Sommaire
Est-ce qu’il va pleuvoir aujourd’hui ?
Est-ce que tout va bien se passer ?
Et comment le sauriez-vous ?
Mesurer la pression atmosphérique est une méthode simple.
Une belle journée est probable si la pression augmente et que la température monte ; une journée humide, venteuse et maussade est plus probable si la pression baisse.
Le baromètre météo est un appareil qui mesure la pression atmosphérique, et les gens les utilisent depuis des centaines d’années pour la recherche scientifique et les prévisions météorologiques.
Examinons leur fonctionnement plus en détail !
Qu’est-ce que la pression de l’air ?
Si vous avez déjà fait de la plongée sous-marine, vous serez en mesure de décrire avec précision la sensation de pression.
Vous sentirez bientôt le poids de l’eau peser sur vous à mesure que vous descendez sous la surface de la mer.
Plus il y a d’eau au-dessus de vous, plus elle pèse, et plus vous ressentez de pression, plus vous descendez profondément.
Même si vous n’entrez jamais dans la mer, votre corps est toujours sous pression.
Considérez l’immense volume de gaz qui entoure notre planète et qui est attiré vers la surface par la gravité lorsque vous levez les yeux vers le ciel.
Même s’il semble n’être qu’un énorme nuage vide de rien, ce gaz a néanmoins un poids.
Votre corps est toujours pressé contre lui.
C’est la pression de l’air.
Lorsque vous êtes sous l’eau, il est difficile de respirer avec votre bouteille d’oxygène en raison de la pression de l’eau sur votre corps.
Comme notre corps est creux et que nos poumons sont remplis d’air, la pression de l’air n’a jamais cet impact car elle exerce une pression égale sur l’intérieur et l’extérieur de notre corps simultanément.
C’est pourquoi nous ressentons la pression de l’air différemment de celle de l’eau.
Pourquoi la pression atmosphérique change d’un endroit à l’autre
La pression atmosphérique varie d’un endroit à l’autre de notre planète.
Elle est la plus élevée au niveau de la mer (où l’air est le plus pressé vers le bas), et elle diminue au fur et à mesure que l’on s’élève.
Il y a beaucoup moins d’air dans l’atmosphère en altitude, ce qui signifie qu’il y a moins d’oxygène pour la respiration.
C’est pourquoi les alpinistes utilisent fréquemment des bouteilles d’oxygène.
Pour que les passagers puissent respirer confortablement, les avions doivent être équipés de cabines pressurisées (compartiments passagers intérieurs où l’air est maintenu à une pression supérieure à celle qu’il aurait normalement à cette altitude).
La pression de l’air fluctue en permanence, même au même endroit.
Cela est dû au fait que, lorsque la Terre tourne et se déplace autour du Soleil, les différentes régions connaissent des degrés de réchauffement variables.
La pression augmente plus près de la terre lorsque l’air se refroidit et descend.
Ce type de zone de haute pression est associé à un temps agréable.
L’inverse se produit lorsque l’air se réchauffe et monte, ce qui donne lieu à des zones de basse pression et à un temps pluvieux.
Comment pouvons-nous mesurer la pression de l’air ?
Imaginez que vous êtes un inventeur chargé de concevoir un appareil capable de contrôler la pression atmosphérique.
Quelle stratégie allez-vous employer ?
Essayez de vous imaginer en train de créer un appareil capable de mesurer la pression en imaginant que l’air exerce une pression sur vous.
Essayez maintenant de dessiner quelque chose sur une feuille de papier.
Voici un conseil.
Imaginez que l’air qui appuie sur vos pieds est confiné dans un tube massif et invisible.
Félicitations si votre image mentale comprend une série d’échelles permettant d’estimer le volume d’air dans le tube.
La réponse est à peu près la même.
Un baromètre, que nous appelons un appareil qui mesure la pression de l’air, évalue la quantité d’air qui est pressée contre lui.
Comment fonctionnent les baromètres
Les baromètres modernes affichent la lecture de la pression sur un écran LCD et sont entièrement électroniques.
Les baromètres torricelliens et anéroïdes (à cadran) sont les deux types conventionnels de baromètres, et voici comment ils fonctionnent.
Les baromètres torricelliens
Un grand tube fermé placé à l’envers dans un bain de mercure, qui est un métal liquide épais à température ambiante, crée le type de baromètre le plus simple, le liquide remontant partiellement dans le tube comme dans un thermomètre.
Comme le mercure est plus pratique que l’eau pour les baromètres, nous l’utilisons à la place.
L’eau étant moins dense que le mercure, elle sera soulevée dans un tube par la pression de l’air, bien plus que le même volume de mercure, car elle est moins lourde.
En d’autres termes, si vous utilisez de l’eau, vous aurez besoin d’un tube extrêmement haut et votre baromètre sera si grand qu’il sera inutile.
En revanche, vous pouvez vous contenter d’un appareil beaucoup plus petit si vous utilisez du mercure.
Le premier appareil de ce type a été créé en 1643 par un élève de Galilée, le mathématicien italien Evangelista Torricelli (1608-1647), et est connu sous le nom de baromètre torricellien.
Il remplissait un long tube de verre scellé à une extrémité avec du mercure provenant d’un bol, recouvrait l’extrémité ouverte avec son doigt, retournait le tube, puis le plaçait à la verticale dans le bol de mercure.
La zone qui s’est formée au-dessus de la colonne de mercure était un vide car il avait pris soin de ne pas laisser entrer d’air dans le tube.
En fait, personne n’avait jamais créé de vide dans un laboratoire auparavant (et un vide réalisé de cette manière est appelé vide torricellien en l’honneur de son inventeur).
Un bain de mercure sera poussé vers le bas par l’atmosphère au niveau de la mer, ce qui le fera monter dans un tube jusqu’à une hauteur d’environ 760 mm (environ 30 pouces).
C’est ce qu’on appelle une atmosphère de pression atmosphérique (1 atm).
Prenez votre baromètre torricellien avec vous lorsque vous escaladez une montagne ; vous remarquerez que la pression diminue au fur et à mesure que vous avancez.
Le mercure ne monte plus aussi haut dans le tube en raison de la réduction de la pression de l’atmosphère vers le bas.
Il peut s’élever jusqu’à environ 65 centimètres (25 pouces).
La pression atmosphérique au sommet du mont Everest représente un peu moins d’un tiers de ce qu’elle est au niveau de la mer (environ 0,3 atm).
Baromètres anéroïdes
Les baromètres torricelliens sont pratiques et fiables, mais le mercure est toxique et personne n’a envie d’avoir un grand lac de mercure dans sa maison.
Pour cette raison, la majorité des personnes qui possèdent des baromètres ont des baromètres anéroïdes, dont les cadrans sont faciles à lire.
Ils sont constitués d’une boîte métallique fermée et étanche à l’air, et non d’un bassin de mercure sur lequel l’atmosphère exerce une pression.
La boîte se plie vers l’extérieur ou légèrement vers l’intérieur en fonction des variations de la pression atmosphérique.
Ingénieusement relié à la boîte, un ressort se détend ou se contracte lorsque la boîte se déplace vers l’intérieur ou l’extérieur en réponse aux variations de la pression de l’air, déplaçant ainsi l’aiguille sur le cadran.
Comme le cadran est calibré et numéroté, vous pouvez voir la pression atmosphérique immédiatement.
Lorsque vous frappez la face en verre d’un baromètre anéroïde, celui-ci enregistre la pression atmosphérique.
L’aiguille indique la pression telle qu’elle était la dernière fois que vous l’avez regardé, peu importe si cela remonte à longtemps, lorsque vous l’avez examiné pour la première fois.
Une pression rapide sur la vitre fait sauter l’aiguille à un nouvel endroit, affichant la pression actuelle.
La façon dont l’aiguille se déplace est importante.
La pression augmente lorsque l’aiguille remonte le cadran dans le sens des aiguilles d’une montre, ce qui signifie que le temps va probablement devenir plus chaud, plus sec et plus fin ; à l’inverse, lorsque l’aiguille se déplace dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, la pression diminue et le temps va probablement devenir plus froid, plus humide et plus mauvais.
Barographes
La pression atmosphérique fluctue constamment.
Vous ne voulez pas avoir à vérifier constamment un baromètre et à enregistrer la lecture toutes les deux minutes si votre travail consiste à tenir des registres météorologiques.
Ne serait-il pas merveilleux qu’une machine puisse effectuer cette tâche automatiquement à votre place ?
Un barographe est essentiellement un baromètre qui enregistre en permanence les relevés de pression atmosphérique.
Les anciens barographes, comme celui que vous voyez ci-dessous, étaient des appareils entièrement mécaniques.
Ils mesuraient la pression à l’aide de baromètres anéroïdes, et un simple levier permettait de noter la valeur sur du papier.
Le barographe pouvait conserver un enregistrement pendant des heures ou des jours grâce à un mécanisme d’horlogerie qui faisait tourner lentement le papier d’enregistrement sur un tambour.
Aujourd’hui, il est plus probable que la pression soit détectée numériquement et enregistrée par des appareils utilisant des ordinateurs.
Baromètres électroniques
Les baromètres mécaniques sont dépassés et peu pratiques dans le monde numérique d’aujourd’hui, même s’ils sont attrayants comme ornements muraux.
Alors comment mesure-t-on la pression atmosphérique dans le monde moderne ?
Les baromètres sont généralement des appareils à puce qui utilisent des capteurs microscopiques en caoutchouc synthétique pour mesurer les variations de pression.
En fait, une minuscule membrane de caoutchouc se plie ou se déplie en réponse aux variations de la pression de l’air, ce qui modifie sa résistance électrique. La mesure de la résistance électrique (à l’aide d’un circuit appelé pont de Wheatstone) fournit une mesure indirecte de la pression.
Les capteurs piézorésistifs sont ceux qui fonctionnent de cette manière (un concept similaire à la piézoélectricité).
À l’instar des accéléromètres à puce que vous trouverez également dans votre téléphone, certains smartphones intègrent des baromètres semblables à celui-ci.
Tous deux sont des illustrations d’une technologie connue sous le nom de MEMS (micro electro mechanical systems), qui désigne simplement des puces combinant de minuscules éléments mécaniques en mouvement avec des capteurs et des contrôleurs électroniques.
Des fabricants comme Bosch vendent des capteurs de pression et de température numériques MEMS à utiliser avec des microcontrôleurs pour amateurs comme Arduino (voir la section « En savoir plus » pour les références).
Unités de mesure de la pression atmosphérique
Vous pouvez mesurer la pression en utilisant un large éventail d’unités différentes.
Dans le passé, les scientifiques ont déclaré que la pression atmosphérique normale est égale à « une atmosphère » et « 76cm (760mm) de mercure », ce qui est fréquemment écrit comme 76cmHg ou 760mmHg (car Hg est le symbole chimique du mercure).
On peut également trouver un ancien dispositif connu sous le nom de Torr :
Environ un millième (en réalité 1/760) de la pression atmosphérique, ou 1 Torr (du nom de Torricelli), est égal à 1mmHg (une hauteur de mercure de 1mm), ou 1,33 millibars (un autre nombre de plus en plus désuet) (0,0013 atmosphère).
Une atmosphère est équivalente à 101,325 Pa (pascals) ou 101,325 kilopascals dans le système SI contemporain (milliers de pascals ou kPa).
Les unités scientifiques préférées pour mesurer la pression sont aujourd’hui les pascals et les kilopascals.
Les mesures sont parfois exprimées en hectopascals (hPa), où 1 hPa est égal à 100 pascals ou 0,1 kilopascal.
La pression atmosphérique standard comparable est de 1013,25 hPa, ou 101 325 Pa.
Bien qu’ils ne soient pas des unités SI, les bars sont des unités de pression métriques définies de telle sorte que 1 bar est égal à 100 000 Pa.
Par conséquent, les lectures en bars et en atmosphères sont presque identiques (1 atmosphère est égale à 1,01 bar).
Les baromètres plus anciens ont généralement des indications en pouces de mercure, souvent abrégées en inHg.
L’échelle d’un baromètre anéroïde normal varie entre 26 et 31 inHg environ, et la pression atmosphérique au niveau de la mer est d’environ 30 inHg (vous pouvez sans doute voir que tout ce que nous faisons ici est de convertir 76 cm ou 760 mm en 30 in).
