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[matériel] Matériel

Grand froid et précisions des altimètres

jeudi 23 février 2012 par BAUZAC Stéphane

Durant la vague de froid que nous venons de traverser, j’ai remarqué à chaque sortie une erreur de mon altimètre, nettement plus importante que d’habitude. De plus cette erreur était toujours dans le même sens : calage au départ, et ensuite altitude affichée systématiquement supérieure à l’altitude réelle, cet écart croissant avec le dénivelé.

Exemple sortie du 11 février en Chartreuse (Mont Joigny) :
Calage à la maison 275 m
Au parking à 950 m erreur + 50 m soit une erreur relative de 50/(950-275) = + 7,4 %
Au sommet 1553 m erreur +100m (+7,8 %)

Intrigué par cette erreur importante et surtout systématique (toujours dans le même sens), j’ai cherché à en savoir un peu plus (merci à M. Caplain…).

Les altimètres que nous utilisons (à l’exclusion de ceux des GPS) utilisent le principe de l’altimétrie barométrique. Un capteur mesure la pression et la valeur obtenue est ensuite convertie en altitude via une loi mathématique.

La loi de conversion la plus classique repose sur un modèle physique de l’atmosphère, appelé " atmosphère standard ". Ce modèle fait l’hypothèse d’une température au niveau de la mer de 15°C et d’un isotherme 0°C à 2300 m.

La loi précisément implémentée dans chaque modèle d’altimètre dépend sans doute du fabricant, et peut être légèrement différente mais dans tous les cas, la température de la masse d’air intervient.

Donc, une masse d’air inhabituellement froide, très éloignée de ces valeurs " standards ", telles que celles de ces dernières semaines, explique sans doute les erreurs constatées. J’ai profité du réchauffement pour essayer de valider cette hypothèse, et effectivement, avec un isotherme à 1800 m, j’ai constaté une erreur beaucoup plus faible, de l’ordre de 1%.

En théorie, des atmosphères excessivement chaudes, avec des iso 0°C bien supérieurs à la valeur standard de 2300 m, devraient générer des erreurs également importantes mais en sens inverse… à vérifier cet été.

Attention, l’altitude de l’isotherme 0° n’est pas le seul facteur d’erreur d’un altimètre. Ainsi le modèle standard fait aussi l’hypothèse d’une variation linéaire de la température en fonction de l’altitude (1°C / 154 m), ce qui est loin d’être systématiquement vérifié (couche d’inversion par exemple…). Sans parler des variations de pression liées à l’évolution de la situation météo.


Messages et Commentaires ...
  • 23 février 2012 Sebastien Spieser - suite

    inutile de publier mon precedent commentaire !
    En fait la Vector est bien compensee en tempe... mais pour prendre en compte la tempe du capteur (la monte donc, qd elle est au poignet, sur le sac, chauffee par le soleil etc etc...). Mais ce n’est pas la temperature du volume d’air dont on mesure la pression : donc ne corrige pas le phenomene cité par cet article (et a priori aucune montre alti ne le fait)

  • 23 février 2012 STB - compensation en température

    Bonjour Sébastien,

    Nous sommes bien d’accord, la compensation en température est un autre problème que celui évoqué dans mon article.
    Les composants électroniques de la chaîne de mesure analogique, et en premier lieu le capteur, sont sensibles à la température du milieu dans lequel ils travaillent. Il faut donc mettre en oeuvre une compensation sinon les indications obtenues seraient très sensibles à la température de l’électronique.

    C’était un problème sur les tous premiers altis électronique, maintenant c’est bien maîtrisé en général.
    Un test simple à faire chez soi un jour où il gèle bien fort dehors : relever l’altitude indiquée avec la montre à température ambiante puis la placer à l’extérieur, sur la fenêtre, et contrôler le résultat.
    Avec les montres actuelles en général ça ne bouge pas ou très peu.

  • 23 février 2012 Etienne LAURAS - détail de la compensation

    C’est un vieux problème que j’avais découvert à la lecture de mon vieil altimètre mécanique THOMMEN. A noter qu’il marche toujours, et que je n’ai aucune pile à changer... Mais la montre alti est plus commode et mon bon vieux Thommen reste au placard.
    Toujours est-il que dans la doc de cet alti du siècle dernier, il est indiqué un décalage de 4m par 1000m de dénivelé et par degré de différence par rapport à 15° au niveau de la mer.
    Cela oblige certes à des calculs, mais cela occupe dans les longues montées et pour avoir testé depuis 20 ans... ça marche !

    Exemple : 6° au niveau de la mer (soit un iso O° à 1000 m environ). Donc 15-6 =9 degrés de différence.
    Sur 1500 de dénivelé, cela fera 1,5 x 9 x 4 = 54 m d’écart à l’arrivée au sommet.
    Si la voiture (pardons le vélo, car maintenant on fait les approches en écolo !) est à 1000 m d’altitude, alors :
    - s’il fait trop froid, l’altimètre indiquera 2554 m au sommet, au lieu de 2500m
    - s’il fait trop chaud, il indiquera 2446m.

    Tout le monde sait qu’une montgolfière monte grâce à l’air chaud plus léger, plus dilaté. C’est pareil avec la colonne d’air atmosphérique. S’il faut chaud, elle se dilate et les différences de pressions sont moindres. L’alti sous estime alors le dénivelé. Et inversement s’il fait froid.

    La compensation en température indiquée sur tous les alti indique qu’il indiquera toujours la même altitude, même si vous le mettez au four (euh … enfin pas sûr), disons au congélateur de Mamie.

    A vos calculs !!

  • 28 février 2012 Jean Jacques Bianchi - formules de base de l’altimètre

    Un alti barométrique = un capteur de pression + une puce (quand il est électronique) qui contient une formule mathématique qui transforme la pression en altitude
    unités P = Hpa Z = en Km
    P(Z) = P(0) x ( 1 - 0.022554 x Z ) exp 5.2563
    avec P(0) = 1013.25
    exemple P(4810 ) = 554.08 Hpa ( soit 54.7% de la pression standard au niveau 0 )
    Ceci pour l’atmosphère " standard ", correspondant aux hypothèses ( simplificatrices ) intégrées dans la dite formule, conformément aux lois de la thermodynamique,
    En particulier
    la pression au niveau de la mer ( P0 ), 1013.25 Hpa
    la température au niveau de la mer = 15°C,
    une variation de la température de 0.65 ° par 100m,
    et bien d’autres
    Par ailleurs
    > le capteur de pression a sa propre précision ( variable ), et voit la mesure effectuée perturbée par sa propre température ( pas celle de l’atmosphère, qu’il ignore !! ), d’où l’intérêt d’avoir un alti " compensé en température " , ce qui signifie qu’une correction est apportée automatiquement en fonction de la température interne mesurée par le thermomètre, étalonnage fait en usine ( voir le test du congélateur )
    > Les variations globales de la pression atmosphérique, phénomène bien connu, et que l’on compense en recalant son alti à des points cotés ( en fait, la puce recalcule à l’envers le P(0) correspondant, et effectue ensuite ses calculs avec cette nouvelle valeur, jusqu’à ce qu’on recale à nouveau …. )
    > Enfin, l’atmosphère réelle n’étant jamais – sauf miracle – égale à l’atmosphère dite " standard ", il y a une erreur systématique, qui représente couramment 3 à 4 % , parfois plus, l’alti sous estime les variations d’altitude quand la température est plus chaude que le standard ( en été ), et surestime en hiver : tu es à 1000 m ( point coté ), tu montes à un refuge à 2000
    ( point coté ) : en été, ton alti va rajouter non pas 1000 m de variation d‘altitude, mais 960 , il affichera donc 1960 m , et en hiver, 2040 m, c’est normal
    on approxime cette erreur ainsi
    T ( en D° Kelvin ) = température au niveau de la mer
    L’erreur de lecture est de : 288 / T
    si T(0) = 25°C K
    Erreur = 288 / 298 = 0.966 soit 3.34%
    > Il y a bien d’autres sources d’inexactitudes, que dire par exemple des phénomènes d’inversion de température, de l’humidité de l’air, etc

  • 24 mai 2012 Yann Labreche - Grandeurs d’influence sur le capteur

    Merci à Étienne et Jean Jacques pour leurs explications.
    Lorsqu’on porte l’altimètre contre soit (montre...) le capteur de température relève une valeur qui n’est pas celle de la colonne d’air, la compensation est faussée. Une erreur est donc générée.
    Il est nettement préférable en cas de température d’air éloignées de celle du corps de porter "l’altimètre" à l’extérieur afin qu’il mesure la température exacte de l’aire et effectue donc une correction conforme
    Une montre altimètre est une hérésie métrologique, pour ma part j’ai transformé la mienne en pendentif que j’accroche à la bretelle du sac à dos.

  • 25 mai 2012 Frédéric Bunoz - Re : Grandeurs d’influence sur le capteur

    Il est nettement préférable en cas de température d’air éloignées de celle du corps de porter "l’altimètre" à l’extérieur afin qu’il mesure la température exacte de l’aire et effectue donc une correction conforme Une montre altimètre est une hérésie métrologique

    Relisez l’article et les autres commentaires, il est justement expliqué le contraire : la compensation en température ne concerne pas la température de l’air utilisée dans la formule (pression > altitude), mais la température du capteur de pression (signal électrique > pression).

    On peut donc sans problème garder sa monte altimètre au poignet.
    On peut observer malgré tout une différence lorsque le gradient de température est important à l’intérieur de la montre : la température mesurée par le capteur de température peut alors être un peu différente de celle du capteur de pression. Mais cela dépend des montres (position du capteur de pression par rapport au capteur de température), et donne de toute façon une erreur très faible (de l’ordre de la précision du capteur de pression).

  • 1er juin 2012 STB - Vérifié sur le terrain

    En tout cas, l’influence de la température de la masse d’air se vérifie bien actuellement, avec un isotherme 0° qui dépasse 2300 m (valeur prise en référence comme "atmosphère standard").
    Exemple mercredi sortie au Pourri en Vanoise, Iso 0° 3300 m, alti calé au grand col (2935 m), au sommet il indiquait 3750 m soit une sous-estimation de l’altitude d’environ 30m.
    L’erreur est bien en sens inverse de celle constatée cet hiver durant la période des grands froids de février. En ordre de grandeur, elle est cohérente avec le calcul proposé par J. Bianchi dans son post ci-dessus.


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