La température.

 La température est souvent définie comme le "degré de chaleur" et la température de l'air étant "l'ensemble des conditions atmosphériques variables, traduite par l'homme en sensations relatives de chaud ou de froid, et dont l'appréciation exacte est donné par la lecture du thermomètre".

 La notion donc de température est fondé sur des sensations de chaud et de froid. Pourtant théoriquement elle est liée à la vitesse des molécules de l'air, paramètre qui n'est bien sur pas facile à mesurer !!! Dés qu'il existe une différence de température, il y a tendance à égalisation de la température par échange de chaleur. La sensation de chaud et de froid dépendent aussi d'autres facteurs: en sortant de son bain, l'évaporation de l'eau resté sur le corps entraîne un refroidissement. Un vent froid et puissant accentue la sensation du froid... Il s'agit avant tout d'une grandeur fondamentale qui caractérise l'état physique d'un gaz comme l'air. Les services météo élaborent chaque jour des cartes où figurent différentes températures (voir ici la carte des températures minimales de ce jour et ici la carte des températures maximales)

 Tout corps soumis à un rayonnement électromagnétique en diffuse ou en réfléchit une partie, en absorbe une autre et transmet le reste. La partie absorbée est transformé souvent en énergie thermique. Le rayonnement solaire est émis par le soleil à une température d'environ 5800°K (degrés kelvin). Dans sa traversé de notre atmosphère, il est partiellement absorbé et diffusé par les molécules des gaz atmosphériques et il parvient au sol sous la forme de rayonnement solaire direct, provenant du disque solaire, et d'un rayonnement diffus provenant de la voûte céleste. La surface d'un corps solide soumise à ce rayonnement direct va réfléchir ou diffuser une partie de ce rayonnement incident: la proportion correspondante est l'albédo. Il est de 0,2 pour une prairie ou de la terre et 0,9 pour la neige ou une peinture blanche de voiture par ex (dans ce cas c'est seulement que 10% qui est absorbé par la surface). Il descend vers 0,05 pour des couleurs noir mat comme du bitume. Les corps transparents (vitre, air, eau claire) transmettent une grande partie du rayonnement incident et n'en absorbent et n'en diffusent que très peu: ils ne s'échauffent pratiquement pas. En plein soleil une surface perpendiculairement orientée vers le soleil reçoit jusqu'à 1100w par mètre carré. Par un ciel fortement chargé en grosses masses nuageuses, le rayonnement diffus (sans le rayonnement direct) qui parvient de ce ciel nuageux peut dépasser les 600w par mètre carré !

 Le rayonnement terrestre est émis par tous les corps de la planète, y compris l'atmosphère, c'est un rayonnement infrarouge rouge. On parle dans ce cas d'émissivité. Une surface noire, prés du sol et dont la température est voisine de celle de l'air, émet vers le ciel plus de rayonnement terrestre qu'elle n'en reçoit.

 Des échanges thermiques peuvent également se produire par conduction et convection. La chaleur va ainsi cheminer au travers du matériaux ou du gaz (amusez vous à toucher les parois d'une casserole d'eau bouillante et vous comprendrez...). Les corps se caractérisent par leur conductivité thermique qui les groupe en bons conducteurs de la chaleur comme les métaux, ou en mauvais conducteurs comme le bois ou l'air. Un corps solide plongé dans l'air n'échange sa chaleur que très faiblement et d'une manière négligeable en comparaison d'un échange par convection naturelle. L'air chauffé se dilate et tend ainsi à monter, donc les échanges seront bien plus importants lorsque par une journée ensoleillée sans vent le sol est surchauffé. La nuit, l'air refroidit au contact du sol et tend à stagner sans engendrer de mouvements turbulents, le transfert de chaleur est ainsi quasi inexistant (ceci explique les gelée nocturnes de printemps, en absence de vent ou de brassage de l'air). Par effet du vent, les échanges convectifs sont accrus ce qui se comprend facilement.

 Le changement d'état avec le passage de l'eau liquide à l'état de vapeur absorbe de la chaleur, environ 2600 joules par gramme d'eau évaporée. Pour évaporer 1 mm d'eau, il faut 260 joules par cm carré, si ce mm est évaporé en 1 h, la puissance nécessaire sera de 720 W par m carré. Par la méthode psychrométrique, dans les stations météo, on mesure ainsi l'humidité de l'air. Plus l'air est sec, plus l'évaporation est importante et plus l'abaissement de température lié à cette évaporation sera important. Un thermomètre dont le réservoir est maintenu mouillé (par un morceau de mousseline trempant dans de l'eau) affichera une température d'autant plus basse que l'air sera sec. Avec une table et par comparaison avec la température de l'air ambiant on détermine l'hygrométrie de l'air. Inversement un corps froid sur lequel va se déposer de la rosée, cette condensation va apporter une importante quantité e d'énergie (qui va par ex éviter le gel). La condensation de 1g d'eau dégage bien sur autant de chaleur que ce qui est nécessaire à son évaporation.

 Les propriétés physiques de tous les corps dépendent de leur température. C'est ce changement d'état physique de l'eau qui sert de référence à l'échelle thermomètrique. La dilatation de ces corps est un moyen d'apprécier leur température. C'est grâce à cette propriété que l'on a crée les thermomètres bimétalliques ou ceux à mercure, à alcool ou à toluène. L'échelle utilisée est l'échelle Celsius, où le 0 degrés correspondant à la température de la glace fondante et ou le 100 degrés correspondant à la température de la vapeur d'eau bouillante (sous pression atmosphérique "normale" de 1013,25 Hpa). Les physiciens utilisent le degrés kelvin où le zéro degrés correspond à moins 273,15 degrés celsius (°C). Dans le temps jadis existait comme unité de mesure de la température la calorie qui vaut 4,186 joules.

 Le rayonnement d'un corps est bien sur lié directement à sa température de surface. Ainsi on va pouvoir disposer de matériaux dont les caractéristiques physiques, électriques principalement, vont varier avec la température. La mesure de la résistance, par exemple, dans le cas de fil de platine, va permettre de déterminer la température. Ainsi il est possible de convertir sous forme mécanique (dilatation) ou électrique, une caractéristique thermomètrique. Il conviendra d'employer un étalonnage rigoureux et d'associer le système à un dispositif d'affichage (index, aiguille, affichage digital, etc) pour lire simplement la température du corps utilisé comme élément sensible. Bien entendu il conviendra d'utiliser des matériaux peu sensibles au vieillissement et ne présentant pas de dérives de caractéristiques dans le temps.

 Sur Terre, la température de l'air est comprise entre -88°C et +58°C et en France entre -33 et +44°C, disons un domaine de 100 degrés, entre -50 et +50 conviendra largement.

 Question: comment faire maintenant pour mesurer réellement la température de l'air et pas celle du réservoir du thermomètre ou de la thermo sonde? De plus il faut que cette mesure soit identique à celle de l'air libre et à la même hauteur au-dessus du sol... les problèmes arrivent !!!

 La mesure de la température de l'air n'a de sens que si le capteur (le thermomètre) est à la même température que l'air dans lequel il baigne: les échanges par convection entre le capteur et l'air sont prédominants. Ce capteur doit être à l'abri du rayonnement solaire (à l'ombre) et aussi du rayonnement terrestre (ni le ciel ne le sol ne doivent être visible depuis le capteur), dans une enceinte fermée, convenablement ventilée. Par brouillard, des gouttelettes peuvent se déposer sur le capteur et le refroidir en s'évaporant.

 Les caractéristiques d'un abri météo.

 Il ne doit pas modifier la température de l'air, tout en permettant à celui ci de pénétrer facilement par les orifices de ventilation. Ces ouvertures doivent être larges et dégagées, abritées des rayonnements parasites (sol, mur, arbre). Un système de double paroi va minimiser la différence de température entre les parois et l'air libre. L'abri doit avoir une inertie thermique aussi faible que possible et doit être peint en blanc à l'intérieur comme à l'extérieur. Sa forme ne doit pas freiner le passage de l'air dans des conditions ventées. En montagne il est bien difficile à cause du givrage et de la neige d'élaborer un abri idéal. La température est mesurée à 1,50m du sol et sur un sol gazonné ou représentatif de la région (sable, neige). Il est largement éloigné de tout obstacle et ne doit jamais se trouver à l'ombre.

 Les conditions les plus défavorables de mesures sont par vent calme et fort ensoleillement de jour ou nuit froide avec ciel clair sans vent. L'écart peut atteindre 1°C. Les parois internes coté soleil peuvent subir un échauffement de parfois 2 degrés supplémentaires par rapport au centre de l'abri ! En l'absence de vent, l'inertie thermique peut atteindre 20mn avec un abri grand modèle, contre 5mn pour le petit modèle (actuellement mis en service dans les stations Météo France). La constante de temps de la thermo sonde est voisine de 20s. Les caractéristiques hygroscopiques des matériaux de l'abri peuvent aussi apporter des erreurs dans les mesures particulièrement dans des conditions de brèves averses. En France l'abri grand modèle est surtout destiné à recevoir des enregistreurs, l'abri petit modèle est préféré actuellement car il représente un meilleur compromis. Des abris miniatures, formés de coupelles empilées commencent à voir le jour, mais souvent leur faible volume fait que les mesures y sont moins rigoureuses.

Dans les stations de Météo France la température est mesurée en permanence et dans ces données sont particulièrement soulignées les valeurs minimales (voir carte des minimas de ce jour) et maximales qui vont finalement caractériser le climat d'un lieu. Des mesures de températures sont aussi effectuées à 50 et à 10 cm du sol ainsi que au sol (à l'air libre, sans abri). D'autres mesures de températures sont réalisées à 10, 25, 50cm et 1m dans le sol. Dans l'abri, en plus de la température, une mesure de l'humidité de l'air est réalisé à l'aide d'une sonde d'humidité (hygristor). Il faut savoir, juste pour information, que la pression atmosphérique est maintenant mesurée à l'aire d'un baromètre électronique situé dans les locaux de la station météorologique.

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