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Le bathythermographe mécanique

La progression des connaissances et des théories sur la circulation océanique rendait de plus en plus pressant le besoin de mesures continues et non plus ponctuelles. Dans les années 1930, une équipe de la prestigieuse Woods Hole Oceanographic Intitution s'intéressait notamment aux méandres du Gulf Stream. Le Suédois Carl-Gustav Rossby (pas encore naturalisé américain à l'époque), qui la dirigeait, fit venir un ingénieur de 25 ans pour mettre au point une maquette tournante pour simuler les courants ; la présence d'Athelstan Spilhaus (d'origine sud-africaine, qui lui aussi devait être naturalisé américain) déboucha surtout sur un résultat beaucoup plus marquant pour le laboratoire et pour la communauté scientifique toute entière : la mise au point du premier appareil permettant d'obtenir des profils continus de température.

En 1934, Rossby avait imaginé un appareil, baptisé "l'océanographe", qui fournissait un enregistrement graphique température-profondeur. Cependant, il ne donnait pas satisfaction, et Rossby demanda à Spilhaus de le modifier pour le rendre moins volumineux, plus sensible, plus fiable et plus facile d'utilisation. En août 1937, le navire Atlantis fit les premiers essais du "bathythermographe" de Spilhaus, testé par rapport à des filières de thermomètres à renversement. Non seulement l'appareil fonctionna parfaitement, mais dès cette première campagne il apporta des informations jusqu'ici pratiquement inaccessible avec les outils dont disposaient les océanographes, et en un temps record : 3 minutes pour un profil de la surface à 150 m.

 

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Le bathythermographe mécanique (Source : Wikipedia)

Après quelques améliorations découlant de ces essais, la version définitive (1940) du bathythermographe ressemblait à une torpille que le navire faisait descendre au bout d'un simple câble. Le profil de température était enregistré par le déplacement d'un stylet sur une plaque de verre recouverte d'une couche de fumée ou d'une feuille d'or. Contrairement à la première version où il était fixé à l'extrémité d'un bilame métallique qui se déformait avec la température, le stylet était désormais relié à l'extrémité d'un tube de Bourdon, tube aplati et cintré dont la forme se modifie avec la pression du liquide (ou du gaz) qu'il contient. Cette variation de pression interne était provoquée par la dilatation ou la contraction, selon la température de l'eau, du xylène contenu dans un tube de cuivre d'une quinzaine de mètres de longueur, enroulé à l'extérieur de l'instrument et relié au tube de Bourdon. Parallèlement à ce mouvement vertical du stylet (lié à la température), un piston actionné par la pression ambiante (liée à la profondeur) entraînait le déplacement horizontal de la plaque de verre : au fur et à mesure de la descente et de la remontée, un profil température-profondeur s'inscrivait sur la plaque. Une fois le bathythermographe remonté à bord, la plaque était retirée et le profil était lu à l'aide d'une loupe ou d'un projecteur et d'une grille de lecture.

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Profils de température sur la plaque de verre du bathythermographe
(les deux tracés correspondent à la descente et la remontée)
(photos : UCSD)

L'instrument était utilisable pour des profils horizontaux ou verticaux. En dépit de sa limite de profondeur (275 m) et de sa faible précision (0,1°C), il a permis pour la première fois d'observer directement (et plus par des interpolations hasardeuses entre stations ou profondeurs d'immersion de thermomètres) la structure thermique des océans.

Malgré les réticences initiales de la Marine américaine, le bathythermographe fut très intensivement utilisé pendant la guerre pour connaître la structure thermique des profondeurs où évoluaient les sous-marins, et en déduire les propriétés de propagation des ultrasons qui permettaient de les détecter : un million de profils ont ainsi été acquis, qui furent ensuite mis à disposition des scientifiques. Par la suite, il fut beaucoup utilisé par ces derniers ; peu avant son abandon progressif à la fin des années 1960 au profit de la sonde électronique XBT, on recueillait environ 70.000 profils de bathythermographe par an.

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Mise en oeuvre du bathythermographe au début des années 1960
(source image : UCSD)

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