Les sensations de chaud et de froid sont fondamentales pour l'expérience humaine, mais trouver des moyens de mesurer la température a posé un défi à de nombreux grands esprits. On ne sait pas si les Grecs ou les Chinois de l'Antiquité disposaient de moyens pour mesurer la température. D'après ce que nous savons, l'histoire des capteurs de température a commencé à la Renaissance.
Le défi de la mesure
Robert Hooke 
Ole Roemer La chaleur est une mesure de l'énergie contenue dans un corps ou un matériau : plus il y a d'énergie, plus il est chaud. Mais contrairement aux propriétés physiques de la masse et de la longueur, elle est difficile à mesurer. La plupart des méthodes sont indirectes : elles consistent à observer l'effet de la chaleur sur un objet et à en déduire la température.
Créer une échelle de mesure a également été un défi. En 1664, Robert Hooke a proposé d'utiliser le point de congélation de l'eau comme point zéro, à partir duquel les températures seraient mesurées. À peu près à la même époque, Ole Roemer a compris la nécessité d'avoir deux points fixes, permettant une interpolation entre eux. Les points qu'il a choisis étaient le point de congélation de Hooke et le point d'ébullition de l'eau. Cela laisse bien sûr ouverte la question de savoir jusqu'à quelle température les choses peuvent atteindre.
La réponse a été apportée par Gay-Lussac et d'autres scientifiques travaillant sur les lois des gaz. Au cours du XIXe siècle, alors qu'ils étudiaient l'effet de la température sur les gaz à pression constante, ils ont observé que le volume augmentait d'une fraction de 1/267 par degré Celsius (révisée par la suite à 1/273,15). Cela a conduit au concept de zéro absolu à moins 273,15 °C.
Observing Expansion: Liquids and Bimetals
Galilée aurait construit un appareil permettant de mesurer les changements de température vers 1592. Celui-ci semblait utiliser la contraction de l'air dans un récipient pour faire monter une colonne d'eau, la hauteur de la colonne indiquant le degré de refroidissement. Cependant, cet appareil était fortement influencé par la pression atmosphérique et n'était guère plus qu'une curiosité.
Le thermomètre tel que nous le connaissons aujourd'hui a été inventé en 1612 dans l'Italie actuelle par Santorio Santorii. Il a scellé un liquide à l'intérieur d'un tube de verre, observant comment celui-ci remontait le long du tube à mesure qu'il se développait. Une échelle graduée sur le tube permettait de voir plus facilement les changements, mais le système manquait d'unités précises.
Daniel Gabriel Fahrenheit travaillait avec Roemer. Il a commencé à fabriquer des thermomètres, en utilisant à la fois de l'alcool et du mercure comme liquide. Le mercure est idéal, car il a une réponse très linéaire aux changements de température sur une large plage, mais les préoccupations liées à sa toxicité ont conduit à une réduction de son utilisation. D'autres liquides ont maintenant été développés pour le remplacer. Les thermomètres à liquide sont encore largement utilisés, mais il est important de contrôler la profondeur à laquelle le bulbe est immergé. L'utilisation d'une sonde thermométrique permet d'assurer un bon transfert de chaleur.
Le capteur de température bimétallique a été inventé à la fin du XIXe siècle. Il tire parti de la dilatation différentielle de deux bandes métalliques reliées entre elles. Les changements de température créent une flexion qui peut être utilisée pour activer un thermostat ou une jauge similaire à ceux utilisés dans les barbecues à gaz. Leur précision est basse (environ plus ou moins 2 degrés), mais ces capteurs sont peu coûteux et ont donc de nombreuses applications.
Galileo Galilei 
Santorio Santorii 
Plaque funéraire de Daniel Gabriel Fahrenheit Effets thermoélectriques
Au début du XIXe siècle, l'électricité était un domaine de recherche scientifique passionnant, et les scientifiques ont rapidement découvert que les métaux présentaient des résistances et des conductivités variables. En 1821, Thomas Johann Seebeck découvrit qu'une tension était créée lorsque les extrémités de métaux dissemblables étaient reliées et placées à des températures différentes. Peltier découvrit que cet effet thermocouple était réversible et pouvait être utilisé pour le refroidissement.
La même année, Humphrey Davey démontra comment la résistivité électrique d'un métal était liée à la température. Cinq ans plus tard, Becquerel a proposé d'utiliser un thermocouple platine-platine pour mesurer la température, mais il a fallu attendre 1829 pour que Leopoldo Nobili crée réellement le dispositif.
Le platine est également utilisé dans le détecteur de température à résistance inventé en 1932 par C.H. Meyers. Celui-ci mesure la résistance électrique d'un fil de platine et est généralement considéré comme le type de capteur de température le plus précis. Les RTD utilisant du fil sont par nature fragiles et ne conviennent pas aux applications industrielles. Ces dernières années ont vu le développement des RTD à film, qui sont moins précis mais plus robustes.
Le XXe siècle a également vu l'invention des dispositifs de mesure de température à semi-conducteurs. Ceux-ci réagissent aux changements de température avec une bonne précision, mais jusqu'à récemment, ils manquaient de linéarité.
Rayonnement thermique
Samuel Langley 
William Herschel Les métaux très chauds et en fusion brillent, dégageant de la chaleur et de la lumière visible. Ils émettent également de la chaleur à des températures plus basses, mais à des longueurs d'onde plus longues. L'astronome anglais William Herschel fut le premier à reconnaître, vers 1800, que cette lumière « sombre » ou infrarouge provoquait un échauffement. En collaboration avec son compatriote Melloni, Nobili a trouvé un moyen de détecter cette énergie rayonnée en connectant des thermocouples en série pour former une thermopile.
Cela a été suivi en 1878 par le bolomètre. Inventé par l'Américain Samuel Langley, il utilisait deux bandes de platine, dont l'une était noircie, dans un montage en pont de Wheatstone. Le chauffage par rayonnement infrarouge provoquait un changement mesurable de la résistance.
Les bolomètres sont sensibles à la lumière infrarouge sur une large gamme de longueurs d'onde. En revanche, les dispositifs de type détecteur de photons développés depuis les années 1940 ont tendance à ne réagir qu'aux infrarouges dans une bande de fréquences limitée. Les détecteurs à sulfure de plomb sont sensibles aux longueurs d'onde allant jusqu'à 3 microns, tandis que la découverte de l'alliage ternaire HgCdTe en 1959 a ouvert la voie à des détecteurs adaptés à des longueurs d'onde spécifiques.
Aujourd'hui, les pyromètres infrarouges bon marché sont largement utilisés, et les caméras thermiques trouvent de plus en plus d'applications à mesure que leurs prix baissent.
Échelles de température
Lord Kelvin 
Anders Celsius Lorsque Fahrenheit fabriquait des thermomètres, il s'est rendu compte qu'il avait besoin d'une échelle de température. Il a fixé le point de congélation de l'eau salée à 30 degrés et son point d'ébullition à 180 degrés de plus. Par la suite, il a été décidé d'utiliser de l'eau pure, qui gèle à une température légèrement plus élevée, ce qui nous donne un point de congélation à 32 °F et un point d'ébullition à 212 °F.
Un quart de siècle plus tard, Anders Celsius proposa l'échelle de 0 à 100, qui porte aujourd'hui son nom. Plus tard, voyant l'avantage d'un point fixe à une extrémité de l'échelle, William Thomson, plus tard Lord Kelvin, proposa d'utiliser le zéro absolu comme point de départ du système Celsius. Cela a conduit à l'échelle Kelvin, utilisée aujourd'hui dans le domaine scientifique.
Aujourd'hui, les échelles de mesure de la température sont définies dans un document intitulé International Temperature System 90, ou ITS-90 en abrégé. Les lecteurs qui souhaitent vérifier ou mieux comprendre leurs unités de mesure devraient se procurer une copie de ce document.
Today, temperature measurement scales are defined in a document titled International Temperature System 90, or ITS-90 for short. Readers that would like to check or better understand their measurement units should obtain a copy.
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