de ces mesures, variations ou relevés thermiques, relève du domaine d'étude de la thermométrie. Développé durant les , cet instrument de plus en plus précis, diversement gradué est utilisé dans différents domaines.. Les applications des thermomètres sont multiples, en météorologie, en médecine, en cuisine, pour la régulation, dans les procédés industriels
Histoire Invention L'ancêtre du thermomètre est le thermoscope, appareil mettant en évidence des différences de température, mais sans les mesurer. Les premiers thermoscopes remontent à l'Antiquité, comme ceux de Philon de Byzance et de Héron d'Alexandrie. Le principe est la variation de volume, selon la température (dilatation thermique volumique), d'une quantité d'air déplaçant une colonne d'eau..
Le mot français « thermomètre » est un néologisme savant, par association et dérivation sémantique de deux mots grec ancien, (« chaud ») et (« mesure »)). Ce terme français qualifiant un « instrument servant à indiquer le degré de température » ou explicitement la « mesure de la chaleur » a été inventé par le jésuite lorrain Jean Leurechon qui rappelle son principe dans son ouvrage Récréations mathématiques paru en 1624Entrée « thermomètre » dans le TLFi : il s'agit du « thermomètre » ou thermoscope à air, déjà utilisé par Galilée dès 1592, puisque qu'un changement de température fait monter le niveau de l'eau dans un tube de faible section. Cette application avait été déjà reprise par le médecin vénitien d'origine istrienne, Santorio, ami de Galilée, à qui la paternité de l'invention est souvent faussement attribuée. En fait, Santorio améliore le thermoscope de Héron d'Alexandrie, en fixant des graduations décimales avec un minimum correspondant à la température de la neige, et un maximum correspondant à celle de la flamme d'une bougie. Toutefois son système reste ouvert, soumis à la pression atmosphérique (qu'on ne connaissait pas encore), son « thermomètre » tient aussi du baromètre.. Ce n'est qu'en 1644 que Torricelli, ancien élève de Benedetto Castelli, ami et continuateur des travaux de Galilée, met en évidence la pression atmosphérique, et invente conjointement le baromètre proprement dit.
En 1654, Ferdinand II de Médicis, grand-duc de Toscane, inventa un instrument radicalement nouveau et créa le premier véritable thermomètre. Il prit en compte la variation de hauteur d'une colonne de liquide représentant la dilatation thermique de ce liquide et non la dilatation de l'air. Le liquide choisi fut de l'esprit de vin (éthanol) teinté soit avec du sang-dragon soit avec du kermès pour rendre la colonne aisément visible. De plus, il scella le tube capillaire, si bien que les variations de hauteur observées ne dépendaient plus de la pression atmosphérique..
Ce thermomètre portait 50, 100 ou 200 graduations selon les modèles. Le modèle le plus répandu, celui qui comportait 50 degrés, marquait 10 degrés en hiver et montait, en été, à 40 degrés. Dans la glace fondante, il indiquait . Ce modèle, connu sous le nom de thermomètre florentin, fut fabriqué en de multiples endroits et resta en usage jusqu'à la fin du Henry Carrington Bolton, Evolution of the thermometer 1592-1743, Easton, PA, The Chemical Publishing Company, 1800..
En 1694, Carlo Renaldini, disciple de Galilée et ancien membre de l'Accademia del Cimento, publia un livre dans lequel il suggèra de prendre le point de fusion de la glace et le point d'ébullition de l'eau comme points fixes de l'échelle thermométrique. Il proposa de diviser l'espace entre ces deux points en 12 parts égales. Sa suggestion ne fut pas reprise par ses contemporains qui ne croyaient pas que le point dʼébullition de l'eau puisse constituer un point de référence fiable.
vignette|upright=0.75|Thermomètre de Fahrenheit de la fin du Musée Galilée, Florence. C'est dans le courant du que l'invention de différents types de thermomètre prit son essor dans plusieurs pays d'Europe.
Vers 1700, Isaac Newton (1642–1727) se consacra au problème de la chaleur. Il élabora une première échelle de température qualitative, consistant en une vingtaine de points de référence allant de « l'air froid en hiver » jusqu'aux « charbons ardents du feu de cuisine ». Cette façon de faire étant grossière et problématique, Newton en devint vite insatisfait. Au bout d'un certain temps, il définit « zéro degré de chaleur » comme correspondant à la neige fondante et « 33 degrés de chaleur » comme correspondant à l'eau bouillante.
En 1702, l'astronome Ole Christensen Rømer fabriqua, au Danemark, un thermomètre à alcool marquant l'eau bouillante à et la glace pilée à . En 1717, le savant allemand Gabriel Fahrenheit remplaça l'alcool par du mercure et donna au thermomètre sa forme définitive. Il proposa également la première échelle de températures à être adoptée assez largement, fixant à la température de la glace fondante et à la température normale du sang : est alors le point de fusion de la glace et est le point d'ébullition de l'eau sous pression atmosphérique normale.
En 1730, René-Antoine Ferchault de Réaumur, physicien et naturaliste français, construisit un thermomètre à « esprit de vin » (ancienne dénomination de l'éthanol), pour lequel il utilisa 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.L'auteur, Roger Lamouline, cite ce passage de Réaumur, tiré de son mémoire de 1730 : . À la suite de ceci, comme le dit Lamouline, il semble bien que pour Réaumur, . 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 »)..
L'astronome français Joseph-Nicolas Delisle, invité à travailler en Russie par Pierre le Grand, y fabriqua des thermomètres. Son échelle avait son zéro au point d'ébullition de l'eau et mesurait la contraction du mercure. En 1738, Josias Weitbrecht (1702–1747) recalibra l'échelle Delisle en fixant à 150 degrés le point de congélation de l'eau. Les thermomètres Delisle sont restés en usage en Russie pendant près d'un siècle.
Le physicien suédois Anders Celsius fit construire en 1741 un thermomètre à mercure, gradué de sorte que correspondît au point de congélation de l'eau, et à son point d'ébullition, qui fut utilisé de 1742 à 1750 à l’observatoire d’Uppsala. 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 inversèrent l'échelle de Celsius pour lui donner sa forme actuelle, à savoir 0 pour la température de fusion de la glace, et 100 pour la température d'ébullition de l'eau. De fait, en 1745, Linné présenta à l'académie suédoise un thermomètre à mercure qui marquait pour la glace fondante et pour l'eau bouillante.
Cependant, à la même époque, le secrétaire perpétuel de l’académie des Beaux-Arts de Lyon, Jean-Pierre Christin (1683-1755), faisait construire par l’artisan lyonnais Pierre Casati un thermomètre à mercure à échelle centésimale ascendante, qu’il présenta le à l’assemblée publique de cette académie. On attribua donc souvent à tort l'inversion de l'échelle mise au point par Celsius à Christin...
Le thermomètre suédois de Celsius et le thermomètre lyonnais de Christin-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 ».
+Principaux thermomètres en usage entre 1650 et 1750ParamètresFerdinand IINewtonRømerFahrenheitRéaumurDelisleCelsiusChristin***Année de publication/de diffusion16541700170217241730173817421743Ville de l'auteurFlorenceLondresCopenhagueLa HayeParisSaint-PétersbourgUppsalaLyonFluidealcoolhuile de linalcoolmercurealcool*mercuremercuremercurePoint haut...Vaporisation de l'eau(33)60(212)00100...Plus forte chaleur d'été40...Vaporisation de l'alcool80...Température corporelle**(37.5)1296Point bas...Fusion de l'eau (glace)(13.5)0(7.5)(32)01501000...Plus grand froid d'hiver100...Mélange eau/NH4Cl0Valeur de l'unité en degrés centigrades~20/31340/215/9~12/311Les valeurs en gras sont les points originaux de calibration des thermomètres. Les valeurs entre parenthèses sont les points de recalibration des échelles. *Réaumur a utilisé des mélanges éthanol/eau de différents titres pour diminuer l'évaporation de l'alcool.**Newton avait d'abord calibré son thermomètre sur sa température corporelle avant de choisir la température d'ébullition de l'eau. Fahrenheit avait choisi la température corporelle d'un cheval comme référence haute (96°). Son échelle a ensuite été recalibrée sur l'ébullition de l'eau (212°) et la fusion de la glace (32°). *** C'est la forme moderne de l'échelle de Celsius, inversée par rapport à l'échelle d'origine.
Principes généraux La mesure de la température peut être fondée sur la dilatation thermique et la variation de pression des corps (solides, liquides ou gazeux), ou toute autre propriété physique (tension électrique dans le cas du thermocouple, résistance électrique pour le thermomètre à résistance, 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.
Étalonnage En métrologie, un thermomètre est étalonné soit en le comparant avec un autre, soit en notant son comportement par rapport à un phénomène physique dont la température est connue. Dans le second cas, le plus souvent ce sont la température du point de fusion et celle d'ébullition à une pression connue de l'eau qui servent de repères. La méthode classique se passe en trois étapes.. :
Immerger le réservoir du thermomètre ou la partie sensible de la sonde de température dans un mélange de glace concassée et d'eau pure à une atmosphère (). Noter l'endroit sur le tube du thermomètre classique ou la valeur du courant de sortie de la sonde, une fois que l'équilibre thermique est atteint ; Refaire de même avec de l'eau bouillante en équilibre avec sa vapeur à une atmosphère standard ; Diviser l’intervalle entre ces deux données selon l'échelle utilisée (100 pour les degrés Celsius).
Cette méthode est encore utilisée pour les appareils d'utilisation courante comme les thermomètres médicaux. Pour un thermomètre ou une sonde de précision, l’étalonnage est maintenant réalisé en utilisant plusieurs points de référence de l'échelle internationale de température de 1990 fondés sur les états d’équilibre thermodynamique de treize éléments chimiques purs et d’une substance composée, l’eau. Il peut être réalisé au moyen de certains bains cryothermostatiques équipés d'une cuve à débordement (homogénéité meilleure que )..
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