MANCLIM Manuel d'obervations climatologiques : température

• 3.1 Généralités
• 3.2 Équipement
• 3.3 Lecture des thermomètres
• 3.4 Remise au point des thermomètres
• 3.5 Défectuosités des thermomètres
• 3.6 Entretien des thermomètres
• 3.7 Entreposage des thermomètres
• 3.8 Enregistrement des observations de température

3.1 Généralités

On peut définir la température comme le degré de chaleur ou de froid mesuré sur une échelle donnée. L'échelle de température la plus couramment utilisée en météorologie est l'échelle Celsius.

L'échelle Celsius est conçue de manière à présenter 100 divisions, ou degrés, entre le point de congélation de l'eau et son point d'ébullition (figure 3-1). À noter que l'eau gèle à 0 °C et bout à 100 °C. Parmi les autres points de repère sur l'échelle Celsius figurent la température du corps (37 °C), la température de confort intérieur (20 °C) et le point de congélation du mercure (-39 °C).

Figure 3-1 : Échelle Celsius de la température

3.2 Équipement

L'équipement normalement fourni pour mesurer la température de l'air est le suivant :

• Un abri Stevenson avec son support
• Un thermomètre à maximum
• Un thermomètre à minimum

Si disponible, le SMC peut fournir des thermomètres à fins de rechange. Les thermomètres de rechange doivent être entreposés selon les directives du SMC (voir 3.7).

3.2.1 L'abri Stevenson

L'abri Stevenson a été conçu par le Britannique Thomas Stevenson (1818-1887), ingénieur civil et père de l'auteur Robert Louis Stevenson. L'abri Stevenson est une structure de bois à doubles persiennes (figure 3-2), peint en blanc et destiné à abriter les thermomètres des rayons directs du soleil, des précipitations et de la chaleur renvoyée par le sol. La construction à persiennes permet une libre circulation de l'air sur les réservoirs des thermomètres. Pour qu'on puisse faire des comparaisons valides avec d'autres stations, l'abri est toujours monté sur un support, à une hauteur telle que les réservoirs des thermomètres soient entre 1,25 m et 2 m au-dessus du niveau du sol. La porte fait face au nord et s'ouvre vers le bas.

Figure 3-2 : Abri Stevenson (sur son support)

L'emplacement de l'abri Stevenson est généralement choisi par l'inspecteur du SMC et ne devrait pas être modifié sans son approbation. L'abri Stevenson devrait être placé comme suit :

• De préférence, sur une parcelle horizontale d'au moins 7 m sur 7 m et couverte d'un gazon maintenu court ;
• Éloigné de tout arbre, bâtiment, etc., d'une distance au moins égale au double de la hauteur de tout arbre, bâtiment, etc.; par exemple, l'abri doit être à au moins 20 m d'un arbre haut de 10 m ;
• L'abri doit être de niveau ;
• La porte de l'abri doit faire face au nord, de sorte que le soleil ne donne pas sur les thermomètres quand elle est ouverte ; et
• Le support sur lequel est fixé l'abri est préfabriqué et, s'il est installé comme le montre la figure 3-2, le plancher de l'abri sera à environ 115 cm au-dessus du sol. Un des côtés du support ne comporte pas de croisillon; ce sera le côté nord.

On devrait garder l'intérieur de l'abri propre et sans de débris. On devrait veiller à ne pas entraver la circulation de l'air en stockant des objets volumineux dans l'abri. L'abri sera remplacé ou repeint par l'inspecteur du SMC selon les besoins.

Figure 3-3 : Socle de l'abri Stevenson

3.2.2 Thermomètres

Les thermomètres à liquide sous verre sont les instruments standards utilisés pour les observations climatologiques. Ils fonctionnent sur le principe que le volume du liquide augmente à mesure que la température monte, ce qui fait dilater le liquide dans le tube. Quand la température baisse, le liquide du réservoir se contracte et la colonne de liquide raccourcit dans la plupart des thermomètres, le thermomètre à maximum étant l'exception.

Chaque thermomètre est inséré dans un fourreau protecteur auquel sont fixés deux anneaux. Le fourreau contenant un thermomètre est suspendu à des crochets de laiton dans l'abri. Le réservoir des thermomètres devrait être du côté gauche, pour que les chiffres inscrits sur le thermomètre soient à l'endroit.

Le thermomètre à minimum dans son fourreau d'aluminium est suspendu en position horizontale à ses crochets dans l'abri (voir la figure 3-2).

Le thermomètre à maximum, dans son fourreau, devrait être suspendu presque à l'horizontale, mais avec le réservoir légèrement plus bas que la tige (voir la figure 3-2). Il devrait être accroché sous le thermomètre à minimum, parce que le haut de l'abri risque probablement plus d'être réchauffé par le soleil vers le moment où la température maximale est atteinte, ce qui donnerait une lecture exagérément élevée.

3.2.3 Le thermomètre à maximum

Le thermomètre à maximum contient du mercure. Il enregistre la température la plus élevée atteinte depuis qu'il a été « remis au point ».

Dans le thermomètre à maximum, le tube dans lequel monte le mercure présente un étranglement juste au-dessus du réservoir (voir les figures 3-4 et 3-5). Cet étranglement laisse passer le mercure qui se dilate; par contre, quand la température baisse, le mercure rest pris au-dessus de l'étranglement ce qui permet à l'observateur de relever la température maximum. On doit alors remettre au point le thermomètre en forçant le mercure à redescendre sous l'étranglement jusque dans le réservoir. Si le thermomètre a été convenablement au point, il indiquera la température de l'air du moment.

Figure 3-4 : Thermomètre à maximum dans son fourreau

Figure 3-5 : Thermomètre à maximum

Le thermomètre à maximum est gradué en demi-degrés sur la plage de températures de 50 °C à -39 °C. Il n'y a pas de graduations en dessous de -39 °C parce que c'est la température à laquelle le mercure gèle. Pour éviter les dommages que pourrait causer le gel du mercure, le thermomètre à maximum doit être ramené à l'intérieur quand la température descend à -37 °C. Il faudra alors estimer la température maximale à l'aide du thermomètre à minimum (voir en 3.3.1).

3.2.4 Le thermomètre à minimum

Le thermomètre à minimum contient de l'alcool. Il se caractérise par la présence d'un petit flotteur en forme d'haltère, l'index, qui est immergé dans l'alcool et se déplace librement dans la colonne (voir la figure 3-7). Quand la température baisse, l'index recule avec la colonne d'alcool. Quand la température commence à monter, l'index ne bouge pas, son extrémité la plus éloignée du réservoir indique la température la plus basse atteinte.

Le thermomètre à minimum est gradué en demi-degrés, sur la plage de températures de 45 °C à -70 °C.

Le point de congélation de l'alcool du thermomètre à minimum est beaucoup plus bas que celui du mercure du thermomètre à maximum; il n'est donc jamais nécessaire de rentrer à l'abri le thermomètre à minimum.

Figure 3-6 : Thermomètre à minimum dans son fourreau

Figure 3-7 : Thermomètre à minimum et son index

3.3 Lecture des thermomètres

Ne pas s'approcher du thermomètre plus que nécessaire pour faire une lecture exacte. On avise l'observateur de ne pas diriger son souffle vers les thermomètres, ni d'utiliser des allumettes pour éclairer l'intérieur de l'abri. Si nécessaire, pour éclairer l'abri, on devrait utiliser une lampe de poche.

Pour lire avec exactitude le thermomètre à mercure, l'œil de l'observateur doit être au même niveau que l'extrémité de la colonne. Dans ces thermomètres, le ménisque est convexe (voir la figure 3-8), autrement dit, l'extrémité de la colonne de mercure est bombée, ou s'éloigne du réservoir. Ce renflement peut ne pas être visible mais, dans tous les cas, c'est l'extrémité de la colonne qu'il faudrait observer.

Pour lire le thermomètre à minimum à alcool, l'œil devrait être en face de l'extrémité de l'index la plus éloignée du réservoir. La lecture devrait être faite à l'extrémité droite de l'index.

Figure 3-8 : Lecture du thermomètre à mercure

Les relevés de température sont plus fiables quand on procède de façon méthodique. Pour y parvenir, on recommande les étapes suivantes :

3.3.1 Estimation de la température maximale

On peut estimer la température maximale à partir du thermomètre à minimum. Si en raison d'une température inférieure à -37 °C ou plus basse l'observateur a dû mettre le thermomètre à maximum à l'abri, il devrait estimer la température maximale à partir de lectures périodiques du thermomètre à minimum. Si ce n'est pas possible, on devrait encore faire une estimation en se basant sur les températures de « remise au point ». Chaque fois que, en raison du temps extrêmement froid il faut estimer la température maximale, enregistrer la valeur comme « estimée » dans la section « Commentaires » de COOLTAP.

3.4 Remise au point des thermomètres

Il faut faire preuve de prudence quand on remet au point le thermomètre à maximum. Ce type de thermomètre se brise plus que tout autre. Normalement, aucun bris n'est à craindre si l'on prend des précautions normales comme éviter de heurter un object tel l'abri, ou de laissé tomber le thermomètre. L'observateur doit être bien conscient que le thermomètre qu'il manipule est un fragile objet de verre.

Pour remettre au point le thermomètre à maximum :

1. On le sort de l'abri, et on saisit le fourreau par l'extrémité la plus éloignée du réservoir, en veillant à ce que la main ne touche pas la tige de verre. Ne jamais essayer de remettre au point un thermomètre à maximum qui n'est pas monté dans son fourreau protecteur.
2. On tient d'abord le thermomètre avec le réservoir vers le bas, comme le montre l'étape 1 de la figure 3-12. Le mercure peut venir se poser sur l'étranglement.
3. On lève ensuite le bras, seulement à hauteur d'épaule, en le tenant droit et en gardant le réservoir un peu plus bas que la tige (étape 2). Ensuite, on baisse le bras dans un arc régulier, aussi rapidement que possible (étape 3). Ce mouvement, quoique vigoureux, doit commencer et finir en douceur. Le mercure est alors entraîné dans le réservoir par la force centrifuge (étape 3).
4. Si nécessaire, répéter les étapes 1, 2 et 3, jusqu'à ce que le thermomètre soit revenu à la température de l'air, tel que l'indique le bout de la colonne de mercure du thermomètre à maximum.

Il est important que la remise au point soit toujours exécutée dans l'ordre indiqué ci-dessus. Si le mercure dans la colonne n'est pas en contact avec l'étranglement avant le début du mouvement vers le bas, il peut venir cogner et briser l'étranglement pendant le mouvement. C'est sans aucun doute ce qui a causé la perte de nombre de thermomètres à maximum, surtout par temps froid.

Nota : Les thermomètres à maximum fabriqués par la compagnie JUMO peuvent sembler présenter une rupture de la colonne de mercure à proximité de l'étranglement. Ne pas essayer de réunir les sections de colonne à cet endroit une fois que le thermomètre a été ramené à la température de l'air du moment. Cela ne signifie pas que le thermomètre est brisé.

Figure 3-12 : Comment remettre au point le thermomètre à maximum

Quand on manipule le thermomètre, ne jamais le tenir par l'extrémité du réservoir, ce qui rendrait impossible de ramener le thermomètre à l`température du moment sans qu'il refroidisse.

S'il fait soleil, essayer de garder le thermomètre à l'abri de des rayons directs (en lui faisant ombre avec le corps), le mercure réagit très rapidement à cette source de chaleur, ce qui rend impossible de le ramener à la température de l'air du moment.

Certains thermomètres à maximum se révèlent très difficiles à remettre au point par temps froid, et il peut être carrément impossible de le faire. Dans ce cas, remplacer le thermomètre par un instrument de rechange. Dans tous les cas où un thermomètre doit être remplacé, le signaler au bureau superviseur, qui fournira un autre thermomètre de remplacement.

On devrait remettre au point le thermomètre à minimum sans le sortir de l'abri. On se contentera de décrocher l'œillet droit du fourreau, et d'abaisser l'extrémité droite du thermomètre jusqu'à ce que l'index ait glissé au bout de la colonne d'alcool. Raccrocher l'œillet droit du fourreau pour ramener le thermomètre en position horizontale. Revérifier pour s'assurer que l'index touche bien l'extrémité de la colonne d'alcool.

3.5 Défectuosités des thermomètres

Un thermomètre à maximum, si son étranglement est endommagé lors d'une remise au point mal effectuée, peut se comporter comme un thermomètre ordinaire, parce que le mercure ne se rompt plus à l'étranglement. Si la colonne ne se brise pas du tout, on s'en aperçoit rapidement, parce que les lectures du thermomètre à maximum correspondent toujours à la température de l'air au moment de l'observation. À l'occasion, on rencontre un thermomètre dont la colonne « recule » d'un degré ou deux avant de se rompre. C'est un cas beaucoup plus sérieux, parce qu'il risque davantage de ne pas être détecté, surtout aux stations climatologiques où les lectures ne sont pas nécessairement faites au moment vers lequel la température maximale est normalement atteinte. Ce problème risque aussi davantage de survenir par temps froid. Un thermomètre présentant ce défaut devrait être immédiatement mis hors service et remplacé. Dans le doute, à savoir si un thermomètre est ou non défectueux, et s'il dispose d'un instrument de rechange, l'observateur peut faire des tests pendant quelques jours avec les deux thermomètres dans l'abri.

Dans un thermomètre à minimum, il arrive souvent que la colonne d'alcool présente des ruptures ou séparations (voir la figure 3-13), problème qui peut survenir si l'instrument a été secoué brutalement pendant le transport, ou a été soumis à des vibrations de l'abri causées par le vent, la porte qui claque, etc.

Figure 3-13 : Colonne d'alcool rompue

La colonne d'alcool se sépare sous l'effet de la distillation. Les segments qui se détachent de la colonne principale se regroupent généralement à l'extrémité la plus éloignée du réservoir. L'observateur doit inspecter soigneusement l'état de la colonne d'alcool d'un bout à l'autre. Si on constate que la colonne d'alcool est détachée en sections, le thermomètre devrait être mis hors service et remplacé.

Un thermomètre à minimum défectueux peut être réparé par l'observateur. On peut réunir une colonne brisée en tenant le thermomètre avec le réservoir vers le bas, et en le tapotant doucement sur la paume de la main, sur les pages d'un livre ouvert ou sur un morceau de caoutchouc souple (voir la figure 3-14).

Figure 3-14 : Comment réunir une colonne brisée

Une fois toutes les bulles ou ruptures de la colonne enlevées, on devrait garder le thermomètre à l'abri pendant au moins deux heures, en position verticale, réservoir vers le bas, pour laisser redescendre dans la colonne principale tout liquide qui aurait pu s'accumuler sur les parois internes. Ce thermomètre peut être conservé à des fins de rechange.

Si les techniques ci-dessus ne permettent pas de réunir la colonne ou si le thermomètre est défectueux pour toute autre raison, la nature de la défectuosité doit être signalée au bureau superviseur, avec une demande de thermomètre de remplacement.

3.6 Entretien des thermomètres

Les thermomètres fournis aux stations climatologiques ne demandent que peu d'entretien. On devrait les nettoyer de temps à autre, pour enlever la poussière et la saleté qui peuvent s'accumuler sur la surface extérieure et rendre la lecture difficile. Il suffit pour cela d'utiliser un chiffon humide.

En cas de poudrerie prolongée, on devra peut-être enlever la neige qui aurait pu entrer dans l'abri par les persiennes.

On devrait veiller à ne jamais laisser les thermomètres être indûment exposés à la chaleur. Un thermomètre trop proche d'une source de forte chaleur peut éclater.

3.7 Entreposage des thermometers

Le thermomètre à maximum ne contient certes pas beaucoup de mercure, mais un déversement à l'intérieur d'un local peut être dangereux pour la santé. Les thermomètres à mercure ne devraient jamais être entreposés dan un local, parce que le mercure est une substance dangereuse. Les observateurs devraient entreposer les thermomètres à maximum de rechange à l'extérieur, dans la mesure du possible. L'entretien des thermomètres à maximum devrait aussi être effectué à l'extérieur. Les thermomètres de rechange doivent être entreposés selon les recommandations des directives du SMC. On devrait prendre soin de ne jamais les entreposer très près d'une source de forte chaleur, parce qu'ils peuvent éclater.

L'inspecteur du SMC responsable de votre site doit être informé immédiatement si un thermomètre est brisé et que du mercure se répand.

3.8 Enregistrement des observations de température

Pour les thermomètres des stations climatologiques qui sont équipées d'instruments du Service météorologique du Canada de mesure de la température et des précipitations seulement, ce que l'on a introduit dans COOLTAP/IVR constitue le registre officiel de la station. On trouvera dans les manuels COOLTAP ou IVR les instructions sur la manière d'utiliser ces applications.

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