Métrologie

On utilise de plus en plus des capteurs électroniques de température depuis 20 ans pour mesurer la température ambiante. Ils ont aussi leur résolution propre et des problèmes de précision. Ces capteurs souffrent de dérive et d’hystérésis et doivent être étalonnés chaque année pour être précis, mais la plupart des capteurs de température des stations météo ne sont JAMAIS étalonnés après installation. Il y a dérive quand la température enregistrée augmente ou diminue régulièrement de façon constante, alors même que la température réelle ne change pas. C’est une caractéristique fondamentale de tous les appareils électroniques.

Il y a dérive quand une erreur d'enregistrement grandit progressivement au fil du temps, c'est un effet de mécanique quantique dans les parties métalliques de la sonde de température qui ne peut pas être compensé. La  dérive typique d'un thermomètre électronique –100 °C à +100 °C est d’environ 1 °C par an ! et le capteur doit être étalonné chaque année pour corriger cette erreur.
L'hystérésis est un problème banal. C'est quand une hausse et une baisse de températures ont une incidence mécanique différente sur le thermomètre. Par exemple si la température ambiante augmente de 1.05 °C, le thermomètre indique une augmentation de 1 °C, mais lorsqu’elle baisse de 1.05 °C, le même thermomètre indique une baisse de 1.1 °C. (C’est un problème TRÈS banal en métrologie)

Voici le comportement typique d’un capteur de température d’aliments par rapport à un thermomètre calibré sans même considérer une dérive du capteur : l’étalonnage du thermomètre en fonction de la température mesurée dans cet appareil de haute précision, le décalage est de -0,8 à +1 °C


Pour couronner le tout, les gens qui font ces thermomètres et stations météorologiques indiquent clairement la précision de leurs instruments, mais les scientifiques les ignorent ! La boîte d’un thermomètre à mercure de -20 +50 °C dira que la précision de l'instrument est par exemple de +/-0.75 °C, mais souvent cette information n'est pas intégrée dans les calculs statistiques faits en climatologie.

Enfin nous arrivons à la fameuse conversion des degrés Fahrenheit en degrés Celsius. Jusqu'aux années 1960, presque toutes les températures terrestres ont été mesurées en degrés Fahrenheit. Aujourd'hui, tous les scientifiques utilisent convenablement les Celsius. Toutes les anciennes données sont donc converties systématiquement en Celsius. Prenons une température ancienne, moins 32, multiplié par 5, divisé par 9.  C = ((F-32) x 5) / 9
Exemple : la lecture initiale en 1950 dit 60°F. Ces données ont été relevée par lecture humaine par un météorologue local et écrites dans son carnet de pointage. Cinquante ans plus tard un scientifique prend ce nombre et le convertit en degrés Celsius:

60-32 = 28,
28×5 = 140,
140/9 = 15.56

Il est généralement (à tort), arrondi à deux décimales 15.56 °C sans aucune explication sur le choix de ce niveau de résolution.
La méthode mathématique correcte pour traiter cette affaire de résolution consiste à examiner la résolution initiale des données. Typiquement les anciennes données Fahrenheit a été enregistrées par incréments de 2°F, par exemple, 60, 62, 64, 66, 68, 70. Il est très rare de voir sur les anciennes fiches de données 61, 63, 67 etc (même si 65 est légèrement plus fréquent)

Si la résolution d'origine était de 2 °F, la résolution à donner pour les mêmes données converties en Celsius devrait être 1.1 °C.

Par conséquent mathématiquement:

60F = 16C
61F = 17C
62F = 17C
etc.

En conclusion, quand on interprète des historiques d’enregistrements de température de l'environnement, il faut tenir compte des erreurs de précision internes au thermomètre, des erreurs de résolution ainsi que des erreurs d'observation et d'enregistrement de la température.

Dans un thermomètre d’environnement de haute qualité en verre fabriqué en 1960, la précision serait de +/- 1.4 °F. (2% de la plage)

La résolution par un observateur avisé et spécialisé serait d'environ +/-1 °F.

Par conséquent, la marge d'erreur totale de toutes les températures de la station d’observation ne serait pas moindre que +/-2.5 °F, soit +/-1.30 °C …