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Instruments : mesure du vent, de la pression atmosphérique et de l'ensoleillement

Dossier - Instruments météorologiques : les appareils utilisés en météorologie
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Dans ce dossier consacré aux appareils utilisés en météorologie, découvrez tout des stations météorologiques et du fonctionnement des instruments qui la composent.

  
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Comment mesurer la pression atmosphérique ? le vent ? l'ensoleillement ? La réponse ici.

Il est possible de mesurer l'ensoleillement. Ici, des enregistreurs de rayonnement solaire. © Eli Duke, CC by-nc 2.0

Mesure de la pression atmosphérique et baromètres

La pression atmosphérique est la pression exercée par la colonne d'air se situant au-dessus d'une surface. Elle dépend des conditions météorologiques et elle diminue avec l'altitude. Elle est couramment mesurée en hectopascals (hPa, centaines de Pascal) et vaut en moyenne 1.013 hPa au niveau de la mer.

On mesure la pression à l'aide de baromètres. Le baromètre à colonne de mercure est le plus connu. Mis au point par Torricelli en 1643, il comprend un tube de verre d'environ 80 cm de longueur, fermé à une de ses extrémités. Lors de son expérience, Torricelli l'a rempli de mercure et l'a retourné. Le mercure s'est alors abaissé sans toutefois s'écouler. Ce phénomène est une conséquence directe de la pression atmosphérique et l'abaissement est d'autant plus fort que la pression est faible.

Les baromètres actuels utilisent toujours cette méthode. La seule différence est que la partie ouverte est maintenant recourbée vers le haut. Certains baromètres de Torricelli ont aussi un étranglement qui accroît localement l'amplitude du déplacement du mercure et permet une mesure plus précise (de l'ordre du dixième de millimètre de mercure). Enfin, la valeur mesurée est à corriger de l'altitude (pour ramener la pression au niveau de la mer, 10 hPa pour 80 d'altitude) et de la température (le mercure possède un important coefficient de dilatation).

Il est à noter que les indications « Pluie - Variable - Beau » placées sur certains baromètres n'ont guère de sens car l'évolution de la pression importe plus que sa valeur stricte : une pression qui monte est signe de beau temps, même si la pression est basse en valeur absolue. De même, une pression haute mais en baisse est signe de dégradation de la situation météorologique.

Un autre type de baromètre, le baromètre enregistreur, est composé d'un récipient métallique dans lequel on a fait le vide et qui réagit aux variations de pression. Sa paroi subit alors des mouvements qui, communiqués à un stylet appliqué à un cylindre rotatif, permettent de tracer l'évolution de la pression. Certains baromètres utilisent le principe du récipient vide mais ne sont pas enregistreurs.

La pression moyenne est de l'ordre de 105 N (newton) par mètre carré, ce qui était autrefois appelé le bar (son millième est le millibar) et qui vaut 105 Pa (pascal), soit 1.000 hPa (hectopascal).

Mesure du vent : girouette (direction) et vitesse (anémomètre)

Le vent est un mouvement horizontal de l'air sur la surface de la Terre. Il naît d'une différence de pression, et se propage perpendiculairement aux isobares, des pressions hautes vers les basses, de façon à réduire les écarts de pression. Le vent peut être défini par sa direction (le plus souvent son origine) et par sa vitesse (en Beaufort, kilomètre par heure, mètre par seconde...).

On utilise pour mesurer la direction du vent une girouette et pour la vitesse un anémomètre.

La girouette est une plaque de forme variable, mobile autour d'un axe vertical et placée au somment d'un toit ou d'un mât. Sous l'effet du vent, la girouette se place dans le sens du vent (la plaque du côté opposé à l'origine du vent). La lecture de la position angulaire de la girouette, à l'œil ou de manière électronique, donne la direction du vent.

L'anémomètre est un instrument qui sert, de manière générale, à mesurer la vitesse d'écoulement d'un fluide gazeux. Il peut être constitué d'une simple hélice munie d'un capteur de vitesse (qu'il faut orienter alors dans le sens du vent) ou d'un rotor supportant trois demi-sphères placées à 120° l'une de l'autre et muni d'un capteur de fréquence.

L'anémomètre sert à mesurer la vitesse du vent. © Laura Nawrocik, CC by-nc 2.0

Mesure de l'ensoleillement et héliographe

La densité de la couverture nuageuse est importante pour le climat local et son évolution. Elle est aussi appelée « nébulosité » et est mesurée en octet : un ciel à 8/8 est complètement couvert et un ciel à 4/8 est à moitié couvert.

L'instrument utilisé pour mesurer la nébulosité est l'héliographe, instrument qui indique la durée de l'ensoleillement du lever au coucher du soleil. Il est constitué d'une boule de verre qui, en agissant comme une loupe, concentre les rayons solaires sur une bande de papier où ils brûlent localement la surface. Cette bande de papier est graduée en heure est son étude permet de connaître, à chaque instant de la journée si les rayons solaires franchissaient ou non la couverture nuageuse.

Il est aussi possible de recourir aux cellules photovoltaïques pour mesurer l'intensité du rayonnement solaire.

Pour plus d'informations sur la mesure de l'ensoleillement, il est possible de consulter le site du laboratoire Promes, du CNRS.

Stations électroniques

Les stations électroniques sont des instruments intégrés qui regroupent tout ou partie des instruments météorologiques cités dans cette page et celle précédente. Certains sont parfois même doublés, comme le thermomètre, l'hygromètre... Ceci permet de connaître le « climat » dans le lieu où se trouve la station, souvent en intérieur. Les autres instruments sont liés par fils ou ondes radio à la station.

L'intérêt des stations électroniques est grand :

  • Mesure à distance : sans sortir de chez soi.
  • Lecture rapide de tous les paramètres mesurés.
  • Lecture fréquente des valeurs : toutes les 10 secondes par exemple !
  • Prévisions météorologiques instantanées.
  • Possibilité de communiquer avec un ordinateur et réaliser, via un logiciel, analyses, statistiques et prévisions.
  • Possibilité de programmer des alarmes : gel, vent fort, dépression...

Les stations électroniques coûtent, selon leur complexité, de 100 à 600 euros.