II- Un Instrument de Mesure : le Baromètre et son évolution

 

Le baromètre est un instrument de mesure, utilisé en physique et en météorologie, qui sert à mesurer la pression atmosphérique.

Différentes sortes de baromètres existent et nous allons voir qu’ils ont évolué au fil du temps.

 

Il en existe plusieurs sortes, en partant du plus ancien au plus récent :

            - le baromètre à mercure,

            - le baromètre à gaz,

            - le baromètre à eau,

            - le baromètre anéroïde,

            - le baromètre électronique.

 

1) Le baromètre à mercure

Ce baromètre est inventé en 1643 par un physicien italien du nom de Torricelli.

 

bar-mercure-toricelli-1.jpg

Explication du fonctionnement d’un baromètre à mercure :

Le baromètre à mercure est composé d'un tube de verre contenant du mercure et dont l'extrémité ouverte (en bas) repose dans un bassin rempli de mercure. Une échelle graduée située sur le tube de verre permet de lire la pression.

fonctionnement-bar-mercure-2.jpg

Le principe physique du fonctionnement du baromètre à mercure est l'équilibre des forces. La colonne de mercure contenue dans le tube cherche à descendre sous l'effet de son poids. Cependant, l'air environnant pousse sur le mercure dans le bassin. La colonne de mercure cesse de bouger lorsque ces deux forces de poussée sont égales.

Lorsque la pression de l'air environnant augmente, elle pousse sur le mercure dans le bassin et fait remonter une certaine quantité de mercure dans le tube de verre. De façon contraire, une baisse du mercure dans le tube sera causée par une diminution de la pression atmosphérique.

C’est en observant la hauteur de la colonne de mercure dans le tube, que l’on  dispose alors d'une mesure de la pression de l'air.

 

Les 3 schémas ci-dessous mettent bien en évidence le fonctionnement du baromètre à mercure en fonction du temps.

Pour cela, il faut bien observer le niveau de la colonne de mercure.

3-schema-bar-mercure.jpg2) Le baromètre à gaz

Il ne contient pas de mercure.

Cet instrument mesure la pression atmosphérique grâce à la compressibilité d'un volume de gaz enfermé qui se comprime ou se détend en fonction de la pression atmosphérique. Le volume du gaz dépend également de la température ambiante et il faut donc faire une correction.

Il est composé de deux éléments, un tube en forme de U (liquide rouge) et un thermomètre (liquide bleu) qui sont mis en parallèle. Une baisse de pression fait monter le liquide rouge du baromètre et une hausse le fait descendre. Le thermomètre permet de faire les corrections nécessaires.

 

3) Le baromètre à eau

Ce baromètre a été inventé en 1619 par un hollandais.

Mais on appelle souvent ces baromètres à eau : baromètres de Goethe car on a retrouvé ce dispositif dans la chambre de ce scientifique le jour de sa mort.

Comment marche ce baromètre ? l’eau est emprisonnée dans une ampoule en verre, ensuite cette eau monte et descend dans le bec en fonction de la pression atmosphérique. 

 barometre-eau.jpg

On constate que lorsque la pression atmosphérique augmente, le niveau du liquide dans le tube descend. Inversement, lorsque la pression baisse, il y a moins d'appui sur l'eau et le liquide monte.

Ces baromètres ne sont plus utilisés aujourd’hui que pour la décoration car une des faiblesses de ce baromètre est sa sensibilité à la température.

 

4) Le baromètre anéroïde 

Il est mis au point par un français : Lucien Vidi en 1844.

Ce baromètre ne contient pas de liquide.

Il est composé d'une boîte en tôle creuse, partiellement vide d'air, sur laquelle est montée une aiguille. L'air environnant presse sur la boîte. Lorsque la pression atmosphérique change, la boîte se déforme et l'on peut lire la valeur de la pression sur le cadran.

bar-aneroide-1.jpg

Les parois d'une capsule vide d'air, dite « capsule de Vidi » sont maintenues écartées par un ressort. La pression atmosphérique appuie plus ou moins sur la boîte (capsule) anéroïde et fait ainsi tourner l'aiguille sur le cadran, grâce à un mécanisme de précision.

bar-aneroide-2.jpgLe baromètre anéroïde est moins précis que le baromètre à mercure mais il permet en contrepartie de fabriquer des instruments compacts, beaucoup plus robustes et facilement transportables, surtout en mer.

Il y a sur ces baromètres une seconde aiguille que l’on peut déplacer nous-même et qui sert à conserver en mémoire la valeur de la pression.

 

 bar-enregistreur.jpgLe baromètre enregistreur est appelé barographe. Dans ce baromètre, l’aiguille indicatrice est remplacée par un stylet encreur. Elle inscrit une courbe de variation de la PA sur une feuille graduée .   

 

5) Le baromètre électronique

Il traduit en valeurs numériques les déformations d’une capsule vide en évitant l’utilisation des pièces mobiles d’un baromètre anéroïde classique. 

bar-electronique.jpg

Aujourd’hui les baromètres du réseau de Météo-France utilisés actuellement sont des baromètres numériques compensés en température.

Le baromètre numérique mesure la pression atmosphérique à l’aide de deux capteurs capacitifs : un capteur de pression et un capteur de température. En effet, la variation de la température entraîne une dilatation du capteur de pression qu’il faut prendre en compte lors de la mesure. Ces deux capteurs sont reliés à un circuit oscillateur qui délivre un signal. La fréquence de ce signal varie en fonction de la pression. Ce signal est ensuite traité par un micro-processeur qui calcule la valeur de la pression en tenant compte de la température et délivre les informations sous forme numérique. 

 

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