Réglementation · Thermomètre à mercure
Comment fonctionne un thermomètre à mercure, du réservoir au col
Le mercure se dilate de 0,018 % par degré. Dans un réservoir de 0,3 cm³ relié à un capillaire de 0,1 mm de diamètre, cette variation infime déplace la colonne de plusieurs millimètres par degré, assez pour lire le dixième. Un étranglement au-dessus du réservoir empêche la colonne de redescendre : c'est pour cela qu'on le secoue.
Le mercure est interdit à la vente depuis 1999 et toxique par ses vapeurs. Cette page explique le principe d'un objet que beaucoup de foyers possèdent encore ; elle ne recommande pas son usage, surtout pour un enfant. En cas de casse, suivez la page thermomètre à mercure cassé.
Le principe : la dilatation d'un liquide
Tout thermomètre à liquide exploite le même phénomène que la page comment fonctionne un thermomètre décrit pour les autres technologies : la matière occupe plus de volume quand elle chauffe. Le coefficient de dilatation volumique du mercure vaut 1,8 × 10⁻⁴ par kelvin, soit 0,018 % par degré. Sur un réservoir de 0,3 cm³, un degré de plus ajoute 0,000054 cm³. Poussé dans un tube capillaire de 0,1 mm de diamètre intérieur (section 0,0000785 cm²), ce volume allonge la colonne d'environ 7 mm. Voilà pourquoi un thermomètre médical de 11 cm couvre seulement 7 degrés, de 35 à 42 °C, avec une division tous les 0,1 °C, soit 0,7 mm par graduation.
Le verre se dilate aussi, mais 20 fois moins (coefficient d'environ 0,9 × 10⁻⁵ par kelvin pour le verre borosilicaté). La graduation est gravée pour le mouvement relatif du mercure par rapport au verre ; le fabricant étalonne chaque tube dans des bains à 36, 39 et 42 °C avant de graver l'échelle.
Pourquoi le mercure plutôt qu'un autre liquide
| Propriété | Mercure | Alcool (éthanol) | Galinstan |
|---|---|---|---|
| Plage liquide | −38,8 à 356,7 °C | −114 à 78 °C | −19 à 1 300 °C |
| Dilatation par degré | 0,018 % | 0,11 % | 0,012 % |
| Linéarité entre 0 et 100 °C | Excellente | Moyenne, corrigée par la gravure | Bonne |
| Mouille le verre | Non : ménisque bombé, colonne nette | Oui : traîne un film sur la paroi | Oui : le tube doit être traité |
| Toxicité | Vapeurs neurotoxiques | Négligeable | Négligeable |
| Statut en 2026 | Interdit à la vente | Autorisé | Autorisé |
Le mercure combinait quatre avantages : une dilatation régulière sur toute l'échelle, une colonne opaque et brillante lisible sans colorant, une inertie chimique qui ne dégrade pas le verre, et l'absence de mouillage, qui évite qu'un film reste collé à la paroi en redescendant. L'alcool, six fois plus expansif, convient aux thermomètres de fenêtre et de bain moins précis ; l'alliage de gallium reprend le rôle du mercure dans les thermomètres médicaux actuels (thermomètre au gallium).
Le col d'étranglement, pièce clé du thermomètre médical
Ce qui distingue le thermomètre médical d'un thermomètre de laboratoire est un rétrécissement du capillaire juste au-dessus du réservoir, large de quelques centièmes de millimètre. À la montée, la pression de dilatation force le mercure à travers. Une fois le thermomètre retiré de l'aisselle, le réservoir refroidit et se contracte, mais la colonne, retenue par la tension superficielle au niveau du col, se sépare du réservoir et reste en place. Le thermomètre affiche donc le maximum atteint, d'où le nom de « thermomètre à maxima », lisible tranquillement à la lumière.
Pour réutiliser l'appareil, il faut renvoyer le mercure sous le col par la force centrifuge : on tient le thermomètre par le haut et on donne trois ou quatre secousses sèches du poignet, jusqu'à ce que la colonne descende sous 35 °C. Le geste, exécuté au-dessus d'un lit ou d'un tapis, est la première cause de casse.
Temps de mesure : pourquoi 3 à 5 minutes
Le verre conduit mal la chaleur et le réservoir contient environ 4 g de mercure à réchauffer. Sous le bras, l'équilibre thermique demande 4 à 5 minutes ; par voie rectale ou buccale, plus proches du cœur du corps, 3 minutes suffisent. Les études des années 1990 montraient que retirer le thermomètre à 1 minute sous-estimait la température de 0,5 à 1 °C. Un digital à thermistance atteint l'équilibre en 10 à 60 secondes grâce à une pointe métallique de 0,2 g ; c'est le principal argument de la page digital ou mercure.
L'erreur fréquente : une colonne coupée
Après un choc ou un long séjour dans un tiroir, la colonne se sépare parfois en deux segments avec une bulle entre eux. Le thermomètre indique alors une valeur fausse, en général trop haute. La cause est mécanique, pas un défaut du métal : un segment est resté coincé au-dessus du col ou dans une microbulle de gaz. On peut tenter de réunir la colonne par des secousses répétées ou en plongeant le réservoir dans de l'eau à 40 °C pour pousser les deux segments jusqu'au sommet du capillaire, où ils fusionnent. Si la séparation revient, le tube est fissuré et le thermomètre part en recyclage.
Pour qui ce fonctionnement n'est plus adapté
Un enfant qui bouge, une personne âgée qui tient mal le bras serré, un patient à mesurer la nuit sans le réveiller : dans les trois cas, les 4 minutes d'immobilité et la fragilité du verre disqualifient le thermomètre à mercure comme son cousin au gallium. Un thermomètre digital ou infrarouge répond en moins d'une minute. La page mère thermomètre à mercure détaille les alternatives et la lecture est expliquée sur lire un thermomètre à mercure.
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Questions fréquentes
Pourquoi faut-il secouer un thermomètre à mercure avant de l'utiliser ?
Parce qu'un étranglement du capillaire retient la colonne à la valeur maximale atteinte, même une fois le thermomètre refroidi. Trois ou quatre secousses du poignet renvoient le mercure dans le réservoir par force centrifuge, sous la marque des 35 °C. Sans ce geste, la mesure suivante ne peut qu'afficher une valeur égale ou supérieure.
Le mercure d'un thermomètre peut-il geler ?
Oui, à −38,8 °C. C'est pour cela que les thermomètres d'extérieur destinés aux climats polaires ont toujours utilisé l'alcool, liquide jusqu'à −114 °C. Un thermomètre médical, gradué de 35 à 42 °C, n'est jamais exposé à ce froid.
Combien de mercure contient le réservoir ?
Entre 0,5 et 2 g pour un thermomètre médical, soit un volume de 0,04 à 0,15 cm³ compte tenu de la densité de 13,5 g/cm³. Le mercure est si dense qu'une bille de 3 mm pèse près de 0,2 g.
Un thermomètre à mercure est-il plus précis qu'un digital ?
Non, à tolérance égale : les deux sont donnés à ±0,1 °C entre 35 et 42 °C. Le mercure garde l'avantage de ne pas dépendre d'une pile ni d'un algorithme, mais il exige 3 à 5 minutes d'immobilité, contre 10 à 60 secondes pour un digital.