L’unité SI de la température thermodynamique est le kelvin, de symbole K. Elle ne prend ni point ni le préfixe « degré ». Son zéro coïncide avec le zéro absolu, à -273,15 °C. Une variation de 1 K équivaut à une variation de 1 °C, seule l’origine de l’échelle change.
Astuce de mémorisation
Visualiser la lettre K comme une colonne glacée plantée à -273,15 °C. Le trait vertical du K est le rail du thermomètre, les deux branches obliques sont les flèches qui repartent vers le haut. Plus on monte, plus il fait chaud, mais on ne descend jamais sous la base du K, puisqu’en kelvin il n’existe aucune valeur négative.
Ce fait et des centaines d’autres à retenir durablement sur l’app Kultra.
L’essentiel à savoir
Le kelvin naît en 1848 dans un article de William Thomson, futur lord Kelvin, professeur de philosophie naturelle à l’université de Glasgow. Thomson cherche une échelle qui ne dépende pas des propriétés d’une substance particulière, contrairement aux thermomètres à gaz. Il propose une échelle absolue, fondée sur la théorie de Carnot et les mesures de Regnault, dont le zéro correspond au point où aucune chaleur ne peut plus être extraite.
Cette échelle reste d’abord théorique. Il faudra attendre 1954 pour que la 10e Conférence générale des poids et mesures l’adopte formellement, en fixant le point triple de l’eau à 273,16 K. En 1967, la 13e CGPM supprime l’appellation « degré Kelvin » et le symbole « °K » au profit du simple « kelvin » et du symbole « K ».
Pourquoi le kelvin a changé de définition en 2019
Le 20 mai 2019, une refonte historique entre en vigueur. La constante de Boltzmann est figée à la valeur exacte 1,380649 × 10⁻²³ J/K, et c’est désormais elle qui définit le kelvin. Conséquence : l’unité ne dépend plus d’un échantillon matériel, l’eau, dont la composition isotopique introduisait des variations. Elle relie directement la température à une énergie, rejoignant la logique des autres redéfinitions SI adoptées la même année pour le kilogramme, l’ampère et la mole.
Dans la pratique, l’eau gèle toujours à 0 °C, soit 273,15 K, et les thermomètres du quotidien restent inchangés. La précision gagnée profite surtout à la métrologie des températures extrêmes, inférieures au millikelvin ou dépassant plusieurs milliers de degrés, là où les anciennes méthodes atteignaient leurs limites.
L’unité SI de température thermodynamique est le kelvin (K)
Échelle absolue, sans degré, sans valeur négative.
Proposition
1848
Article de William Thomson
Adoption SI
1954
10e CGPM, Résolution 3
Redéfinition
20 mai 2019
Via la constante de Boltzmann
Valeur de k
1,380649 × 10⁻²³ J/K
Fixée exactement depuis 2019
Pourquoi kelvin et pas Celsius ?
Le Celsius dépend de la fusion et de l’ébullition de l’eau, des propriétés d’une substance. Le kelvin, lui, est ancré au zéro absolu et à une constante fondamentale. Son échelle reste valide sur tout l’univers mesurable, de 0 K aux millions de kelvins stellaires.
Le savais-tu ?
Le symbole K du kelvin est possédé deux fois par Unicode. Un caractère dédié existe au point U+212A, dit « KELVIN SIGN », hérité des anciennes normes japonaises. Le standard Unicode lui-même recommande de l’éviter et d’utiliser la lettre K latine classique (U+004B), les deux étant déclarés équivalents.
Questions fréquentes
Pourquoi ne dit-on pas « degré kelvin » ?
Depuis la 13e Conférence générale des poids et mesures en 1967, le mot « degré » et le symbole « ° » ont été officiellement supprimés. Le kelvin est une unité pleine, au même titre que le mètre ou le kilogramme, pas une graduation sur une échelle relative. On écrit donc 300 K, jamais 300 °K, et on dit « trois cents kelvins ».
Quelle est la différence entre kelvin et Celsius ?
L’écart numérique est une simple translation de 273,15 unités, car les deux échelles ont le même pas. Mais leur nature diffère. Le Celsius est une échelle relative, calée sur l’eau. Le kelvin est une échelle absolue, calée sur le zéro absolu. Aucun kelvin ne peut être négatif, alors que des degrés Celsius négatifs sont banals.
À quoi sert concrètement le kelvin ?
Au-delà de la physique fondamentale, le kelvin sert en photographie et en éclairage via la température de couleur, chiffrée en K (2700 K pour une ampoule chaude, 6500 K pour la lumière du jour). L’astronomie l’utilise pour classer les étoiles selon leur température de surface, et l’électronique pour mesurer le bruit thermique des composants.
Peut-on atteindre le zéro absolu ?
Non, les lois de la thermodynamique l’interdisent. La matière s’en rapproche asymptotiquement sans jamais le toucher. Le record actuel est détenu par des équipes de physique qui ont refroidi des gaz atomiques jusqu’à quelques centaines de picokelvins, soit 0,0000000001 K au-dessus de zéro. Le fond diffus cosmologique baigne l’univers à environ 2,73 K, empêchant toute région spatiale d’atteindre naturellement 0 K.
Qui était Lord Kelvin ?
William Thomson, né à Belfast en 1824 et mort en 1907, fut professeur de philosophie naturelle à Glasgow pendant 53 ans. Anobli en 1892, il prend le nom de baron Kelvin en référence à la rivière qui longeait son laboratoire. Il contribua aux deux premiers principes de la thermodynamique et supervisa le premier câble télégraphique transatlantique. Il est enterré à l’abbaye de Westminster, près d’Isaac Newton.
Quelles sont les autres unités de base du SI ?
Le kelvin fait partie des sept unités de base du Système international. Les six autres sont la seconde (temps), le mètre (longueur), le kilogramme (masse), l’ampère (intensité électrique), la mole (quantité de matière) et la candela (intensité lumineuse). Depuis 2019, toutes sont définies à partir de constantes fondamentales figées, et non plus d’artefacts physiques.
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Sources
- BIPM – Unité de base : le kelvin (K), définition fondée sur la constante de Boltzmann 1,380649 × 10⁻²³ J/K
- BIPM – Historique du kelvin, de la définition de 1954 au point triple à la redéfinition 2018-2019
- CGPM 1967, Résolution 3 – Abrogation du « degré Kelvin » au profit du simple « kelvin », symbole K
- NIST – Historique de l’unité, confirme -273,15 °C comme zéro absolu et l’origine de l’échelle
- Larousse – William Thomson (Lord Kelvin), propose en 1848 l’échelle de température thermodynamique