Échelles de température

Sommaire

1. Qu’est-ce que la température ?
2. L’Échelle internationale de température de 1990 (ITS-90)
3. Les points fixes de l’ITS-90
4. Résumé

Qu’est-ce que la température ?

Comprendre comment la température est définie constitue un fondement essentiel de la thermométrie à thermocouple et à résistance. Bien que le concept puisse sembler simple, la température est l’une des grandeurs physiques les plus complexes à définir et à mesurer avec précision.

En métrologie, un système de référence d’unités est nécessaire pour permettre des comparaisons exactes. La température est l’une des sept grandeurs de base définies par le Système international d’unités (SI) . Toutefois, contrairement à d’autres grandeurs de base comme la longueur ou la masse, la température ne peut pas être mesurée directement. Elle doit être déduite d’autres propriétés physiques mesurables telles que la résistance, la pression ou la tension.

L’unité standard de température est le kelvin (K) , défini comme 1/273,16 de la température thermodynamique du point triple de l’eau — la condition unique où l’eau existe simultanément aux états solide, liquide et vapeur. Cela correspond à 0,01 °C sur l’échelle Celsius. Les échelles Celsius et Kelvin ont des intervalles identiques ; la seule différence est l’origine, 0 K étant équivalent à −273,15 °C.

Traditionnellement, le point de glace (0 °C) et le point d’ébullition (100 °C) ont été utilisés comme températures de référence pratiques. Cependant, en métrologie de précision, ces points de référence peuvent varier légèrement en raison de facteurs tels que la pression atmosphérique et la saturation en air. Par exemple, le point triple de l’eau est défini en l’absence d’air, tandis que le point de glace implique de l’eau saturée en air à la pression standard.

La recherche moderne a introduit des points fixes alternatifs, comme le point triple du gallium (~30 °C), qui peuvent offrir une meilleure reproductibilité en conditions de laboratoire. Ces développements contribuent à améliorer l’exactitude et la fiabilité des mesures de température.

L’Échelle internationale de température de 1990 (ITS-90)

L’évolution des échelles internationales de température a joué un rôle crucial dans la thermométrie moderne. La première norme largement adoptée, ITS-27 , a été introduite en 1927 et a fourni un cadre pour des mesures de température cohérentes à l’aide de points fixes et de capteurs étalonnés. Elle couvrait de −200 °C (juste en dessous du point d’ébullition de l’oxygène) à 1 065 °C (le point de fusion de l’or), avec des thermomètres à résistance de platine (PRT) utilisés jusqu’à 445 °C et thermocouples Pt-10 % Rh vs Pt (type S) spécifiés pour les températures plus élevées.

En 1968, celle-ci a été remplacée par IPTS-68 , qui a introduit des formules d’interpolation améliorées et une plage de températures plus large. Cependant, des défis subsistaient, en particulier dans l’intervalle 630–961 °C où les thermocouples introduisaient des erreurs d’interpolation et des discontinuités.

Le 1er janvier 1990 , l’ Échelle internationale de température de 1990 (ITS‑90) a été adoptée, représentant un bond en avant significatif en termes de précision et de facilité d’utilisation. Les principales améliorations comprenaient :

• Extension de la thermométrie à résistance de platine jusqu’à 961,78 °C (point de congélation de l’argent), supprimant le recours aux thermocouples dans cette plage
• Abandon progressif des thermocouples  (p. ex., type S) comme instruments définissant l’échelle en raison d’une reproductibilité limitée (± 0,2 °C), remplacés par des sondes RTD plus précises
• Suppression des points fixes obsolètes , y compris les points d’ébullition du néon, de l’oxygène et de l’eau
• Élargissement de la plage de températures jusqu’à 0,65 K au moyen de la thermométrie par pression de vapeur
• Équations d’interpolation plus précises pour une meilleure précision entre les points fixes
• Introduction de sous-plages , permettant d’étalonner les PRT sur des étendues limitées, réduisant l’exposition aux températures extrêmes

L’ITS‑90 divise l’échelle de température en cinq plages chevauchantes , chacune avec sa propre technique de mesure :

• 0,65 K à 5 K utilisant la pression de vapeur de l’hélium
• 3 K à 24,5561 K par thermométrie à gaz à volume constant
• 13,8033 K à 273,16 K en utilisant la thermométrie par rapports avec des points triples
• 0 °C à 961,78 °C en utilisant des thermomètres à résistance de platine étalonnés
• Au-dessus de 961,78 °C en utilisant la thermométrie de rayonnement basée sur la loi de Planck

Bien que les thermocouples tels que les types S, R et B ne fassent plus partie de l’échelle définissante, ils sont encore utilisés comme étalons secondaires et pour des mesures pratiques de température dans l’ensemble de l’industrie.

L’ITS‑90 n’est pas une représentation parfaite de la température thermodynamique, mais c’est l’échelle la plus précise et la plus stable jamais mise en œuvre, constituant la base de l’étalonnage et de la traçabilité en température dans le monde entier.

Les points fixes de l’ITS‑90

Résumé

• La température ne peut pas être mesurée directement et doit être déduite à partir de propriétés physiques connexes.
• Le kelvin est l’unité SI de température, défini à partir du point triple de l’eau.
• L’échelle ITS-90 fournit une méthode, largement acceptée à l’international et très précise, pour mesurer la température sur une large plage.
• La thermométrie à résistance a largement remplacé les thermocouples dans les applications de haute précision en raison de sa reproductibilité supérieure.

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