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Les thermomètres de la mer (1) |
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Le thermomètre simple :
les premières mesures en mer
Du thermoscope au thermomètre scellé
Des instruments permettant de montrer le degré de chaleur de l'air avaient été élaborés depuis longtemps, notamment par les savants arabes dès le 11ème siècle. Ces "thermoscopes" étaient des assemblages de tubes et de récipients contenant de l'air et un liquide ; ils utilisaient le principe de la contraction et la dilatation de l'air en fonction de sa température, connu depuis l'Antiquité grecque.
Dans les premières décennies du 17ème siècle, plusieurs savants dont Santorius et Galilée mirent au point de manière indépendante les premiers thermomètres, qui ne différaient des thermoscopes que par l'ajout d'une graduation ; en 1624, un Français, Leurechon, utilise pour la première fois l'appellation "thermomètre" en décrivant un instrument à 8 degrés. Ces thermomètres à air avaient beaucoup d'inconvénients : ils étaient sensibles aux variations de température mais aussi de pression atmosphérique, ils étaient très encombrants et l'eau s'évaporait peu à peu.
C'est à un noble, le grand-duc de Toscane Ferdinand II de Médicis (1610-1670) que l'on doit d'avoir résolu ces problèmes. Homme politique sans grande influence face au pouvoir croissant de Rome, il s'intéressait particulièrement à la science : après avoir été l'élève de Galilée (qu'il tenta en vain de protéger lors de son procès) puis de Torricelli (l'inventeur du baromètre), il fut un mécène actif, et soutint la création de plusieurs sociétés savantes dont l'Accademia del Cimento fondée à Florence en 1657. Mis au point vers 1654, son thermomètre était novateur à deux titres : il utilisait la dilatation et la contraction d'un liquide (l'alcool, appelé à l'époque "esprit-de-vin") au lieu de l'air, et son tube était scellé à l'extrémité.
Plusieurs problèmes restaient à régler, comme le choix du liquide et surtout la standardisation d'une unité de mesure et d'une échelle commune à tous les thermomètres. Mais ces progrès étaient décisifs, et les nouveaux thermomètres n'allaient pas tarder à être mis en œuvre pour les toutes premières mesures de la température de l'eau.
Le thermoscope de Santorius
(source image : ZyTemp) |
Le thermomètre de Drebbel
(source image : ZyTemp) |
Les premières mesures de la Royal Society
Suivant l'exemple des Italiens (qui avaient fondé l’Académie des Lynx à Rome en 1603), mais précédant les Français (l'Académie royale des sciences fut créée en 1666 et ne fut reconnue officiellement qu'en 1699), les savants anglais avaient créé en 1660 la "Royal Society of London for the Improvement of Natural Knowledge".
Dès sa création, la Royal Society a appliqué à la mer la révolution scientifique du milieu du 17° siècle basée sur la prééminence de l'observation et de l'expérimentation sur la connaissance livresque ("to study Nature rather than Books"). Au-delà des objectifs limités inhérents aux besoins immédiats des navigateurs, la mer était devenue pour la première fois un objet d'étude en elle-même. Leurs principaux sujets d'intérêt étaient la salinité, la profondeur et la pression, mais aussi les courants et les marées.
Les premières mesures thermométriques en milieu aquatique furent effectuées dans les années 1660 dans la Tamise, puis en mer. Les savants de la Royal Society n'étaient pas des marins, et leurs possibilités de mesures directes se limitaient aux côtes anglaises les plus accessibles. Cependant ils étaient en rapport avec les navigateurs dont les navires fréquentaient des parages de plus en plus lointains, dans le cadre des relations commerciales (Compagnies des Indes, dont l'East Indian Company fondée en 1600) ou des voyages d'exploration. Très rapidement (dès 1662), la soif de connaissances sur l'océan les a conduits à rédiger des instructions pour inciter les navigateurs à effectuer des observations et des mesures de toutes sortes.
Extrait du volume 1 de la revue Philosophical Transactions :
la Royal Society a missionné Lawrence Rooke pour rédiger "des instructions aux marins
en partance pour les Indes orientales ou Occidentales, pour mieux les former à faire
des observations [...] dont ils tiendront un journal exact et en remettront à leur retour
un exemplaire au Lord Haut Amiral d'Angleterre, sa Grandeur Royale le Duc d'York, et
un autre à Trinity House à l'usage de la Royal Society"
(source : Royal Society)
L'impasse de la mesure des eaux profondes
A la fin du 17ème siècle, la température du fond de la mer soulevait des débats alimentés par des croyances ou des raisonnements mais impossibles à résoudre par des mesures : le fond de la mer est-il plus chaud (car plus proche du feu du centre de la Terre) ou plus froid (comme l'atteste l'expérience des marins à la remontée des plombs de sonde) que la surface ? Cette dernière hypothèse était soutenue par le physicien et chimiste irlandais Robert Boyle (1627-1691), un des membres les plus actifs de la Royal Society avec Robert Hooke, dans son ouvrage Tractatus de fondo maris publié en 1671, mais il se passerait encore beaucoup de temps avant que les instruments puissent apporter une réponse non équivoque à cette question.
En effet la remontée, même rapide (avec les moyens manuels de l'époque), du thermomètre à la surface à travers des couches de température différente (en général plus chaudes) puis à l'air libre (plus chaud ou plus froid selon la latitude et la saison) influençaient la dilatation ou la contraction du liquide et faussaient donc la lecture de la température. Ce biais était connu des savants mais son amplitude était impossible à évaluer et donc à corriger.
La solution aurait pu provenir de l'instrument imaginé pour apporter une réponse à une autre question débattue à l'époque : l'eau de mer n'est-elle salée qu'en surface, comme on le pensait couramment ? Les savants avaient imaginé le moyen de ramener des échantillons d'eau profonde à bord pour en mesurer le degré de salure : un récipient à deux valves maintenues ouvertes à la descente mais dont la fermeture à la remontée emprisonnait un volume d'eau prélevé à la profondeur voulue. Malheureusement ce système n'était ni étanche ni isolé des variations thermiques : il n'était jamais possible d'être sûr de la provenance exacte de l'eau ni de la valeur de la mesure de température. Ce n'est qu'à la naissance de l'océanographie moderne (fin du 19ème siècle), que le principe des "bouteilles de prélèvement" imaginées trois siècles auparavant put enfin être mis en œuvre avec des matériaux adéquats.
principe du système de prélèvement d'eau profonde imaginé au 17ème siècle
(à gauche : descente, à droite : remontée)
En attendant, seule la surface de la mer pouvait faire l'objet de mesures de température relativement fiables. Leur comparaison restait encore très difficile car la standardisation des unités et des échelles de température fut très progressive : l'Allemand Fahrenheit proposa son échelle en 1724, le Suédois Celsius la sienne en 1740, et les nombreuses autres échelles ont encore été utilisées pendant des décennies.
Quant aux mesures plus profondes, il fallut attendre que les premières manifestations de la mondialisation des échanges commerciaux conduisent un fabricant de soie anglais à cesser son activité pour s'intéresser aux développement de la science et de la technique…
