LES APPAREILS DE MESURES

Les baromètres de type Torricelli restent la référence: sous l'effet de la variation de pression, le mercure monte ou baisse dans un long tube de verre préalablement vidé de l'air qu'il contenait. La pression atmosphérique est alors mesurée en mm de mercure et la correspondance avec l’unité légale de pression le Pascal est la suivante : 760 mm de mercure correspond à 1013 hPa.

         

Les baromètres de type anéroïde sont beaucoup plus répandus. Un baromètre anéroïde est constitué d'une boite métallique ( capsule de Vidie) vide d’air. Les parois fines se déforment plus ou moins sous l’effet de la pression. L’étalonnage d'un baromètre anéroïde est réalisé à partir du baromètre à mercure. Ces appareils sont peu fragiles, peu coûteux et faciles d'emploi, mais ils sont moins fiables et moins précis qu'un baromètre à mercure et nécessitent des réglages fréquents.
Les meilleurs modèles sont en réalité constitués de plusieurs boîtes empilées. Les mouvements de ce système sont amplifiés et transmis à une aiguille, laquelle se déplace devant un cadran gradué en mm de mercure (mm Hg), en millibars ou, plus rarement, en torrs. Le baromètre, quant à lui, permet d'observer: l'augmentation et la diminution de la pression atmosphérique la vitesse (ou mieux la courbe) de l'augmentation ou de la diminution de pression.


C'est pourquoi bon nombre de baromètres usuels possèdent des points de repère, toutefois sans grande signification : beau fixe, beau temps, variable, pluie, tempête. L'aiguille indicatrice est remplacée par un stylet encreur dans les modèles enregistreurs. Elle inscrit une courbe de variation de la pression sur une feuille graduée en fonction du temps écoulé (chaque feuille couvre une durée d'une semaine), entraînée par un tambour tournant (un tour en une semaine). Mais les mesures sérieuses se font en ayant recours à un système de mesure scientifique, à savoir: en millimètres de colonne de mercure(ci-dessous), en torrs, hectopascals (hPa), en millibars (mba).



On trouvera la correspondance de ces unités de mesure dans le tableau ci-dessous. Les baromètres à colonne de mercure réelle sont à la fois les plus précis et les premiers inventés. Si l'on met à part le torr, unité purement scientifique de pression, équivalant à 1/760 d'atmosphère, soit 1,333 baries ou 1,333 hPa (mbar), on observe généralement l'échelle de valeurs suivantes:

Millimètres Hectopascals Pouces anglais
de mercure (mbar) de mercure
720,0 960 28,35
724,0 965 28,50
727,5 970 28,65
731,0 975 28,80
735,0 980 28,90
739,0 985 29,10
742,5 990 29,25
746,0 995 29,40
750,0 1000 29,50
754,0 1005 29,70
757,5 1010 29,80
761,0 1015 30,00
765,0 1020 30,10
769,0 1025 30,30
772,5 1030 30,40
776,0 1035 30,55
780,0 1040 30,70


On peut, dans la pratique, afin de convertir les mm de mercure (mm Hg) en millibars, et réciproquement, adopter la correspondance mathématique suivante:
1 mm Hg = 1,333 hPa (mbar)
1 hPa = 0,750 mm Hg

Une méthode simple permet de suivre les variations de la pression atmosphérique : on reporte sur du papier millimétré les valeurs lues sur le baromètre, à raison de 5 mm par jour en abscisses (horizontalement) et de 1 mm par mm Hg ou par mbar, au besoin en portant la correspondance entre ces deux unités (760 mm Hg = 1 0 13 hPa en valeur approchée). Il convient de lire le baromètre chaque jour à la même heure et il est bon de noter à ce moment l'état du temps. Au bout de plusieurs mois, on arrivera ainsi à avoir une bonne expérience de la correspondance entre, la pression atmosphérique et le temps. En outre, un observateur attentif constatera vite que les hautes pressions ne sont pas toujours le signe de beau temps, et réciproquement.

L'emploi du baromètre enregistreur ou barographe, dont nous avons parlé, plus haut, est bien sûr plus rationnel que le report, toujours incomplet, sur papier millimétré. Naturellement, le baromètre enregistreur doit être, pour donner des indications précises, installé de façon stable à l'abri des trépidations et des secousses quelconques.

Les baromètres électroniques à capteur piezorésistif. Ces instruments offrent bien des avantages par rapport à ceux à mercure (compensation thermique automatique, absence d'influence de la gravité, lecture automatique par calculateur, prise de pression permettant l'utilisation d'un générateur de pression et l'absence d'influences dynamiques etc.). Ils utilisent un capteur qui garanti une stabilité et une exactitude de la mesure et assure une faible hystérésis, une excellente répétabilité et une bonne stabilité en température. Le signal de sortie de la sonde est conditionné de façon à délivrer une sortie tension ou une sortie courant linéaire proportionnelle à la pression barométrique. ...En revanche, leurs performances métrologiques à moyen et long terme sont moins sûres (dérives brutales, parfois réversibles...).

         


L'altimètre, on peut enfin, faute de mieux, l'employer pour mesurer la pression atmosphérique. Les appareils portables de ce genre ne sont que des baromètres anéroïdes, gradués généralement en mm Hg ou en millibars ainsi qu'en mètres d'altitude. Ils servent aux alpinistes, aussi bien pour la connaissance de l'altitude atteinte que pour l'observation des changements de pression atmosphérique, donc des changements de temps. Il existe enfin pour les laboratoires des baromètres à colonne de mercure de haute précision : un flotteur, situé à la surface du mercure de la cuvette de l'appareil, transmet, par l'intermédiaire d'un système de leviers, les fluctuations de cette surface, donc de la pression atmosphérique, à une aiguille indicatrice (sur un cadran gradué) ou à un stylet encreur d'enregistreur (sur bande et tambour).

Pression barométrique absolue
Valeur réelle et absolue (par rapport à la valeur " au niveau de la mer ") de la pression atmosphérique en un lieu donné. Cette valeur est importante pour la prévision du temps, du fait qu'elle est comparable avec les mesures effectuées en d'autres lieux, après réduction en fonction de la valeur au niveau de la mer.

Pression barométrique moyenne ou relative
Valeur moyenne en fonction de l'altitude, qui produit une diminution de la pression atmosphérique dite " normale ". Elle est de 760 mm Hg (1013 hPa) à 0 m d'altitude, de 716 mm Hg à 500 m d'altitude (954,5 hPa) et de 674 mm Hg à 1 000 m d'altitude (899 hPa), etc. Aux altitudes inférieures, la diminution de pression est en gros de 1 hPa tous les 8 mètres d'altitude.

Pression barométrique réduite au niveau de la mer

Cette pression, dite normale, sert à la mesure comparative de la pression des stations d'altitude plus élevée que le niveau de la mer. On considère que, dans' les conditions normales, à l'altitude de 0 mètre (niveau de la mer), la pression atmosphérique est de 760 mm de mercure, soit 1013 hPa. Pour étalonner son propre baromètre par réduction à la normale (en fonction de l'altitude du lieu. d'emploi), on se renseignera auprès des services météorologiques locaux ou on fera la correction nécessaire d'après l'indication de l'altitude sur la carte d'état-major. Mais le mieux est d'utiliser un baromètre de bonne qualité, qui comporte une correction par rotation du cadran (ou par réglage du système de leviers dans les modèles enregistreurs) en fonction de l'altitude sur la carte. On ne s'étonnera donc pas d'entendre, dans les stations radiophoniques locales, des informations de ce type : " pression atmosphérique, réduite au niveau de la mer: 765 mm ou 1020 hPa ".
L'évolution de la pression atmosphérique est d'abord quotidienne : elle tend à augmenter le matin et pendant la nuit. Elle baisse l'après-midi par suite du réchauffement diurne, surtout en été. Ces variations journalières représentent en moyenne, 1 mbar, indépendamment de J'évolution du temps ; elles ressemblent quelque peu aux marées et sont dues elles aussi à la position réciproque du Soleil et de la Lune. Ces variations quotidiennes sont faciles à observer par temps constant. En montagne, on observe le phénomène inverse : la tendance est à l'augmentation dans l'après-midi lorsque l'air affluant provoque une suppression.
Il se produit aussi des variations saisonnières. Ainsi, on observe une tendance à l'élévation de la pression d'août à septembre, et à la diminution de la pression par la suite, surtout en avril. En montagne, on observe les plus hautes pressions en été et les Plus basses en hiver. Ces observations sont bien sûr conditionnées par l'évolution du temps : il y a peu de basses pressions en automne, et beaucoup au printemps, ce qui influe nettement sur le temps dans les deux cas. Les basses pressions d'hiver jouent un grand rôle pendant l'hiver en montagne.
En réalité, le baromètre traduit en un lieu donné l'état de la colonne d'air qui le surmonte. L'air froid est dense et fait " monter " le baromètre : on observe une haute pression. L'air chaud est léger : on observe une basse pression. La vitesse de l'évolution de la pression atmosphérique est très utile pour la prévision du temps à venir.

Tendance du baromètre hPa par heure Évolution du temps
montée 0,25 à 0,5 venue d'une haute pression(à long terme)
montée 1 à 2 moyenne pression (à court terme)
descente 0,25 à 0,5 venue d'une basse pression(à long terme)
descente 1 à 2 tempête, en été orage.


Il y a bien des exceptions possibles à ce schéma général dans les exemples suivants.

Lorsque le baromètre a tendance à baisser au lieu d'observation, le temps est quand même beau. De l'air chaud venant du sud descend au soi vers le nord. On observe une baisse de la pression atmosphérique. L'air chaud à proximité du soi progresse très vite (plus vite qu'en altitude) et de l'air froid arrive à l'arrière, en provenance des hautes altitudes. Cet air descendant dirige les nuages et dégage le Soleil.

Lorsque le baromètre a tendance à augmenter au lieu d'observation : le temps est quand même nuageux et pluvieux. De l'air froid proche du sol et venant du nord souffle rapidement au sud. On observe une élévation de la pression atmosphérique. L'air froid repousse l'air chaud stationnaire en altitude. Mais le refroidissement a les conséquences suivantes pour l'air chaud : des nuages se forment et des précipitations ont lieu.
Après le passage d'une zone de basse pression, des coins de haute pression provoquent souvent de rapides augmentations de la pression atmosphérique. Malgré le vent fort, il pleut ou il neige ensuite. L'air froid fait s'élever l'air chaud et en provoque le refroidissement. Finalement, au cours de l'évolution d'une situation de haute pression de longue durée, on observe une nouvelle augmentation de la pression atmosphérique. En même temps, le Soleil est masqué et le ciel devient brumeux.
On représente la situation du point de vue de la pression atmosphérique par des " isobares " sur les cartes du temps. De plus, tous les lieux où la pression est la même sont reliés par les lignes. Les isobares sont habituellement tracées pour des interlignes de 5 en 5 millibars en ramenant naturellement les mesures au niveau de la mer.


Disposées en cercles, les isobares délimitent des anticyclones (la pression augmente vers le centre) et des dépressions (la pression diminue vers le centre). Il est particulièrement intéressant d'observer les intervalles entre les isobares successives, d'autant plus grands que la diminution est plus faible.

Intervalles entre les isobares Différence de pression Évolution du temps
faible importante turbulences (tempête)
importante faible calme (vent faible)


On peut de la sorte trouver, la différence de pression ou " gradient ". Il s'agit de la baisse de pression en hectopascals (millibars) sur une distance de 60 milles marins, à la verticale des isobares. Par exemple, l'intervalle entre une isobare de 1005 hPa et une de 1010 hPa donne un gradient de 6 hPa, pour 60 milles marins selon ce calcul:

60   = 5
50      x
X = 5 x 60 = 6
50


La rotation de la Terre a la plus grande importance pour la direction des vents, dans le cas des grands courants atmosphériques. Ceux-ci sont déviés par la " force de Coriolis ".

La densité de l'atmosphère
Bien que nous soyons à l'ère des fusées et des satellites artificiels, on se sert encore beaucoup de ballons-sondes et de radiosondes pour l'étude de la structure de l'atmosphère, de sa composition et de sa densité en haute altitude. On considère, en fonction des lois physiques, que la densité de l'air diminue avec l'altitude. Celle-ci conditionne également la composition de l'atmosphère, étant donné que les gaz qui la constituent ont des densités différentes. Hélium et la vapeur d'eau, par exemple, voient leur proportion augmenter, tandis que l'azote et l'oxygène se raréfient en hauteur.
La densité de l'air joue un grand rôle, notamment pour les vents. Elle est proportionnelle à la pression et inversement proportionnelle à la température. Dans les pays chauds et pendant les chaleurs estivales, elle peut notablement diminuer. Les avions ont alors besoin de longues pistes et ne doivent as être à pleine charge.

Calcul de la densité atmosphérique:

Densité de l'air en kg par M³= 0,349 .pression en hPa
273 ± température en °C


On sait aujourd'hui que, à l'altitude d'environ 100 km, la composition de l'atmosphère ne varie plus guère. C'est pourquoi les phénomènes de mélange de grande ampleur ont beaucoup d'importance, permettant des échanges gazeux. C'est ce qui empêche la stratification des gaz en fonction de leur densité respective. La densité diminue à peu près parallèlement à la pression en fonction de l'altitude. Ainsi, la densité de l'air au niveau de la mer est de 1,29 à 0 °C (soit par exemple 1,29 g par litre). A 17 km d'altitude, elle est encore égale au dixième de cette valeur. A partir de 100 km, la diminution de la densité, comme celle de la pression, se ralentit. La densité de l'atmosphère est régulièrement modifiée par les conditions quotidiennes et saisonnières, notamment par l'insolation.
Les produits qui sont en suspension dans l'air aux basses altitudes (poussières, fumées et autres traces) n'influent pas sur la densité, alors qu'elles ont beaucoup d'importance dans la survenance des précipitations et du brouillard.

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