Conversion des unités de température

Qu’est-ce que la température ?

La température est directement liée à l’énergie cinétique moyenne des atomes et des molécules qui composent une matière. Plus les particules se déplacent rapidement, plus la matière est considérée comme chaude.

La température thermodynamique est l’une des sept grandeurs de base du SI et se note Θ (thêta). Elle n’est pas directement additive : mettre deux corps en contact n’additionne pas leurs températures, mais les conduit vers un équilibre thermique.

L’unité SI de la température : le kelvin

Le kelvin est l’unité de base SI de la température, symbolisée par K, sans signe de degré. L’échelle Kelvin prend le zéro absolu, la température la plus basse théoriquement possible, comme point de départ.

Depuis la révision du SI de 2019, le kelvin est défini à partir de la valeur fixée de la constante de Boltzmann (k), et non plus du point triple de l’eau. L’unité repose ainsi sur une constante universelle plutôt que sur une substance de référence.

Pour plus d’informations sur l’unité Celsius, consultez la page d’information Celsius.

Pourquoi la conversion de température n’est-elle pas une simple multiplication ?

Pour une grandeur comme la longueur ou la masse, la conversion repose sur un facteur multiplicatif. Les échelles Celsius, Fahrenheit et Kelvin ayant des zéros différents, la conversion de température exige à la fois une multiplication et une addition ou une soustraction.

Par exemple, pour passer de Celsius à Fahrenheit, on multiplie d’abord la valeur par 9/5, puis on ajoute 32 : °F = (°C × 9/5) + 32. La relation est dite affine : elle est linéaire, mais ne passe pas par l’origine.

L’échelle Celsius

L’échelle Celsius a été proposée en 1742 par l’astronome suédois Anders Celsius. À la pression atmosphérique standard, l’eau y gèle à 0 °C et bout à 100 °C, ce qui en fait une référence intuitive au quotidien.

Le Celsius est l’échelle la plus utilisée dans le monde, tant pour les bulletins météorologiques que pour de nombreux travaux scientifiques. Les États-Unis figurent parmi les rares pays qui emploient encore surtout le Fahrenheit au quotidien.

L’échelle Fahrenheit

L’échelle Fahrenheit a été développée en 1724 par le physicien allemand Daniel Gabriel Fahrenheit. L’eau y gèle à 32 °F et bout à 212 °F, soit un intervalle de 180 degrés entre ces deux repères.

Le Fahrenheit reste utilisé pour les températures quotidiennes dans un petit nombre de pays, principalement aux États-Unis. Dans les travaux scientifiques internationaux, il a largement cédé la place au Celsius et au kelvin.

Rankine et Réaumur : des échelles moins connues

Le rankine est une échelle de température absolue dont les intervalles ont la même taille que le degré Fahrenheit et dont le zéro correspond au zéro absolu. Le point de congélation de l’eau y est de 491,67 °R. Elle intervient encore dans certains calculs d’ingénierie thermodynamique aux États-Unis.

L’échelle Réaumur, développée au XVIIIe siècle par René-Antoine Ferchault de Réaumur, fixe le point de congélation de l’eau à 0 °Ré et son point d’ébullition à 80 °Ré. Elle est aujourd’hui historique, mais peut apparaître dans certains textes ou recettes traditionnelles.

Que signifie le zéro absolu ?

Le zéro absolu (0 K, −273,15 °C, −459,67 °F) est la limite inférieure de l’échelle thermodynamique. Les particules y possèdent, au sens classique, la plus faible énergie cinétique possible. La mécanique quantique prévoit toutefois une énergie résiduelle de point zéro.

En laboratoire, il est possible d’atteindre des températures extrêmement proches du zéro absolu, de l’ordre du microkelvin ou du nanokelvin. Selon le troisième principe de la thermodynamique, il est impossible d’atteindre exactement cette limite en un nombre fini d’étapes.

Comment mesure-t-on la température ?

On mesure la température avec des thermomètres à liquide, numériques, à résistance (RTD), des thermocouples ou des thermomètres infrarouges sans contact. Chaque technologie convient à une plage de température et à une précision particulières.

Les thermocouples sont très utilisés dans l’industrie, car ils fonctionnent sur une vaste plage de températures. Ils déterminent la température à partir de la différence de tension générée à la jonction de deux métaux différents.