Unité de température (symb. : K).
Le mot kelvin remplace l’expression degré Kelvin, utilisée jusqu’en 1967 et encore autorisée temporairement.
Définition légale
Le kelvin est la fraction 
de la température thermodynamique du point triple de l’eau. Cette forme rédactionnelle et le mot kelvin ont été adoptés en 1967 par la Conférence générale des poids et mesures ; celle-ci a également décidé qu’une différence ou un intervalle de température thermodynamique s’exprimeront en kelvins (et non plus en degrés).
Le point triple de l’eau est l’état d’équilibre entre les trois phases (solide, liquide et gaz), c’est-à-dire entre la glace, l’eau et sa vapeur. Si l’on isole de l’eau dans une enceinte étanche, sans air, et si les trois phases coexistent en équilibre, la température et la pression de la vapeur ne peuvent prendre qu’une valeur unique. On attribue par convention la valeur 273,16 K à cette température, valeur choisie de façon que la température de congélation de l’eau sous la pression atmosphérique normale (101,325 Pa) soit 273,15 K, que la température d’ébullition de l’eau à cette même pression soit 373,15 K, afin que la différence de ces deux températures soit 100 K.
Le kelvin est égal au degré Celsius, qui a été appelé autrefois degré centésimal ou degré centigrade (symb. °C) ; on veut dire par là qu’un intervalle ou une différence de température de 1 degré Celsius est identique à un intervalle de 1 kelvin. Mais l’usage fait que l’on utilise toujours le degré Celsius lorsque l’origine de l’intervalle de température est le point de congélation de l’eau (273,15 K), auquel on attribue donc la valeur 0 °C. Les thermomètres de pratique courante sont gradués en degrés Celsius, et un intervalle en une différence entre deux températures Celsius peut s’exprimer en kelvins ou en degrés Celsius.
Le remplacement de l’expression degré Kelvin par le mot kelvin est la conséquence tardive de l’évolution de la conception de la grandeur physique de température. Sur un thermomètre, on mesure une grandeur (une dilatation par exemple) qui varie avec la température ; l’indication du thermomètre étant, par exemple, ajustée à 0 et à 100 °C, on obtient par interpolation et extrapolation une échelle de température dont les échelons sont des degrés. Chaque type de thermomètre définit une échelle différente ; ces échelles ne coïncident qu’aux points de définition 0 et 100 °C ; en effet, chaque corps réagit d’une façon différente aux variations de température. Les températures ainsi obtenues ne sont pas, à proprement parler, mesurées, mais repérées sur des échelles particulières. La thermodynamique, au contraire, introduit le concept d’une température indépendante des propriétés particulières des corps, appelée température thermodynamique, qui, seule, peut être appelée température pour le physicien. Cette température thermodynamique est mesurable par diverses méthodes, qui utilisent par exemple les lois des gaz parfaits ou les lois du rayonnement thermique. Elle n’est plus un repérage sur une échelle arbitraire, mais une grandeur physique de portée générale, au même titre qu’une différence de potentiel ou une pression. Il est donc logique d’éliminer le mot degré, qui évoque une échelle arbitraire.
La température thermodynamique d’un système en équilibre est toujours positive ; son zéro, le zéro absolu, est un état limite inaccessible. Certains physiciens parlent de températures thermodynamiques négatives, mais ce n’est qu’un artifice de langage pour caractériser un état hors d’équilibre entretenu par une action provenant de l’extérieur du système.
Les procédés thermodynamiques de mesure de température sont pénibles et réservés à quelques laboratoires dans le monde. Ils ne servent qu’à déterminer la température de points fixes reproductibles, qui sont des points de congélation, d’ébullition ou des points triples de substances chimiquement pures. Lorsque les résultats de ces mesures thermodynamiques sont confirmés par l’accord de plusieurs laboratoires, leur valeur est adoptée internationalement et est incorporée dans l’échelle internationale pratique de température. Cette échelle est décrite dans un texte élaboré par le Comité international des poids et mesures et par son Comité consultatif de thermométrie. Son édition de 1968 donne une série de points fixes entre le point triple de l’hydrogène (13,81 K, – 259,34 °C) et le point de congélation de l’or (1 337,58 K, 1 064,43 °C) ainsi que des recettes pratiques pour les mesures précises de température au moyen de thermomètres à résistance de platine, de couples platine rhodié-platine et de pyromètres optiques. Pratiquement, toutes les mesures de température se réfèrent finalement à cette échelle internationale.
J. T.
➙ Unités (système international d’).
