Température Temperature affichée sur des dés.

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Qu’est-ce que la température ?

25/02/2020

La température n'est pas une grandeur directement mesurable. Sa perception varie d'un individu à l'autre et selon les conditions atmosphériques (vent, pluie, ensoleillement…).

Définition de la température

Pour définir la température en tant que grandeur physique mesurable, il faut s'intéresser à la structure de la matière, composée d’atomes et de molécules animés d’un mouvement incessant. La température d'un corps est l'énergie cinétique moyenne des molécules ou des atomes qui le composent. Plus la température est élevée, plus les molécules ou les atomes s'agitent vite. Pour observer et prévoir le temps, les météorologues mesurent la température de l’air.

Unités de mesure

La température mesurée en météorologie ne correspond pas à la température physique ressentie. Il s'agit par définition de la mesure de la température de l'air sous abri, à une hauteur de 1,5 mètre du sol. Pour déterminer la grandeur physique de la température, plusieurs échelles ont été définies.

L’échelle Celsius

En France et dans la majorité des pays, on utilise le degré Celsius (°C). Le 0 °C de cette échelle correspond au point de congélation de l'eau, et le 100 °C au point d'ébullition de l'eau. Son nom est emprunté à l'astronome et physicien suédois Anders Celsius (1701-1744). Il a inventé en 1742 une des premières échelles centigrades de température basée sur les mêmes points de référence mais inversés : 0 correspondait au point d'ébullition de l'eau, 100 à son point de congélation !

L’échelle Fahrenheit

Quelques pays anglo-saxons utilisent encore l'échelle Fahrenheit (°F), du nom du physicien allemand (1686-1736) qui l'a mise au point en 1724. Celui-ci avait basé son échelle sur deux points de référence bien différents : d'une part la température la plus basse obtenue en laboratoire en mélangeant un volume égal de chlorure d'ammonium et d'eau, et d'autre part, la température du sang d'un cheval en bonne santé ! Sur cette échelle, l'eau congèle à 32 °F et bout à 212 °F.

L’échelle kelvin

L'actuelle unité internationale de température, le kelvin, est utilisée par les scientifiques. Par convention, le zéro de l'échelle kelvin (0 K) est le zéro absolu, c'est-à-dire la température la plus basse possible dans l'univers. À cette température il n'y a plus aucune agitation moléculaire. Cette échelle possède un seul point de référence : la valeur particulière du point triple de l'eau à 273,16 K. Il correspond aux conditions dans lesquelles coexistent les trois états : liquide, solide et gazeux. Un écart de 1 kelvin correspond très exactement à 1 degré Celsius.

Relation entre les trois échelles

On parle de degré Celsius ou degré Fahrenheit (°C ou °F) mais on dit juste « kelvin » lorsqu'on utilise cette unité (K). Ainsi, kelvin s'écrit tout en minuscules.

Quelques valeurs remarquables.

Formules de conversion

TCelsius = (5/9) * (TFahrenheit -32) = TKelvin – 273,15

TFahrenheit = (9/5) * TCelsius +32 = (9/5) * TKelvin – 459,67

TKelvin = TCelsius + 273,15 = (5/9) * (TFahrenheit + 459,67)

Mesurer la température en météorologie

En météorologie, on ne mesure pas que la température de l'air sous abri. Pour prévoir le risque d'avalanche, la température du manteau neigeux est fort utile, tout comme la température des routes pour prévoir si la neige ou le verglas vont tenir au sol. Les mesures de la température de surface des océans alimentent aussi les modèles de prévisions. Pour les besoins de l'agriculture, les météorologistes mesurent également les températures dans le sol et à diverses hauteurs au-dessus du sol.

Les instruments de mesure

L'instrument de mesure de la température est le thermomètre. Les thermomètres à alcool ou comportant des bilames métalliques, exploitent la dilatation des corps sous l'effet de la chaleur pour effectuer cette mesure. Le thermomètre à mercure est désormais interdit en raison de sa toxicité. Mais on utilise aussi des sondes de températures, des thermomètres électroniques et même les mesures calculées à partir des relevés par satellite.

Thermomètre. © Météo-France.

Un peu d’histoire

Le thermoscope est l'ancêtre du thermomètre. Inventé au XVIIe siècle, il permettait de déceler les variations de température en repérant le niveau d'un liquide se dilatant sous l'effet de la chaleur dans un tube très fin. Mais en l'absence d'échelle, la température ne pouvait être chiffrée par cet instrument.

Thermoscope. © Météo-France.

L’abri météorologique

Pour mesurer la température de l'air, le thermomètre ou la sonde est placé à 1,5 m du sol dans un abri ajouré. Cet abri laisse ainsi circuler l'air et protège l'instrument de mesure du rayonnement direct du soleil. Pour effectuer leurs mesures, les services météorologiques respectent des normes définies par l'Organisation météorologique mondiale. Ces observations, réalisées dans des conditions identiques partout dans le monde, peuvent ainsi être échangées, comparées et intégrées dans les modèles de prévision du temps.

Abri météorologique. © Météo-France.

Où placer mon thermomètre ?

Pour s'affranchir des effets du rayonnement solaire direct, il est conseillé de suspendre le thermomètre ou la sonde à l'ombre, du côté nord de la maison, à distance du mur et à l'abri des précipitations.

Variation diurne de la température

La température de l'air varie avec l'alternance du jour et de la nuit mais aussi, dans la journée, avec l'ensoleillement. Les bulletins météorologiques indiquent ainsi la température minimale et la température maximale du jour. Par temps couvert, le cycle est le même mais l'amplitude (différence entre la température maximale et la température minimale) est moindre.

En France métropolitaine, les vents de sud, comme le sirocco, amènent de l'air chaud et les vents de nord, comme le mistral, de l'air froid. Le déclenchement de ces régimes de vent peut perturber le cycle jour-nuit et modifier les horaires habituels des extrêmes de température.

Contrairement aux idées reçues, la température maximale de la journée n'est pas atteinte à midi solaire, mais plutôt vers 15 h solaire (soit 17 h en France l'été). Le minimum de température est atteint peu après le lever du soleil.

La température minimale

Mesurable par un thermomètre à minimum, la température minimale en un lieu donné est la température atmosphérique la plus basse atteinte en ce lieu au cours d'un intervalle de temps prédéterminé. Des intervalles de temps successifs de 24 heures déterminent ainsi en chaque site de mesure la température minimale quotidienne (TN), qui survient le plus souvent peu après le lever du jour. Afin d'assurer la synchronisation des observations à l'échelle mondiale, on convient en météorologie que cette dernière grandeur est, pour un jour J, la température la plus basse qui ait été relevée sur le site entre le jour J-1 à 18 h UTC et le jour J à 18 h UTC.

La température maximale

Mesurable par un thermomètre à maximum, la température maximale en un lieu donné est la température atmosphérique la plus élevée atteinte en ce lieu au cours d'un intervalle de temps prédéterminé. Des intervalles de temps successifs de 24 heures déterminent ainsi en chaque site de mesure la température maximale quotidienne (TX), qui survient le plus souvent en cours d'après-midi. Afin d'assurer la synchronisation des observations à l'échelle mondiale, on convient en météorologie que cette dernière grandeur est, pour un jour J, la température la plus élevée qui ait été relevée sur le site entre le jour J à 6 h UTC et le jour J+1 à 6 h UTC.

Valeurs remarquables de températures

Température la plus élevée dans le monde : +56,7 °C à Furnace Creek Ranch (Vallée de la Mort ; altitude : 58 m au-dessous du niveau de la mer) aux États-Unis le 10 juillet 1913.

Température la plus basse dans le monde : -89,2 °C à Vostok (Antarctique ; altitude : 3 420 m) le 21 juillet 1983.

Température moyenne sur Terre : 15 °C.

La température en altitude

La température de l'air diminue avec l'altitude : en moyenne de 6,5 °C tous les 1 000 m dans la première couche de l'atmosphère où se déroulent les phénomènes météorologiques. Cette couche appelée troposphère s'étend du sol jusqu'à environ jusqu'à 12 km en France métropolitaine. La limite supérieure de cette couche est la tropopause : son altitude varie entre 10 et 18 km en fonction de la latitude.

Schéma de la structure de l’atmosphère. © Météo-France.

Comment mesure-t-on la température en altitude ?

Des ballons équipés de sonde permettent de connaître la température en altitude. Aujourd'hui, certains satellites permettent aussi d'établir le profil vertical de la température de l'air. Les météorologistes s'attachent à décrire la variation verticale de la température car elle a de nombreuses conséquences sur la forme des nuages, la présence de brouillard ou d'orages, la dissipation des fumées et de la pollution atmosphérique…

Atmosphère instable

Lorsque la température décroît fortement avec l'altitude, la probabilité de voir apparaître des cumulonimbus accompagnés d'orages est forte car l'atmosphère est instable. C'est le cas, par exemple, lorsque le rayonnement solaire réchauffe le sol toute la journée et qu'en altitude l'air reste très froid : le soir on observe alors des orages violents.

Inversion de température

Parfois l'air est plus froid dans les basses couches qu'en altitude. L'air froid et humide, plus « lourd » que l'air chaud, reste « coincé » au sol ou à proximité du sol. On appelle ce phénomène une « inversion de température ». En hiver, ce type de situation empêche le brouillard ou les nuages bas (stratus) de se dissiper parfois toute la journée.