| Kelvins (°K) | Celsius (°C) |
|---|---|
| 1 Kelvin | -272.15 °C |
| 2 Kelvins | -271.15 °C |
| 3 Kelvins | -270.15 °C |
| 4 Kelvins | -269.15 °C |
| 5 Kelvins | -268.15 °C |
| 10 Kelvins | -263.15 °C |
| 20 Kelvins | -253.15 °C |
| 25 Kelvins | -248.15 °C |
| 50 Kelvins | -223.15 °C |
| 100 Kelvins | -173.15 °C |
| Référence | Kelvins (°K) | Celsius (°C) |
|---|---|---|
| Absolute zero | 0 °K | -273.15 °C |
| Freezing point of water | 273.15 °K | 0 °C |
| Average room temperature | 293.15 °K | 20 °C |
| Human body temperature | 310.15 °K | 37 °C |
| Boiling point of water | 373.15 °K | 100 °C |
Le kelvin est l’unité de base de température thermodynamique du Système international d’unités. Son symbole est K, écrit sans signe degré et sans le mot degré : les températures s’énoncent donc 300 kelvins et non 300 degrés kelvin.
Son zéro est le zéro absolu, température à laquelle l’agitation thermique des particules atteint son minimum quantique. Rien ne peut être plus froid, ce qui fait du kelvin une échelle absolue et non relative. Cette propriété compte en physique parce que les rapports y prennent un sens : un gaz à 600 kelvins a le double de la température absolue d’un gaz à 300, affirmation simplement fausse si l’on écrit les mêmes températures en Celsius ou en Fahrenheit.
La taille du kelvin est identique à celle du degré Celsius, de sorte que les écarts de température sont numériquement les mêmes dans les deux. Seul le décalage diffère, et il vaut exactement 273,15. William Thomson, futur lord Kelvin, proposa l’échelle absolue en 1848, déduisant des travaux de Carnot sur les machines thermiques qu’il devait exister une température thermodynamique indépendante de toute substance particulière.
Depuis 2019, le kelvin se définit en fixant la constante de Boltzmann à exactement 1,380649 fois dix puissance moins vingt-trois joule par kelvin. La définition précédente utilisait le point triple de l’eau, repère physique réel qui dépend pourtant de la composition isotopique de l’échantillon. La cryogénie, l’astronomie, la spectroscopie et la température de couleur en photographie et en éclairage emploient l’unité, et c’est pourquoi une ampoule blanc chaud se vend en 2700 K et la lumière du jour en 5500 K.
Des disciplines entières habitent des points précis de l’échelle. Le fond diffus cosmologique se tient à 2,725 kelvins, le point d’ébullition de l’hélium liquide à 4,2, et les supraconducteurs de l’ancienne sorte travaillent au-dessous d’environ 20, d’où leur besoin d’hélium plutôt que d’azote. L’azote liquide bout à 77 kelvins et coûte peu : la découverte en 1986 de matériaux supraconducteurs au-dessus de cette marque changea donc ce qui était praticable. À l’autre bout, une lampe à filament fonctionne près de 2800 kelvins, la surface du Soleil est à 5800 et son cœur atteint quinze millions. Exprimer tout cela sur une seule échelle dotée d’un zéro physique est ce qui rend de telles comparaisons signifiantes.
Zéro kelvin équivaut à moins 273,15 degrés Celsius, et 273,15 kelvins équivalent à 0 degré Celsius.
Le degré Celsius est une unité de température sur une échelle où l’eau gèle à 0 et bout à 100 sous la pression atmosphérique normale. Son symbole est le signe degré suivi de C. C’est l’unité quotidienne de température de presque tous les pays du monde, et son degré a exactement la même taille que le kelvin.
Anders Celsius proposa l’échelle en 1742 avec les nombres inversés : 0 pour le point d’ébullition de l’eau et 100 pour son point de congélation. On discute pour savoir si c’est Celsius lui-même, Carl von Linné ou le fabricant d’instruments Daniel Ekström qui la retourna, mais l’inversion se produisit dans les quelques années suivant sa mort et l’échelle monte depuis lors. On l’appela échelle centigrade pendant deux siècles avant de la rebaptiser en l’honneur de Celsius en 1948, en partie parce que centigrade désignait déjà un centième d’angle droit dans la topographie française et espagnole.
La définition moderne ne fait plus du tout référence à l’eau. L’échelle Celsius se définit à partir du kelvin, le zéro degré Celsius étant fixé à exactement 273,15 kelvin, et le kelvin lui-même fixé par la constante de Boltzmann depuis 2019. Les points de congélation et d’ébullition de l’eau sont désormais des résultats de mesure et non des définitions, et aucun ne tombe exactement sur 0 ou 100 en toutes conditions.
Les États-Unis sont le seul grand pays à annoncer la météo en Fahrenheit, et même là les sciences travaillent en Celsius. La température corporelle, la cuisine, la météorologie et la conduite des procédés industriels emploient l’unité, et ses deux points d’ancrage sont assez mémorables pour que la plupart des gens estiment une température inconnue sans conversion.
Une distinction de grammaire porte ici un sens réel. Une température s’écrit en degrés Celsius, mais une différence entre deux températures s’écrit en kelvins, car les deux échelles partagent le même intervalle et ne diffèrent que par la place du zéro. Les calculs de chaleur expriment donc la capacité thermique massique en joules par kilogramme et par kelvin même quand les températures elles-mêmes sont données en Celsius, et une hausse de cinq degrés Celsius est une hausse de cinq kelvins exactement. La convention paraît pédante jusqu’au moment où un calcul mêle une température absolue et une différence de température : alors, les tenir séparées est la seule chose qui empêche un décalage de 273,15 d’entrer dans l’arithmétique.
Zéro degré Celsius équivaut à 273,15 kelvins ou à 32 degrés Fahrenheit, et une variation d’un degré Celsius équivaut à une variation de 1,8 degré Fahrenheit.