Métrologie

Cet exemple de résolution vaut dans des conditions parfaites d’observation et si vous avez été bien formé pour lire un thermomètre. En réalité, il se peut que vous ayez jeté un coup d'œil au thermomètre ou que vous ayez utilisé un rai de lumière pour le regarder, il peut être couvert de neige, de pluie, etc.  Dans un thermomètre, le mercure forme un ménisque important qui peut être plus grand que 1 °C et de nombreux observateurs observent incorrectement la température à la base du ménisque plutôt qu’à son sommet (haut ou bas). (cette image montre un ménisque d'alcool, un ménisque de mercure a un renflement vers le haut)


Une autre erreur majeure commune dans la lecture d'un thermomètre est l'erreur de parallaxe.

Image dûe à "Surface meteorological instruments and measurement practices By GP Srivastava" (avec un ménisque de mercure!) C'est là que la réfraction de la lumière à travers le thermomètre de verre augmente toute erreur de l'œil qui n’est pas au niveau de la surface du liquide dans le thermomètre.

Si vous utilisez des données de 100 thermomètres dispersés sur une zone vaste et que les données sont enregistrées à la main par des dizaines de personnes différentes, la résolution d'observation devrait être réduite. Par exemple, dans l'industrie pétrolière, il est courant d'accepter une marge d'erreur de 2 à 4% pour des données acquises manuellement.

Autant que je sache, on n'a jamais tenté de tenir compte des erreurs d'observation pour les données multiples brutes des historiques de températures des stations météorologiques.

Nous devrions aussi considérer la justesse des thermomètres typiques à mercure et à alcool utilisés dans les 120 dernières années. Les thermomètres en verre sont calibrés par immersion dans l'eau glacée à 0 °C et dans un bain de vapeur à 100 °C. L’intervalle est ensuite divisé en 100 divisions égales de 0 à 100. Toutefois, un thermomètre en verre est plus long à 100 °C qu'à 0 °C. Ceci signifie que l'échelle du thermomètre est faussée en plus à basse température (entre 0 et 25 °C) et en moins à haute température (entre 70 et 100 °C). Il en est de même pour les thermomètres météorologiques dont la plage va de -20 à +50 °C.

Il y a 25 ans, les thermomètres à mercure très précis utilisés dans les laboratoires (résolution 0.01 °C) avaient une carte ou graphe de calibrage attaché pour convertir en température réelle la température observée sur la graduation du thermomètre. Cela permettait de tenir compte de toutes les incohérences inhérentes à la fabrication du thermomètre. Voici un exemple d'un thermomètre 0-100°C qui indique une correction de 0,2°C à zéro, une correction 0.35°C à 50 et +0,4°C à 100°C – Cette courbe prend en compte la variation de la longueur du thermomètre en raison des changements de température, l'augmentation du volume de mercure à l'intérieur du tube capillaire plutôt que le volume du bulbe, mais surtout il représente les variations du diamètre du tube capillaire. (Il est presque impossible de faire un verre parfaitement capillaire)
   Aujourd'hui, la précision "standard" des thermomètres utilisés dans stations météorologiques est de + / – 0.5°C


Cela signifie que même avec la meilleure volonté du monde, en utilisant un thermomètre moderne fabriqué dans les 25 dernières années, la meilleure précision réalisable est + / – 0.5°C  et la meilleure résolution serait + / – 0.25°C. La combinaison de ces deux erreurs potentielles nous donne une marge d'erreur minimale de + / – 0.75°C.

La plupart des thermomètres des stations météo ont beaucoup plus de 25 ans. Les thermomètres fabriqués au 19e  siècle peuvent avoir une marge d'erreur de 3-5°C …

Dans le temps, les cycles de températures durcissent et contractent le bulbe de verre d'un thermomètre. La lecture d’un thermomètre -20 +50 °C de 10 ans sera faussée à la hausse d'environ 0,7 °C.

Au fil du temps, des cycles répétés de hautes températures font s'évaporer de la vapeur dans le vide en haut des thermomètres à alcool, créant de fausses lectures à basse température qui peuvent aller jusqu'à 5 °C. (5,0 °C pas 0,5 ce n'est pas une faute de frappe …)