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RÉSUMÉ
La mesure de température recquiert une réflexion en amont, permettant de déterminer une chaîne de mesure. Ce choix de la chaîne de mesure se fait à partir de deux données : tout d’abord, la mise en évidence du problème que la mesure de température tente de résoudre ; puis en fonction des conditions et des contraintes constatées, le choix des instruments adaptés à cette mesure. Cet article rappelle en quelques définitions les notions de température et d’énergie thermique, mais aussi les diverses formes de transfert de cette énergie, indispensables à la compréhension du procédé. Est ensuite fourni un guide complet des principales questions qu’il est nécessaire de se poser avant une mesure, pour une bonne utilisation des instruments et la garantie d’un résultat satisfaisant.
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Jacques ROGEZ : Ingénieur de l'École Nationale Supérieure d'Électrochimie et d'Électrométallurgie de Grenoble - Docteur ès sciences - Directeur de Recherche CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) à l'Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence (Marseille)
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Jean le coze : Ingénieur civil des Mines - Docteur ès sciences - Professeur à l'École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne
INTRODUCTION
Avant de passer à la mesure de température elle-même, il est bon de se poser un certain nombre de questions et d'y répondre au mieux. Le choix d'une chaîne de mesure comprend deux étapes : d'abord bien cerner le problème que la mesure de la température permettra de résoudre en définissant les conditions de cette mesure. Ensuite, choisir l'instrument qui permettra le meilleur compromis parmi les diverses contraintes. Après le rappel de quelques définitions succinctes mais indispensables à la compréhension du fonctionnement des instruments de mesure de la température et de leur bonne utilisation, cet article fournira un guide des principales questions qu'il faut se poser avant la mesure.
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La température : grandeur mesurableArticle inclus dans l'offre
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2. Diverses formes de transfert de l'énergie thermique
L'énergie thermique tire son origine principalement de la vibration des atomes et des électrons. Elle est transmise d'un point à un autre de l'espace de diverses manières.
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Les atomes interagissent avec leurs proches voisins et peuvent ainsi propager l'énergie par un phénomène de conduction. Dans le cas des solides où les atomes sont organisés en réseaux, la vibration collective ainsi engendrée est traduite par la notion de « phonon » qui est la particule transportant l'énergie de conduction. La conduction atomique est d'autant plus faible que les forces de liaison entre atomes sont plus faibles. Par exemple, la conduction à travers un gaz est plus faible que celle au travers d'un liquide ou d'un solide. Dans le cas des métaux, où les électrons sont délocalisés, une part de l'énergie thermique est transférée par conduction à travers le « gaz d'électrons ».
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De plus, tout corps est source de rayonnement et cela d'autant plus que sa température est plus élevée. Le support de transmission de l'énergie est alors le photon : il s'agit d'un transfert par rayonnement .
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La convection est un transport d'énergie thermique par un fluide en mouvement qui vient ensuite la céder par conduction à une paroi dont la température est différente de celle du fluide.
Dans la pratique, ces trois formes de transfert de l'énergie thermique (conduction, rayonnement, convection) sont présentes simultanément. À ce titre, la distinction par exemple entre fluxmètres par conduction et fluxmètres par rayonnement est arbitraire. On peut cependant, en première approximation, selon la nature du milieu étudié et la gamme de température de travail, considérer (si possible après un calcul justificatif) que l'un des modes de transfert est prépondérant, c'est-à-dire qu'il véhicule la part la plus importante de l'énergie mise en jeu.
2.1 Conduction
Soit un milieu matériel présentant un gradient thermique dans une direction donnée ∂T /∂x. L'équation de Fourier exprime qu'il y a proportionnalité entre le flux d'énergie thermique Φ traversant une unité de surface orthogonale à cette direction et le gradient à un instant donné. Le coefficient de proportionnalité λ (en W · m–1 · K...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LAISSUS (J.) - Thermométrie et pyrométrie. Voyage dans le passé. - Mesures, p. 82, oct. 1965.
-
(2) - DANLOUX-DUMESNILS (M.) - Du thermomètre de Florence au thermomètre de Lyon. - Mesures, p. 1023, sept. 1961.
-
(3) - LANDAU (L.), LIFCHITZ (E.) - Physique statistique. - Éd. MIR., Moscou, 1e édition, 1967, Ellipses (1994).
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(4) - ATKINS (P.W.) - Chaleur et désordre, le deuxième principe de la thermodynamique. - L'univers des sciences. Bibliothèque Pour la Science. Belin (1999).
-
(5) - DE RYCKER (H.) - Chaleur et entropie, démystification de la notion d'entropie. - Vaillant-Cannanne SA Liège (1976).
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(6) - * - Comité international des poids et mesures. Comité consultatif de thermométrie ( CCT) – 8e Session – Annexe...
1 À lire également dans nos bases
CABANNES (F.) - Pyrométrie optique. - [R 2 610] Base documentaire Archives Analyse/mesures (1990).
PAJANI (D.) - Thermographie – Principes et mesure. - [R 2 740] Base documentaire Mesures physiques (2001).
MOUTET (A.), CRABOL (J.), NADAUD (L.) - Températures des gaz et des flammes. - [R 2 750] Base documentaire Archives Analyse/mesures (1974).
MOSER (A.) - Échelles thermométriques. - [R 2 510_10_1983] Base documentaire Archives Analyse/mesures (1983).
SADLI (M.) - L'échelle internationale de température: EIT-90. - [R 2 510] Base documentaire Mesures physiques (2006).
ROGEZ, LE COZE (J.) - Étalonnage et vérification des thermomètres. - [R 2 520] Base documentaire Mesures physiques (1988).
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