2) Les outils actuels

Le Thermomètre : 

Il permet de mesurer la température de l’air. L’unité légale utilisée pour indiquer une température est le degré Celsius(°C), cependant, dans les pays  anglo-saxons on utilise le degré Fahrenheit(°F) avec comme équivalence : 0°C=32°F et 100°C=212°F. 

 Comment fonctionne-t-il ?

Le principe de fonctionnement repose sur la dilatation (si l’air s’échauffe, le liquide monte) et la rétraction(si l’air se refroidit, le liquide descend) d’un liquide, dans ce cas précis le mercure. Le mercure est le plus utilisé car celui-ci est bien plus précis que tous les autres liquides. Mais depuis quelques années, on n’utilise plus de mercure à cause de son danger pour l’Homme (le mercure est un poison) et la nature (il est aussi un polluant) ; il est ainsi remplacé par des liquides moins dangereux dont les propriétés sont similaires au mercure.

Le thermographe dit de « Richard » permet de suivre l’évolution de la température sur une durée d’une semaine, en traçant une courbe sur du papier millimétré. Un tambour tournant (1 tour=1 semaine) permet d’effectuer une rotation du papier tandis qu’un stylet encreur trace la courbe sur le papier. Ce stylet est activé par un tube métallique qui est rempli de pétrole, et qui se courbe plus ou moins suivant la température transmettant ensuite cette déformation au stylet. Ces thermomètres se trouvent parfois couplés à un hygrographe donnant le nom thermo-hygrographe. 

De nos jours, le thermomètre électronique est courant :

C’est sûrement le plus fiable et le plus utilisé pour mesurer la température actuellement. Il donne une précision proche du dixième de degré. Son fonctionnement repose sur la mesure de la température à l’aide d’un capteur délivrant un signal analogique qui est par la suite amplifié. Celui-ci est ensuite converti numériquement, puis transmis vers une unité de traitement qui se charge de calculer, à l’aide d’équations, la température mesurée par le capteur, laquelle est ensuite affichée sur un afficheur. 

Que peut-on déduire de cette mesure?

Le but réel d’un thermomètre est de nous informer de la température qui règne à l’extérieur. Son rôle est toutefois important pour les prévisions puisqu’en fonction de certaines variations de la température ainsi que d’autres paramètres (humidité, pression, etc…), on peut prévoir des situations météorologiques à court terme. Par exemple, on peut prévoir du brouillard lorsque les soirs d’hiver, la température chute brutalement tandis que l’humidité augmente et que le vent est nul.

L’Hygromètre :

 Cet appareil est destiné à la mesure du taux d’humidité relative qui s’exprime en %.

    Cet appareil utilise les propriétés du cheveu. En effet, celui-ci s’allonge lorsque l’humidité augmente tandis qu’il se rétrécie lorsque l’humidité diminue. En moyenne, le cheveu s’allonge de 1/42 de sa longueur entre un temps sec et humide. On utilisait autrefois des cheveux qui provenaient de préférence de femme idéalement rousse, car ces cheveux sont paraît-il plus sensibles aux variations de l’humidité. Aujourd’hui, on utilise aussi des fibres synthétiques de mêmes propriétés que le cheveu, et afin d’avoir une valeur réelle de l’humidité relative, on amplifie les allongements et les rétrécissements et on transmet ceci  à un levier qui actionne une aiguille variant de position devant un cadrant gradué de 0 à 100%.

 Le psychromètre :

 C’est un des systèmes les plus utilisés actuellement pour mesurer l’humidité relative de l’air. Le principe de cette technique repose sur la mesure de 2 températures. L’une, grâce à un thermomètre placé à l’air libre (appelé thermomètre sec) et l’autre, grâce à un thermomètre entourée d’une mousseline constamment maintenue humide (appelé thermomètre mouillé). Pour mesurer le taux d’humidité, le thermomètre mouillé contient à son extrémité un petit ventilateur par le quel l’air peut s’introduire afin de que l’eau contenue dans la mousseline s’évapore. Si l’air est humide, l’évaporation sera faible, du coup la température indiquée par le thermomètre humide variera très peu tandis que si l’air est sec, l’évaporation sera plus importante et la température du thermomètre humide sera inférieure à celle du thermomètre sec. (rappel : l’évaporation provoque un refroidissement). Ainsi, en fonction de cette  différence de température mesurée, on en déduit l’humidité relative de l’air. Par exemple, si les 2 thermomètres indiquent une température identique de 21°C, alors l’humidité relative sera égale à 100%. Plus l’écart entre ces 2 températures est important et plus l’air est sec. Le thermomètre humide mesure de ce fait la température du point de rosée.

Hygrographe :

Il s’agit tout comme le thermographe, d’un cylindre sur lequel les variations d’humidité sont visibles sur une courbe tracée par un stylet. Celui-ci n’est pas articulé par un thermomètre bilame mais par une fibre synthétique sensible aux variations d’humidité (principe de l’hygromètre à cheveux).

Les appareils électroniques sont les plus courants car ils ont une meilleure précision et une meilleure facilité de lecture, les hygromètres électroniques fonctionnent exactement comme un thermomètre électronique sauf que pour la mesure de l’humidité, on a remplacé le capteur de température par un capteur d’humidité.

Que peut-on déduire de cette mesure?

La mesure du taux d’hygrométrie est très importante et nous permet d’annoncer quelques événements à court terme. En fonction des variations d’humidité et d’autres paramètres, il est assez facile pour nous de savoir que si le taux d’humidité diminue et que le temps est encore à la pluie, alors la masse d’air est en train de s’assécher et les pluies ne vont pas tarder à cesser. A l’inverse, s'il fait beau ou que le temps est couvert mais sans pluie, et que l’humidité augmente, alors la pluie est à redouter pour les heures qui viennent. 

Le Baromètre: 

On en distingue principalement 4 sortes :

• le baromètre à mercure : la pression atmosphérique est équilibrée par une colonne de mercure surmontée d'un espace clos et vide.
• les baromètres à gaz : ils utilisent la variation de volume d'un certain volume de gaz sous l'effet des variations de la pression atmosphérique.
• le baromètre anéroïde : la pression atmosphérique s'exerce sur une enceinte métallique, hermétiquement close et partiellement vide d'air. Celle-ci se déforme de façon élastique et un système mécanique permet d'amplifier les mouvements qui résultent des variations de pression pour les rendre visibles sur un cadran ou les enregistrer sur une bande de papier.
• les baromètres électroniques : ils traduisent en valeurs numériques les déformations d'une capsule à vide.

Cet instrument très utile en matière de prévision mesure les variations de la pression atmosphérique. Les unités de mesure sont le millimètre de mercure (plus utilisée), le mb (millibar, autrefois très utilisée) et l’hPa (hectopascal) dont les correspondances sont les suivantes : 760mm de mercure = 1013mb = 1013hPa.

Comment fonctionnent-t-ils?

 A mercure :

Ce sont les premiers baromètres que l’on a utilisés car comme nous l’avons vu avec le thermomètre, le mercure est non seulement très précis pour les mesures mais il est aussi très sensible aux variations de température et donc de pression. Le fonctionnement est le suivant : une colonne de mercure placée dans un long tube de verre en forme de U, dont l’une des extrémités est fermée et l’autre étant soumise à l’air libre, se déplace en fonction de la pression appliquée sur l’extrémité qui est soumise à l‘air libre (donc à la pression atmosphérique). La hauteur moyenne de cette colonne de mercure est de 76cm(760mm de mercure) soit 1013.25hPa au niveau de la mer.

Anéroïde :

    Le principe de ce baromètre repose sur une capsule (capsule de Vidie) dont on a fait le vide (c’est à dire que l’on a enlevé tout l’air qui s’y trouvait). Cette capsule se compresse et se détend en fonction de la pression qui lui est exercée. Un ressort placé sur la hauteur de la capsule et les variations de la "boîte" sont amplifiées puis transmises à un levier qui déplace une aiguille sur un cadrant gradué en mb ou en hPa. Il convient pour ce genre de baromètre de ne se fier qu’aux variations de la pression pour en déduire un changement de temps et de ne pas interpréter ce qui est écrit dessus comme par exemple : « Tempête », « Pluie ou Vent »...

 Barographe : 

    Il s’agit tout comme du thermographe et de l’hygrographe, d’un cylindre sur lequel le variations de pression sont visibles sur une courbe tracé par un stylet. Celui-ci est articulé par un mécanisme du type anéroïde (voir ci-dessus).

Comme pour le thermomètre et l'hygromètre, il existe des modèles électroniques donnant une meilleure précision et une facilité de lecture. Ils fonctionnent avec un capteur de pression.

 Que peut-on déduire de cette mesure?

    A l’aide de cet instrument, on peut déduire les changements de temps sur ses simples variations en amplitude et rapidité. Une baisse lente mais constante indique la venue d’une perturbation pour les 48h à venir, si cette baisse est très rapide une tempête est à prévoir tandis qu’une hausse brutale sous un régime dépressionnaire annonce la venue des hautes pressions. 

Le Pluviomètre :

    En période pluvieuse (et même par temps sec), il est important pour des secteurs telle que l’agriculture, de mesurer les quantités d’eaux qui tombent durant un épisode de pluie. On utilise comme unité pour mesurer le niveau des précipitations tombées le mm correspondant à la mesure suivante : 1mm=1Litre d’eau/mètre carré. Les pluviomètres peuvent ainsi mesurer 800mm de haut ou plus.

A entonnoir:

     Ce sont les plus courants que l’on trouve. Il s’agit d’un récipient métallique (ou plastique) en forme d’entonnoir gradué en mm, qui récolte ainsi les précipitations tombées.

 Pluviographe :

     Il s’agit tout comme du thermographe, de l’hygrographe ou du barographe, d’un cylindre sur lequel le variations de précipitations tombées sont visibles sur une courbe tracé par un stylet. Celui-ci est articulé par un mécanisme du type entonnoir.

    Les pluviomètres électroniques fonctionnent grâce à un auget mobile (sorte de bec verseur) qui bascule dès que son contenu atteint 0.2mm. Ce basculement (plus ou moins rapide) déclenche un signal électrique qui est par la suite amplifié. Celui-ci est ensuite converti numériquement, puis transmis vers une unité de traitement qui se charge de calculer la quantité de précipitation que contient l’auget afin de l’afficher sur un afficheur. Donc si le basculement de l’auget se fait de façon rapide, cela indique que l’on a une quantité de précipitations plus importante dans l’auget que si le basculement avait été faible.

Que peut-on déduire de cette mesure?

     Cet appareil ne nous apporte rien au point de vue des prévisions du temps à venir. Cependant, pour un agriculteur, il est très utile pour lui de connaître le niveau des précipitations qui est tombé durant les mois précédents la moisson. De plus, les mesures de précipitations permettent de définir le climat d’une région ou d’un pays.

 La Girouette :

 Elle indique une des composantes météorologiques importantes : le vent. Celui-ci se découpe en 4 secteurs : Nord, Est, Sud et Ouest qui sont eux même découpés en 4 autres secteurs : Nord-Est, Sud-Est, Sud-Ouest et Nord-Ouest qui à leur tour sont découpés en 8 nouveaux secteurs : Nord Nord-Est, Nord-Est Est, Est Sud-Est, Sud-Est Sud, etc… 

Comment fonctionne-t-elle ? 

    La girouette comporte à sa base 4 tiges comportant à leurs bouts les 4 directions géographiques (Nord, Est, Sud et Ouest) qui nous permettent de savoir d’où vient le vent. Pour bien régler la girouette, il faut à l’aide d’une boussole repérer le Nord magnétique et l’aligner avec la tige indiquant le Nord sur la girouette. 

La manche à air : On la rencontre souvent aux bords des autoroutes ainsi que sur les aéroports. Le principe est de fixer en haut d’un mat un élément en tissu (manche) prenant une forme conique, et de l’associer à un système rotatif permettant à la manche à air de se déplacer sur 360°. Ce type de girouette correspond également à un anémomètre car en fonction du gonflement de la manche et de l’échelle Beaufort on peut déduire avec quelle intensité souffle le vent.

    La girouette électronique a un système identique aux précédents sauf que les tiges indiquant la direction d’où vient le vent ont disparu et que la précision est meilleure. L’élément qui indique d’où vient le vent prend le nom de flèche. L’information est ensuite transmise par un fil vers une unité centrale qui affiche sur un écran la direction du vent.

 Que peut-on déduire de cette mesure? 

    La girouette nous informe sur diverses choses. Elle permet de savoir à quelle position nous nous trouvons dans un système dépressionnaire. Par exemple : dès lors que le front froid termine de traverser une région nous avons un vent d’ouest basculant au nord-ouest qui nous indique que nous passons dans un régime de traîne annonçant un ciel d’averses. De plus, les indications de la girouette nous permettent de savoir où se situent les divers centres d’actions (anticyclones et dépressions) grâce à la loi de Buys-Ballot (valable uniquement pour l’Europe). Cet instrument est donc un outil très efficace en matière de prévision à quelques heures.

 L’Anémomètre:

    Outil très souvent associé à la girouette, l’anémomètre mesure la vitesse à laquelle le vent souffle sur un endroit donné. Les unités de mesure sont nombreuses pour quantifier la vitesse du vent. Ainsi, il existe le km/h, le m/s et le nœud (noté kt = knot en anglais) donc les correspondances sont les suivantes :

1 nœud=1.852km/h=0.515m/s=1.1mph. 

Comment fonctionne-t-il ?

 A coquille (analogique ou numérique):

    Type d’anémomètre le plus employé. Celui-ci dispose de 3 bras fixes disposés chacun à 120° portant à leur extrémité une coupelle hémisphérique. Les valeurs mesurées peuvent être soit lues par l’intermédiaire d’une aiguille se déplaçant sur un cadran ou bien à l’aide d’un afficheur. En général, on mesure le vent moyen qui souffle (vitesse du vent sur 10 min).

    Lorsque le vent souffle, il rencontre alternativement une coupelle creuse puis bombée. Selon les lois de l'aérodynamique, un creux oppose plus de résistance qu'une forme bombée au passage de l'air. Cette différence provoque la rotation de l'anémomètre. La vitesse du vent est alors très approximativement égale à la vitesse de déplacement du centre des coupelles, elle même proportionnelle au nombre de tours par seconde de l'anémomètre :

avec :

 : vitesse du vent [m/s]

 : rayon moyen des bras (de l'axe de rotation jusqu'au centre des coupelles) [m]

 : nombre de tours par seconde [1/s]

 : fonction d'étalonnage

Que peut-on déduire de cette mesure? 

    L’utilité de mesurer la vitesse du vent est vitale pour la vie de tous les jours. Par exemple, lorsqu'une entreprise travaille à l’aide d’une grue, il est important pour elle de mesurer la vitesse du vent à tout moment pour éviter un accident. Un aéroport doit avoir également à disposition des mesures précises de la vitesse du vent pour garantir un maximum de sécurité non seulement pour les appareils et les passagers mais aussi pour la sécurité même de l’aéroport. En matière de prévision, à partir de la mesure du vent, il n’est pas possible de prévoir telle ou telle modification du temps sauf en constatant que si le vent se renforce nettement une tempête approche.

Le Nivomètre :

    C'est un appareil mesurant l'équivalent en eau d'une quantité de neige tombée en la pesant ou en la faisant fondre. Il peut être muni d'une simple graduation verticale, en relevé manuel ou être électronique (ultrasons, infrarouge), en relevé automatique. Cet appareil sert à mesurer la hauteur de neige ponctuelle ou accumulée sur un site étudié. Le nivomètre est similaire en conception à un pluviomètre.

La Pyranomètre

C'est un capteur de flux thermique utilisé pour la mesure de la quantité d'énergie solaire en lumière naturelle. Il permet la mesure de la puissance du rayonnement solaire total en watts par m².

L'Héliographe

 L'héliograhe est un instrument qui permet de mesurer la durée de l'insolation en un point de la surface de la planète. Plus précisément, il enregistre la durée pendant laquelle le rayonnement solaire est d'une intensité suffisante pour produire des ombres distinctes. L'héliogramme est le diagramme d'enregistrement d'un héliographe.

    Voilà pour ce qui est de l’explication sur le rôle, le fonctionnement, les différentes techniques utilisées et les types de prévisions que l’on peut accorder à chaque instrument. Enfin, il faut rappeler que sans toutes ces observations et toutes ces données que fournissent les instruments, les modèles numériques utiles à la prévision, ne sont pas capables de « prévoir » le temps. En effet, si l’ordinateur calcule des équations, l’Homme se sert d’appareils très sophistiqués pour donner les informations à ces derniers, qui ne demandent que plus de mesures partout sur le globe pour nous fournir des prévisions plus fiables.