Kelvin

Kelvin (symbole K, pas °K) est l’unité SI de base de température. Le point zéro est le zéro absolu — la température théorique minimale à laquelle tout mouvement moléculaire cesse — égal à −273,15 °C ou −459,67 °F.

Le kelvin utilise la même taille de pas que le Celsius : un changement de température de 1 K est identique à un changement de 1 °C. Les deux échelles ne diffèrent que par leur décalage :

• L’eau gèle à 273,15 K (0 °C)
• L’eau bout à 373.15 K (100 °C)
• Température corporelle : ~310 K
• Température ambiante : ~293-298 K

Utilisé en : travaux scientifiques universels, température de couleur (lumières blanches chaudes ~2700 K, lumière du jour ~5500 K, ciel bleu ~10000 K), équations thermodynamiques où la température absolue est importante (lois des gaz, Stefan-Boltzmann), et tout contexte où les rapports de températures doivent avoir un sens physique (un rapport de températures Celsius de part et d’autre de 0 °C est sans signification car le Celsius a un zéro arbitraire).

Depuis 2019, le kelvin est défini par la constante de Boltzmann plutôt que par le point triple de l’eau. Le changement de définition a préservé toutes les valeurs pratiques à la précision métrologique près ; rien sur un thermomètre ne se lit différemment à cause de cela.

Pourquoi pas de symbole degré ? Jusqu’en 1968, les températures en kelvin s’écrivaient “°K” comme Celsius et Fahrenheit. Le 13e CGPM a supprimé le symbole degré cette année-là, estimant que le kelvin mesure une quantité thermodynamique absolue plutôt qu’une position sur une échelle arbitraire — la même logique qui fait que le mètre, le joule et l’ampère n’ont pas de tel symbole. L’écriture scientifique moderne utilise strictement “K” sans “°”. La règle de capitalisation de 1948 (l’unité est “kelvin” en minuscule mais le symbole est “K” en majuscule, comme volt/V et pascal/Pa) a été spécifiquement adoptée pour honorer William Thomson, Lord Kelvin, tout en faisant de l’unité un nom commun ordinaire.

Plages kelvin pratiques que personne ne cite : l’azote liquide bout à 77 K (−196 °C) — assez bon marché pour que les universités en versent dans des bols lors de démonstrations de chimie. L’hélium se liquéfie à 4,2 K, la température à laquelle fonctionnent la plupart des aimants supraconducteurs (IRM, accélérateurs de particules). Le fond diffus cosmologique se situe à 2,725 K — la température littérale de l’univers, mesurée dans toutes les directions. Les températures les plus basses jamais produites en laboratoire sont dans la plage des picokelvin (10⁻¹² K), obtenues avec des atomes de rubidium refroidis par laser ; le zéro absolu de 0 K reste inaccessible par le troisième principe de la thermodynamique. Voir aussi : convertisseur de température, température de couleur. Référence : Brochure SI du BIPM — Définition du kelvin.

Exemple de calcul

Convertir une température ambiante confortable de 22 °C en kelvin et inversement. Kelvin = Celsius + 273,15, donc 22 + 273,15 = 295,15 K. Pour calculer la puissance rayonnée par mètre carré émise par un objet à cette température avec la loi de Stefan-Boltzmann j = σT⁴ (σ = 5,670374419×10⁻⁸ W·m⁻²·K⁻⁴), il faut utiliser le kelvin : j = 5,67e-8 × 295,15⁴ ≈ 430 W/m². Utiliser la valeur Celsius (22) dans T⁴ donnerait ~13 W/m² — erroné d’un facteur 33, car T⁴ n’a pas de sens sur une échelle dont le zéro est arbitraire. Dans l’autre sens pour un filament d’ampoule incandescente à 3000 K : 3000 − 273,15 = 2726,85 °C — c’est la température réelle du filament, pas l’étiquette de température de couleur imprimée sur la boîte (bien qu’elles coïncident ici car l’ampoule rayonne presque comme un corps noir).

Quand et pourquoi c’est important

Le kelvin est nécessaire chaque fois que la physique implique une température absolue : calculs de loi des gaz (PV = nRT), rayonnement thermique (Stefan-Boltzmann, loi de déplacement de Wien), équations d’Arrhenius pour les taux de réaction, calculs de plancher de bruit pour les récepteurs radio (bruit kTB), et sélection des points blancs des LED/écrans (un écran 6500 K correspond à la lumière D65 ; 2700 K imite le tungstène chaud). L’erreur courante : soustraire deux températures Celsius et traiter la différence comme un rapport. Un saut de 10 °C à 20 °C n’est pas “deux fois plus chaud” — en kelvin c’est 283,15 → 293,15 K, seulement 3,5% de variation d’énergie thermique absolue. Référence : NIST — Unités SI : température.