Kelvin (°K)

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.

Table de conversion du Kelvin