Mes2-1 - Cathétomètres
Fonction
Mesure précise de la distance verticale entre deux points (qui ne sont pas nécessairement sur la même verticale). Sert, par exemple, à mesurer une hauteur barométrique, (à l'aide du grand cathétomètre a), une ascension capillaire (à l'aide du petit cathétomètre b), une dénivellation manométrique, une dilatation... Étymologie : du grec cathétos, vertical et métron, mesure.
Description
Les deux points dont on veut mesurer la distance verticale sont visés successivement à l'aide d'un viseur (petite lunette) dont l'axe optique, horizontal, est perpendiculaire à l'axe vertical d'un support portant une règle graduée. La lunette peut aussi tourner autour de cet axe vertical pour permettre, sans déplacement du support, la visée de deux points qui ne sont pas sur une même verticale. Viser un point consiste à amener, par rotation et translation du viseur, l'image du point à coïncider avec l'intersection des deux fils croisés du réticule de la lunette. Pour passer de la visée d'un point à celle de l'autre point il faut translater verticalement le viseur d'une hauteur mesurée sur la règle graduée et qui est la distance verticale des points que l'on veut mesurer.
La colonne verticale qui porte la règle graduée doit être rigide ; elle est fixée perpendiculairement à un lourd socle qui repose sur une plaque en matériau dur posée sur le sol, par l'intermédiaire de trois vis calantes qui permettent de régler l'horizontalité du socle, donc la verticalité de la colonne, à l'aide de deux niveaux à bulles solidaires du socle.
La lunette L est solidaire d'un chariot qui glisse le long de la colonne. Un contrepoids équilibre le moment du poids du chariot qui risquerait de produire un fléchissement de la colonne malgré le grand diamètre de celle-ci.
Le chariot constitué de deux curseurs C1 et C2. Le curseur C1 peut être immobilisé, à l'aide de la vis de pression V1. Le curseur C1 étant immobilisé, le curseur C2 qui porte la lunette peut encore être déplacé très lentement à l'aide de la vis micrométrique V2 qui règle la distance de C2 à C1. Le curseur C2 est percé d'une fenêtre F' qui laisse apparaître les divisions de la règle graduée ; le curseur C1 est muni d'un vernier au 1/50 ème de mm (ou au 1/20 ème de mm) dont les divisions sont gravées sur le bord de la fenêtre face aux divisions de la règle.
La lunette viseur est fixée au curseur C2 par l'intermédiaire d'une fourchette F qui peut tourner autour de O. La rotation autour de O sert à régler l'horizontalité de l'axe optique de la lunette ; elle est réalisée à l'aide de la vis V3 agissant sur le levier Q. L'horizontalité de l'axe de la lunette est contrôlée à l'aide du niveau à bulle N suspendu sous la lunette.
L'incertitude de la lecture (au 1/100 ème de millimètre) est illusoire, la précision des mesures étant limitée par les incertitudes du réglage, les déformations mécaniques, le « temps perdu » des vis micrométriques etc…
On améliore la précision en utilisant des cathétomètres à deux lunettes. La grandeur à mesurer doit elle-même être définie avec une précision comparable à celle de la mesure. Par exemple le niveau du mercure dans un baromètre est défini par l'extrémité d'une pointe conique que l'on amène à la surface du mercure de telle sorte qu'elle n'ait qu'un point commun avec son image dans celui-ci. C'est un point que l'on vise.
Histoire
Utilisé par Louis Joseph Gay-Lussac (1778-1850) le cathétomètre fut perfectionné successivement par Pierre Louis Dulong (1785-1838) et Alexis Thérèse Petit (1791-1820), par Claude Pouillet (1790-1868), par Henri Victor Regnault (1810-1878)...
