À gauche, un thermomètre en verre. La colonne monte du zéro absolu jusqu’à 373 K puis redescend ; près de zéro, un repère bleu s’allume. À droite, des molécules de gaz s’agitent dans un récipient : les bleues lentement, les orange vite. La lettre K transparaît à travers le récipient. En bas, l’afficheur indique 273,16 K — le point triple de l’eau. Un voyant d’enregistrement clignote.
Fiche de l'unité
unité de base du SIrév. 2026-10Kelvin K
Unité de base du SI · grandeur : température thermodynamique — mesure de l’énergie moyenne du mouvement des particules
Pourquoi rien n’est plus froid que −273,15 °C
Au XVIIIᵉ siècle, des physiciens ont remarqué qu’en refroidissant un gaz dans un récipient fermé, sa pression baisse de la même fraction à chaque degré. En prolongeant cette droite sur un graphique, ils ont trouvé le point où la pression deviendrait nulle — environ −273 °C. On ne peut pas aller plus froid : les molécules ne peuvent pas ralentir davantage.
L’échelle Kelvin commence à ce point — le zéro absolu. Ses graduations sont les mêmes que celles de l’échelle Celsius, donc 0 °C vaut 273,15 K, et l’eau bout sous pression normale vers 373,12 K. Il n’existe pas de kelvins négatifs au sens ordinaire.
Depuis 2019, le kelvin est défini par la constante de Boltzmann k = 1,380 649·10⁻²³ J/K. Elle relie la température à l’énergie. À la température T, chaque molécule de gaz porte en moyenne une énergie cinétique de 3/2·k·T. Un thermomètre mesure au fond exactement cela.
Le symbole du kelvin est un K majuscule sans signe de degré : « 300 K », et non « 300 °K ». La grandeur s’écrit avec un T majuscule. Le nom de l’unité s’écrit en minuscules — kelvin —, bien qu’il vienne de lord Kelvin. Un k minuscule est la constante de Boltzmann et le préfixe kilo.
Le kelvin et le degré Celsius ont la même taille, mais des zéros différents. 20 °C font 293,15 K. Un écart de température est le même dans les deux unités : plus chaud de 5 °C, c’est plus chaud de 5 K. Ne pas confondre non plus avec la chaleur : la température n’est pas une énergie, mais la mesure de sa part moyenne par particule.
01 · Définition
énergie des particules · gaz · incandescenceLes molécules volent dans un gaz, se bousculent dans un liquide et vibrent sur place dans un solide. Plus elles vont vite, plus la température est élevée. La température en kelvins est directement proportionnelle à l’énergie cinétique moyenne de ce mouvement : deux fois plus de kelvins, deux fois plus d’énergie.
C’est pourquoi la pression et le volume d’un gaz croissent proportionnellement à la température en kelvins, et non en degrés Celsius. Chauffer l’air d’un pneu de 0 à 27 °C, ce n’est pas « infiniment plus », mais passer de 273 à 300 K : la pression augmente d’environ 10 %.
Un corps chaud rayonne. Plus la température est haute, plus la longueur d’onde qui porte le plus de lumière est courte. Les braises luisent en rouge sombre à 1000 K, un filament de lampe en blanc jaunâtre à 2700 K, la surface du Soleil en blanc à 5772 K. La couleur de l’incandescence permet de mesurer la température sans toucher le corps.
Ce qui change quand les kelvins montent
Le curseur règle la température de 1 à 6000 K. Dans le récipient de gauche, des molécules de gaz s’agitent : leur vitesse moyenne croît comme la racine de la température, et la pression sur les parois croît proportionnellement à elle. La couleur d’une molécule indique sa vitesse : bleu lent, orange rapide. À droite, une sphère de tungstène : quand la température monte, elle se met à rougeoyer, d’abord rouge sombre, puis jaune et blanche. Choisissez le gaz — hélium, azote ou xénon : à température égale, les molécules légères vont plus vite. En bas, trois vues. « Pression » est la droite de p en fonction de T et le point du zéro absolu. « Vitesses » est la répartition des molécules selon leur vitesse. « Incandescence » est le spectre d’un corps chaud et son maximum.
Chaque pas vers zéro est plus dur que le précédent
Pour refroidir un corps, il faut lui prendre de la chaleur avec quelque chose d’encore plus froid. Plus on approche de zéro, moins il reste de chaleur et plus il est difficile de l’ôter. Les lasers et les pièges magnétiques refroidissent des nuages d’atomes jusqu’à des milliardièmes de kelvin, mais le zéro lui-même reste une limite dont on ne peut que s’approcher.
02 · Conversion
échelles · énergie · points fixesDes kelvins aux degrés et à l’énergie
Saisissez une température dans n’importe quelle échelle. Le premier onglet la convertit en kelvins et en degrés Celsius, Fahrenheit et Rankine. Le deuxième montre l’énergie d’une particule et la couleur d’incandescence. Le troisième, les points fixes de l’EIT-90.
| {k} | {v} | {note} |
Les températures dans l’Univers diffèrent d’un facteur de près de 10¹⁷. Les nuages d’atomes les plus froids des laboratoires ont été refroidis à quelques centaines de picokelvins ; le cœur du Soleil dépasse 15 millions de kelvins. L’être humain vit dans une bande étroite autour de 300 K, où l’eau peut être liquide.
04 · Instruments de mesure
cellule · thermomètre à gaz · pyromètre · acoustiqueOn vérifie la température à des points où une substance change
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05 · Règles d’écriture
K sans degré · °C avec degréK s’écrit sans signe de degré
Le kelvin s’écrit avec un K majuscule, une espace après le nombre et sans « ° ». Le degré Celsius s’écrit « °C », également avec une espace. Un écart de température peut s’écrire en kelvins ou en degrés Celsius — les nombres sont les mêmes.
Depuis 1967, le kelvin n’est plus un degré, et l’on ne met pas « ° » devant K. Sans « ° », un C majuscule est le coulomb. Le préfixe et le symbole s’écrivent en lettres latines avec la bonne casse : mK, pas mk. La constante de Boltzmann a pour unité J/K. Le nom de l’unité s’écrit en minuscules, et « degré Kelvin » est une appellation périmée.
06 · Unités voisines
thermodynamiqueMême graduation, zéro décalé de 273,15.
Jk·T — énergie par particule.
molR = N_A·k relie gaz et température.
07 · Section historique
archives · du gaz de Charles à la constante de BoltzmannComment on a trouvé un zéro qu’on ne peut atteindre
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Le point de l’eau est devenu une mesure
De 1954 à 2019, le kelvin était défini ainsi : le point triple de l’eau vaut exactement 273,16 K. En ce point, la glace, l’eau liquide et la vapeur coexistent. On le réalise dans une cellule de verre contenant une eau très pure, et chaque pays avait son jeu de cellules.
Mais l’eau s’est révélée un étalon capricieux : la température du point triple dépend des isotopes de l’hydrogène et de l’oxygène qu’elle contient. En 2019, le kelvin a donc été détaché de l’eau et défini par la constante de Boltzmann. Aujourd’hui, 273,16 K est une valeur mesurée, avec une incertitude d’environ 0,1 mK.
Rien n’a changé pour les thermomètres ordinaires. À droite, deux marches d’une même échelle : autrefois son ancre était l’eau, aujourd’hui c’est l’énergie d’une particule, et l’eau est devenue l’un des points fixes.
Catalogue des grandeurs
Température et chaleur · 12 fiches
Index · toutes les grandeurs sur une pageLe laboratoire à l'entrée de l'indexUne goutte d'acide change la couleur du jus, le sel colore la flamme, l'eau gèle d'un coup. En dessous, toutes les fiches Simetrium, par discipline et par ordre alphabétique.Ouvrir l'index →
