Kelvin
Unité de base SI · grandeur : température thermodynamique
01 · Définition
Le kelvin est la seule unité qui mesure la température depuis le véritable début de l'échelle et non depuis un zéro commode. Et la seule définie par l'énergie : dans le SI, la température est l'énergie de l'agitation thermique, rien de plus.
Depuis 2019, le kelvin est fixé par la constante de Boltzmann : k = 1,380 649·10⁻²³ joule par kelvin. Un kelvin est la variation de température pour laquelle l'énergie thermique kT change exactement de 1,380 649·10⁻²³ joule. Le zéro de cette échelle n'est pas une convention mais le point où l'agitation thermique cesse.
La température absolue négative n'existe pas : à 0 K l'agitation thermique s'arrête. Atteindre le zéro est impossible — troisième principe de la thermodynamique. Le record de laboratoire est de 38 picokelvins, mais pas zéro.
02 · Conversion
Saisissez une température — le passeport la convertira
Le kelvin est la seule échelle de température où les préfixes SI ont un sens : millikelvins dans un cryostat, mégakelvins dans une étoile. Celsius et Fahrenheit ont un zéro décalé, ils n'admettent donc ni préfixes ni multiplication — seulement un décalage et un facteur.
En pratique la température n'est pas calculée à partir de la constante de Boltzmann mais rapportée aux points fixes de l'EIT-90 : point triple de l'eau, points de congélation de l'étain, du zinc, de l'argent et de l'or — dix-sept valeurs fixées.
| Unité | Nom | Valeur | Où on la rencontre |
|---|---|---|---|
| µK | microkelvin | 2,95·10⁸ µK | refroidissement laser, pièges à atomes |
| mK | millikelvin | 295 000 mK | cryostats, ordinateurs quantiques |
| K | kelvin | 295 K | l'écriture de base de la température dans le SI |
| kK | kilokelvin | 0,295 kK | plasmas, arcs, surfaces d'étoiles |
| MK | mégakelvin | 2,95·10⁻⁴ MK | cœurs d'étoiles, installations de fusion |
Les préfixes SI ne fonctionnent qu'avec le kelvin : Celsius et Fahrenheit ont un zéro décalé, on ne leur applique pas de préfixes
03 · Ordres de grandeur
des picokelvins au plasma quark-gluonTempérature ambiante, 295 K
04 · Instruments de mesure
Avec quoi mesure-t-on les kelvins
La vitesse du son dans un gaz noble est directement liée à kT. La méthode primaire par laquelle la constante de Boltzmann elle-même fut mesurée avant d'être fixée.
Le bruit thermique de Johnson dans une résistance est proportionnel à kT. Il fonctionne des millikelvins à des milliers de kelvins sans étalonnage.
Il lit la température dans le spectre de rayonnement via la loi de Planck — c'est ainsi qu'on mesure les fours, le métal en coulée et les surfaces stellaires.
Une ampoule d'eau où glace, eau et vapeur tiennent 273,16 K d'eux-mêmes. Le point de travail pour transmettre l'échelle, reproductible à 0,1 mK.
05 · Règles d'écriture
Simplement K — sans signe degré et sans point
Le signe « °K » a été aboli en 1967 : le kelvin n'est pas un degré mais une unité à part entière, on écrit donc 300 K. Le symbole est majuscule parce que c'est un nom de famille ; le nom de l'unité s'écrit en minuscule : « trois cents kelvins ». Les écarts de température s'écrivent en kelvins dans le SI, même quand les températures elles-mêmes sont en Celsius.
06 · Unités voisines
Le kelvin voisine avec le joule — la constante de Boltzmann les relie directement. Le degré Celsius est la seule unité dérivée dont la définition contient le kelvin : le même pas, seulement avec un zéro décalé à 273,15 K.
À température ambiante kT ≈ 0,025 eV — cette valeur fixe le seuil des semi-conducteurs et des réactions chimiques.
07 · Section historique
Comment on cherchait le zéro absolu
William Thomson proposa une échelle dont le zéro est l'arrêt de l'agitation thermique, avec le pas emprunté à Celsius. Elle s'écrivait « °A » — absolute.
La même idée de zéro absolu, mais avec le pas de Fahrenheit. Elle survit dans la thermique américaine : 1 K = 1,8 °Ra.
Le kelvin valait 1/273,16 de la température du point triple — il dépendait donc des propriétés d'une seule substance et de sa composition isotopique.
Avec le signe degré et le mot « degré ». Aboli en 1967 : le kelvin n'est pas un degré mais une unité de base avec son propre zéro.
Le kelvin s'est débarrassé de l'eau, mais l'eau est restée au travail
La définition par le point triple de l'eau avait un détail fâcheux : la température de ce point dépend de la composition isotopique — l'eau lourde gèle autrement que l'eau ordinaire, et il fallait préciser une composition de référence de l'eau océanique. Avec la constante de Boltzmann fixée, la définition s'est affranchie de toute substance ; en pratique, pourtant, la cellule à point triple reste la bête de somme : la réalisation primaire coûte cher, et l'ampoule d'eau reproduit 273,16 K au dixième de millikelvin.
Catalogue · Le Système international d'unités
Un passeport pour chaque grandeur
Sept unités de base, vingt-deux dérivées portant leur propre nom et des archives des systèmes retirés de l'usage. Chacune est une feuille à part : définition, dimension, conversion, instruments, règles d'écriture. En 36 langues.
Unités de base
ouvrez le passeport du kelvinDérivées à nom propre
en terre cuite — la seule définie par le kelvinSystèmes historiques
archives des notationsLangue du passeport
36 langues. Le symbole K et les formules ne se traduisent pas — ils sont identiques dans toutes les locales ; on traduit la description, les exemples et les règles d'écriture propres à chaque écriture.