Le verre de tempête

Le verre de tempête est un instrument étonnant pour prédire la météo par l'observation des cristaux à l'intérieur. Mais comment fonctionne-t-il réellement ? La forme des cristaux est-elle est un indicateur fiable de la météo à venir ou n'est-elle qu'une vision poétique de votre météo intérieure ?

On peut commencer par une description du verre de tempête.

Le verre de tempête

A quoi ressemble un verre de tempête

Un verre de tempête (storm glass, ou baromètre de Fitzroy) est un flacon en verre transparent et hermétique (scellé) contenant un liquide et des cristaux. La forme et l'abondance des cristaux est censée permettre de faire une prévision météo et prédire l'arrivée d'une tempête, comme son nom l'indique.

On appelle aussi le verre de tempête le baromètre de Fitzroy (1805-1865). Ceci est paradoxal parce que le verre de tempête ne peut pas mesurer la pression atmosphérique : ses parois en verre sont rigides et ne permettent aucun échange avec l'extérieur (pression, humidité). On l'appelle de façon abusive "baromètre" uniquement parce que son rôle est de prédire ou consulter la météo.

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Cristallisation de la glace sur une fenêtre : la même propriété est utilisée dans un verre de tempête

Les cristaux de camphre à l'intérieur du verre de tempête donne des formes variables dont l'esthétique est appréciée :

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Exemples de verres de tempête ou baromètres de Fitzroy

Histoire du verre de tempête

On trouve une citation de Victor Hugo sur le verre de tempête dans Les Travailleurs de la mer (1866) où est décrite l'allure des cristaux à l'intérieur. Le capitaine "prend ses précautions contre le vent du sud si la mixture a un aspect de sucre fondu, et contre le vent du nord si la mixture s’exfolie en cristallisations pareilles à des fourrés de fougères ou à des bois de sapins."

Le verre de tempête est aussi évoqué plusieurs fois par Jules Verne dans les Voyages extraordinaires.

L'auteur du verre de tempête est inconnu. On trouve des descriptions des verres de tempête au 18ème siècle. Le verre de tempête a connu un regain d'intérêt quand des scientifiques s'y sont intéressés : Michael Faraday, Robert Fitzroy et Charles Tomlinson.

Composition du verre de tempête (ou baromètre de Fitzroy)

La composition chimique du verre de tempête de Fitzroy doit être :

  • 2,5 grammes de nitrate de potassium (*facultatif)
  • 2,5 grammes de chlorure d'ammonium (*facultatif)
  • 10 grammes d camphre
  • 33 mL d'eau distillée
  • 40 mL d'éthanol

*facultatif : discuté plus bas dans l'article

Le nitrate de potassium est le principal constituant du salpêtre. Il est aussi utilisé comme agent oxydant dans la poudre à canon et différents feux d'artifice.

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Cristaux de camphre dans un verre de tempête

Prévision météo avec le verre de tempête (ou baromètre de Fitzroy)

Prévisions du verre de tempête

Les défenseurs du verre de tempête doivent l'utiliser en se référant à ces correspondances. Chaque état des cristaux permettrait de prédire le temps à court terme :

  • Liquide transparent : beau temps
  • Liquide floconneux : pluie, nuageux
  • Petits flocons : brumeux, humide
  • Petites étoiles un beau jour d'hiver : neige
  • Gros flocons : ciel couvert, neige possible en hiver
  • Nombreux cristaux sur le bas : froid, gel
  • Petites étoiles : orage.
  • Cristaux à la surface : risque de tempête...

Le verre de tempête ne doit pas être secoué, sinon les fragiles constructions cristallines se cassent :

verre de tempete fonctionnement

Verre de tempête secoué

Mais ces indications sont-elles réellement fiables ?

Autre exemple de station météo

Un autre exemple de station météo est connu avec humour : le galet météo.

Le galet météo

Le galet météo est un instrument puissant qui permet de lire la météo du moment. En aucun cas, le galet météo ne peut prédire la météo future. Voici les correspondances du galet météo :

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Station météo du galet

Le fonctionnement de cette station météo ? Une simple observation. Certains affirment aussi que si le galet a disparu, c'est qu'il a été volé...

Si le galet météo donnent des informations fiables, qu'en est-il du verre de tempête ? Quelles explications scientifiques peut-on apporter au fonctionnement du verre de tempête ?

Explications scientifiques sur le verre de tempête

Critique du verre de tempête

Le fonctionnement d'un verre de tempête ne pas peut reposer sur la mesure de la pression atmosphérique puisque le verre est rigide et hermétique. De plus, le verre de tempête est souvent placé à l'intérieur et ne peut donc avoir une mesure de la température extérieure. Le verre de tempête ne mesure que la température ambiante à l'intérieur de la pièce où il est posé.

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Thermomètre vs. verre de tempête

Comment le verre de tempête, ou baromètre de Fitzroy, peut-il prédire la météo à l'extérieur alors qu'il ne peut que constater (et non prédire) la température ambiante en intérieur ?

Fonctionnement du verre de tempête

La solubilité du camphre dans le mélange d'eau et d'éthanol varie beaucoup avec la température. Lorsque la température du verre de tempête est élevée (au delà de 30 à 40 degrés environ), tout est dissout. Le liquide est transparent et incolore. Cela correspond au "beau temps", mais si un jour d'hiver froid, vous placez le verre de tempête tout proche d'une source de chaleur (chauffage par exemple), il annoncera le "beau temps" !

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Au bureau : quand l'oiseau et le chat de porcelaine se regardent en chiens de faïence...

En aucun cas, le verre de tempête ne peut prédire une quelconque météo. Il ne peut que constater une température et sa variation.

Rôle réel du nitrate de potassium et du chlorure d'ammonium

Lorsqu'on chauffe un verre de tempête pour tout dissoudre puis qu'on le refroidit, il apparaît des cristaux. Ces cristaux, une fois extraits et séchés, ne sont pas solubles dans l'eau, mais le sont dans l'alcool. Il s'agit donc de camphre, et non du nitrate de potassium ni du chlorure d'ammonium.

Si on évapore ce qui reste de la solution précédente, on retrouvera un résidu solide. Ce résidu sec est soluble dans l'eau (dans les 33mL d'eau du verre de tempête). En ajoutant de l'alcool (40mL pour respecter la précieuse composition du verre de tempête), on ne constate aucune précipitation ou formation de cristaux, même en refroidissant le verre de tempête.

On compare le comportement de deux verres de tempête :

- verre de tempête traditionnel (camphre, nitrate de potassium et chlorure d'ammonium)

- verre de tempête modifié (camphre uniquement)

Les comportements de ces deux verres de tempête sont en tous points semblables.

On peut ainsi conclure que les traditionnels nitrate de potassium et chlorure d'ammonium sont probablement inutiles.

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Verre de tempête moderne : ne contient-il que du camphre, de l'eau et de l'éthanol ?

Influence nulle du champ électrique ni de la lumière

On a parfois cru que le verre de tempête était sensible à l'"électricité de l'atmosphère". En soumettant des verres de tempête à une intense lumière ou à l'obscurité, à des champs magnétiques ou encore à un champ électrique intense (4000 fois plus fort que celui de l'atmosphère), aucune variation de comportement n'est constatée.

Le champ électrique de l'atmosphère (chargée positivement par rapport à la terre), si on la modélise comme un condensateur, est de l'ordre de 100 Volts par mètre.

Rapidité du refroidissement du verre de tempête

Lorsqu'on refroidit une solution concentrée, des cristaux peuvent apparaître. Souvent, en chimie, on peut constater que plus la solution est refroidie rapidement, plus les cristaux seront petits. De grands cristaux sont obtenus avec un refroidissement lent. On peut ainsi former de beaux grands cristaux de sulfate de cuivre sur une ficelle si la cristallisation se fait très lentement :

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Cristaux de sulfate de cuivre formés très lentement

La même méthode est connue pour le sucre candi dont l'esthétique est appréciée.

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Cristallisation très lente du sucre candi sur une ficelle

Lorsque lorsqu'on refroidit rapidement le verre de tempête (chauffé préalablement à 50°C et plongé dans de l'eau froide), les cristaux se forment rapidement et forment une masse remplissant le bas du verre de tempête.

Lorsqu'on laisse refroidir lentement le verre de tempête, les cristaux se forment lentement et occupent davantage d'espace dans le liquide.

Lorsqu'on attend plusieurs jours (à 20-25°C), il se peut que des cristaux supplémentaires se forment dans la partie limpide du liquide du verre de tempête.

L'amplitude et la rapidité de la variation de la température sont les paramètres qui influencent le plus la forme des cristaux dans le verre de tempête. L'observation de la forme des cristaux et leur évolution est liée aux augmentations et diminutions successives au cours des heures et des jours.

On ne peut pas établir de lien direct entre l'évolution de la température ambiante d'une pièce et la prévision de la météo. L'évolution de la température du verre de tempête est bien davantage liée au déclenchement d'un chauffage ou d'un climatiseur...

Proposition d'une composition du verre de tempête

On peut proposer une composition chimique optimale pour le verre de tempête. La composition traditionnelle du verre de tempête le rend totalement transparent au delà de 32°C et totalement cristallisé en dessous de 5°C. Ceci le rend idéal comme objet décoratif en intérieur (si vous ne vivez pas sous tente dans le Grand Nord bien sûr).

Si on souhaite utiliser un verre de tempête comme thermomètre (et non baromètre) à des températures plus froides, il faudra diminuer la quantité de camphre.

storm glass fonctionnement

Verre de tempête : parfois difficile de reconnaître la forme des cristaux

Mot de la fin

Le verre de tempête, ou storm glass, ou baromètre de Fitzroy, est une solution hydroalcoolique de camphre, de chlorure d'ammonium et de nitrate de potassium. Ces deux derniers sels semblent inutiles bien que toujours présents dans les formules traditionnelles. La variation de la solubilité du camphre avec la température est le principal facteur qui explique les différentes allures du verre de tempête.

Le verre de tempête ne peut pas prédire la météo, mais est sensible à la vitesse et à l'amplitude des variations de température. Placé en intérieur, son comportement ne suivra que les variations de températures ambiantes intérieures.

L'interprétation de la forme des cristaux est toujours un peu subjective et dépend aussi de l'humeur du jour. Il y a des jours où on voit la vie en rose, d'autres où on la voit en noir. Le verre de tempête sera toujours utile pour animer une conversation où on parle de la pluie et du beau temps...

Références sur le verre de tempête

Allan Mills, The chemical weather glass: composition and operationhttps://rmets.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/wea.213

http://www.chimix.com/an10/cap10/capes18.html

https://www.researchgate.net/publication/249883017_The_chemical_weather_glass_Composition_and_operation

http://anciensmbh.cluster026.hosting.ovh.net/wp-content/uploads/2018/06/storm_glass.pdf

https://www.cds.hawaii.edu/kahana/downloads/curriculum/SectionII/Unit6/6.D.NaMeaHoohana/6.D.3.StormglassRdgProject.pdf

http://www.straightdope.com/columns/read/2963/can-storm-glasses-predict-the-weather/

http://www.verniana.org/volumes/03/HTML/Crovisier.html

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Connaître la météo avant une randonnée

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