Inventé en 1724 par Daniel Gabriel Fahrenheit, le thermomètre à mercure est aujourd’hui largement remplacé par d’autres technologies. Bien qu’il existe énormément de types différents de thermomètres, capables de mesurer certaines caractéristiques physiques, les cinq plus répandus sont : les dispositifs à dilatation de liquide, bimétalliques, à résistance thermique ou thermistance, les thermocouples et les appareils à rayonnement infrarouge.

Les thermomètres à dilatation de liquide

Leur fonctionnement est plutôt simple à comprendre. Un réservoir est lié à un capillaire extrêmement fin. La dilatation connue du liquide sous l’effet de la chaleur appliquée au réservoir le propulse dans le capillaire gradué : la finesse de ce capillaire ainsi que le coefficient de dilatation thermique du liquide sont essentiels pour mesurer un fort déplacement avec une faible variation de volume. Ainsi, le fluide parcourt d’autant plus de chemin qu’il fait chaud.

L’usage d’un liquide plutôt que d’un gaz permet de diminuer le biais de pression atmosphérique. Puis pour des raisons économiques et sanitaires, l’alcool coloré a progressivement remplacé le mercure. Si toutefois vous tombez sur un thermomètre à liquide argenté, il peut aussi s’agir de galinstan, un alliage de gallium, d’indium et d’étain qui présente des caractéristiques mécaniques proches du mercure.

Les thermomètres bimétalliques

Ils présentent généralement un afficheur à aiguille placée sur un cadran. Cette aiguille ou flèche qui donne la température sur le cadran gradué, est reliée à un ressort circulaire au centre de la sonde. Ce ressort est composé de deux différents métaux dont la dilation est différente, mais prévisible lorsqu’ils sont exposés à la chaleur. L’expansion de ce ressort avec la chaleur pousse l’aiguille sur le cadran.

Les thermomètres bimétalliques sont très peu coûteux mais néanmoins, il faut généralement plusieurs minutes pour atteindre la température cible. Sans compter que leur bobine métallique (faisant jusqu’à plusieurs centimètres) doit être entièrement immergée dans le matériau à mesurer pour obtenir une lecture précise.

Les thermomètres à résistance thermique RTD ou thermistance

Le principe fondamental est la mesure des effets de la chaleur sur les courants électroniques. En effet, la résistance interne de ce type de composant est strictement fonction de la température appliquée à la sonde. Sur une RTD, la résistance augmente en fonction de la chaleur de manière très linéaire, ce qui est pratique pour mesurer précisément une température même élevée, jusqu’à 800 degrés Celsius. Mais il s’agit d’une technique plutôt onéreuse.

À l’inverse, la thermistance voit sa résistivité intrinsèque baisser en fonction de la température. En fait, les deux avantages sont ici un coût de fabrication moindre et un temps de mesure rapide, au détriment de la plage de température réduite à moins de 300 degrés Celsius.

Les thermocouples

Les thermocouples fonctionnent selon la règle que lorsque l’on connecte deux métaux différents sur une plage de température différente, la jonction ou soudure génère un courant électrique. Ce courant change, de manière prévisible, avec les variations de température. Les thermocouples communs soudent ensemble le nickel et le chrome (appelé Type K), le cuivre et le constantan (Type T) ou le fer et le constantan (Type J).

La sonde de ce type de thermomètre exploite directement cette soudure comme capteur de chaleur. Le thermocouple reste un bon compromis entre résistance thermique RTD et thermistance : un coût de fabrication limité, un temps de mesure réduit, au détriment d’une légère baisse de précision par rapport aux RTD. Elle est souvent acceptable pour la plupart des applications particulières, voire même industrielles.

Les thermomètres sans fil

Plus récents, les thermomètres sans fil utilisent le rayonnement électromagnétique naturel des corps et objets. Cela permet la mesure de la température à distance et sans contact avec le fluide ou solide en question. Le rayonnement le plus facile à mesurer et économiquement accessible se situe dans l’infrarouge. Ainsi, une relation entre cette quantité et la température à mesurer est connue et étalonnée.

Ensuite, une interface homme-machine peut restituer une lecture quasi instantanée de sa valeur. Les applications sont notables dans le domaine de la santé, où les contaminations microbiennes sont courantes, ainsi que dans les milieux industriels hostiles, où des radiations dangereuses ou de fortes températures rendent toute mesure directe délicate.

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