Pour les articles homonymes, voir Temperature (homonymie) .

Temperature

Un thermometre gradue en degres Celsius indiquant une temperature diurne hivernale de ?17  °C .

Donnees cles

Unites SI	kelvin (K)
Autres unites	degre Fahrenheit , degre Celsius
Dimension	Θ
Nature	Grandeur scalaire
Symbole usuel	T

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La temperature est une grandeur physique mesuree a l’aide d’un thermometre et etudiee en thermometrie . Dans la vie courante, elle est reliee aux sensations de froid et de chaud , provenant du transfert thermique entre le corps humain et son environnement. En physique , elle se definit de plusieurs manieres : comme fonction croissante du degre d’ agitation thermique des particules (en theorie cinetique des gaz ), par l’equilibre des transferts thermiques entre plusieurs systemes ou a partir de l’ entropie (en thermodynamique et en physique statistique ). La temperature est une variable importante dans d’autres disciplines : meteorologie et climatologie , medecine , et chimie .

L’echelle de temperature la plus courante est le degre Celsius , dans laquelle la glace (formee d'eau) fond a 0  °C et l'eau bout a environ +100  °C dans les conditions standard de pression . Dans les pays utilisant le systeme imperial (anglo-saxon) d’unites, on emploie le degre Fahrenheit , tel que la glace fond a +32   °F et l'eau bout a +212   °F . L’unite du Systeme international d'unites (SI), d’utilisation scientifique et definie a partir du zero absolu , est le kelvin ^{[ 1 ]} dont la graduation est identique a celle des degres centigrades .

Definition [ modifier | modifier le code ]

Origine physique [ modifier | modifier le code ]

La temperature ne peut etre definie que pour des objets composes de nombreuses particules qui interagissent fortement : un atome seul n'a pas de temperature ^{[ 2 ]} et un gaz extremement rarefie (dans lequel les chocs des molecules contre les parois sont plus frequents que les chocs entre molecules) non plus.

Les particules qui composent la matiere ( molecules ou atomes ) ne sont jamais au repos. Elles sont en vibration permanente et possedent donc une certaine energie cinetique . La temperature est une mesure indirecte du degre d'agitation microscopique des particules. Par ailleurs, un espace vide de matiere mais dans lequel de la lumiere se propage contient lui aussi de l'energie. Dans de bonnes conditions ^{[ 3 ]} , on peut associer une temperature a ce rayonnement qui mesure l'energie moyenne des particules qui le constituent. Un exemple important de rayonnement thermique est celui du corps noir dont un exemple est donne par les etoiles dont le rayonnement revele la temperature des atomes qui sont a sa surface.

Lorsque deux corps entrent en contact, ils echangent spontanement de l' energie thermique  : l'un des deux corps a des particules qui ont plus d'energie cinetique. En les mettant en contact, les chocs entre particules font que cette energie cinetique microscopique se transmet d'un corps a l'autre. C'est ce transfert d'energie qui, en sciences physiques , est appele chaleur .

Pour les gaz, la theorie cinetique definit la temperature comme suit :

${\displaystyle T={\frac {1}{3k_{B}}}\int ({\vec {v}}-{\vec {U}})^{2}\,p({\vec {v}})\,\mathrm {d} {\vec {v}}}$

ou :

• ${\displaystyle k_{B}}$ est la constante de Boltzmann ,
• ${\displaystyle {\vec {v}}}$ la vitesse des particules,
• ${\displaystyle {\vec {U}}}$ le champ de vitesse macroscopique (la vitesse moyenne),
• ${\displaystyle p({\vec {v}})}$ la densite de probabilite des vitesses,
• ${\displaystyle \mathrm {d} {\vec {v}}}$ le ≪ volume ≫ infinitesimal (dans l'espace des vitesses) au voisinage de ${\displaystyle {\vec {v}}}$.

Ces transferts d'energie menent spontanement a un etat d' equilibre thermique ou les deux corps en presence ont la meme temperature.

Vocabulaire [ modifier | modifier le code ]

Dans les domaines de la physique et de la chimie , il est courant de parler de temperature ordinaire pour une temperature courante, moyenne. Par exemple, on dit ≪ l'eau est liquide a la temperature ordinaire ≫. Mais cette denomination n'est pas tres formalisee et la valeur de la temperature ordinaire est rarement precisee (le plus souvent evaluee de maniere commune de 18  a  25  °C ).

La temperature normale signifie en general le 0 de l'echelle courante : c'est le plus souvent 0  °C .

Quelques ordres de grandeur [ modifier | modifier le code ]

En thermodynamique [ modifier | modifier le code ]

En thermodynamique , la temperature est definie a partir de l' energie totale d'un systeme (appelee dans ce contexte energie interne ) et du nombre d'etats que celui-ci peut posseder pour une valeur fixee de cette energie, qui est donnee par la notion d' entropie . On parle alors de temperature thermodynamique , qui se mesure en kelvins (de symbole K) et dont le minimum est le zero absolu , inaccessible en pratique du fait de proprietes quantiques . Le record de 450   p K (soit 0,45   n K ou 0,000 000 000 45   K ), c'est-a-dire ?273,149 999 999 55  °C , est atteint en 2003 ^{[ 4 ]} au laboratoire de recherches du Massachusetts Institute of Technology (MIT) par une equipe codirigee par le prix Nobel de physique Wolfgang Ketterle .

Dans certaines experiences de physique, le calcul de la temperature au moyen de sa definition thermodynamique peut exceptionnellement aboutir a des valeurs negatives. Ces valeurs negatives sont extremement faibles (de l'ordre de quelques picokelvins a quelques nanokelvins). Elles apparaissent dans la mesure de certains systemes quantiques tres particuliers dont l'entropie, apres avoir atteint un maximum, se met a diminuer a mesure qu'on leur ajoute encore de l'energie ^{[ 5 ] , [ 6 ]} . Le signe moins traduit donc le fait que la variation utilisee dans la formule s'est inversee. Les echantillons pour lesquels on mesure de telles temperatures absolues negatives ne sont pas ≪ plus froids ≫ que le zero absolu puisqu'ils fourniraient de la chaleur a tout autre systeme qui viendrait a leur contact. Les temperatures absolues negatives ne signifient pas non plus que la temperature est passee a un moment quelconque par le zero absolu, ≪ ce dernier restant impossible a atteindre ≫ ^{[ 7 ]} .

Mesure et controle de la temperature [ modifier | modifier le code ]

Mesure [ modifier | modifier le code ]

Techniques de mesure [ modifier | modifier le code ]

Controle [ modifier | modifier le code ]

• Thermostat
• Climatisation
• Refrigeration , Refrigerateur , Froid industriel , Production du froid
• Bain thermostate , Etuve de laboratoire , Four ,  etc.
• Cryogenie , Cryostat

Echelles de temperature [ modifier | modifier le code ]

Histoire [ modifier | modifier le code ]

Pour creer une echelle de temperature, les scientifiques de l'Antiquite ont recherche deux cas opposes, le ≪ froid ≫ et le ≪ chaud ≫ ^{[ 8 ]} .

En 1720 , le scientifique allemand Gabriel Fahrenheit invente le thermometre a mercure et l'utilise pour definir l' echelle Fahrenheit , dans laquelle 32   °F correspond a la temperature minimale et 212   °F au maximum ^{[ 8 ]} .

En 1741 , le physicien suedois Anders Celsius invente la gamme Celsius, qui comprend cent intervalles, les degres Celsius (notes ≪ °C ≫). Dans cette echelle, 0  °C est la temperature la plus basse, qui correspond au point de congelation de l'eau et 100  °C est la plus elevee, qui correspond au point d' ebullition de l'eau ^{[ 8 ]} .

A la fin du XIX ^e  siecle, le scientifique britannique Lord Kelvin suggere l’idee de creer une echelle ou le zero serait le point le plus bas, c'est-a-dire ou la temperature ne pourrait pas baisser davantage : le zero absolu . Les physiciens savent que cette temperature existe a ?273,15  °C , ce qui, une fois atteint, ne permettait pas aux atomes de bouger. Ainsi, le ≪ zero ≫ est pris a ?273,15  °C . Cette nouvelle convention est officialisee en 1960 ^{[ 8 ]} .

• 
  Gabriel Fahrenheit .
• 
  Anders Celsius .
• 
  Lord Kelvin .

Differentes echelles [ modifier | modifier le code ]

L'unite legale de temperature dans le Systeme international est le kelvin de symbole ≪  K  ≫ (a noter l'absence du symbole ≪ ° ≫ car ce n'est pas une echelle de mesure). Il existe d'autres systemes de mesures anterieurs et toujours utilises : les echelles Celsius, centigrade, Fahrenheit et Rankine.

Kelvin [ modifier | modifier le code ]

Le kelvin est defini a partir du point triple de l'eau : un kelvin est egal a 1/273,16 fois la temperature du point triple de l'eau ^{[ 9 ]} . Le zero absolu , correspondrait a la limite a une absence totale d'agitation microscopique et a une temperature de ?273,15  °C  ; mais on ne peut jamais l'atteindre (considerer que l'entite physique est plutot 1/ T , et on ne peut jamais atteindre l'infini). Cette unite permet de definir une echelle absolue des temperatures.

Degre Celsius [ modifier | modifier le code ]

C'est le kelvin auquel on retire 273,15   K ^{[ 9 ]} . Son unite est le °C . Elle est une simple translation de l'echelle absolue (voir ci-apres). La temperature du point triple de l'eau y a donc pour valeur 0,01  °C .

Echelles centigrades [ modifier | modifier le code ]

L'echelle de mesure est telle que 0 et 100 sont fixes. Elle est appelee ≪ centigrade ≫ car les deux points de reference sont distants de 100°. Entre les deux, c'est la dilatation du mercure qui definit l'echelle.

Par exemple dans l'echelle centigrade, le zero correspond a la temperature de la glace fondante et 100 degres centigrades correspond a la temperature d'ebullition de l'eau sous une pression d'une atmosphere .

Echelle Fahrenheit [ modifier | modifier le code ]

Son symbole est ≪ °F ≫. Elle attribue une plage de 180   °F entre la temperature de solidification de l'eau et sa temperature d'ebullition. On la deduit de l'echelle Celsius par une fonction affine (voir ci-apres). Elle fixe le point de solidification de l'eau a +32   °F et le point d'ebullition a +212   °F .

Echelle Rankine [ modifier | modifier le code ]

C'est une simple homothetie de l'echelle absolue avec un facteur 9/5 (voir ci-apres).

Conversion [ modifier | modifier le code ]

Le tableau ci-dessous resume les formules permettant de convertir une temperature entre les differentes echelles.

	A partir de :	Kelvin	Celsius	Fahrenheit	Rankine	Reaumur
	${\displaystyle T_{\mathrm {Kelvin} }=~}$	${\displaystyle T_{\mathrm {K} }~}$	${\displaystyle T_{\mathrm {C} }+273,15~}$	${\displaystyle {\tfrac {5}{9}}\,(T_{\mathrm {F} }+459,67)}$	${\displaystyle {\tfrac {5}{9}}\,T_{\mathrm {Ra} }}$	${\displaystyle {\tfrac {5}{4}}\,T_{\mathrm {Re} }+273,15~}$
	${\displaystyle T_{\mathrm {Celsius} }=~}$	${\displaystyle T_{\mathrm {K} }-273,15~}$	${\displaystyle T_{\mathrm {C} }~}$	${\displaystyle {\tfrac {5}{9}}\,(T_{\mathrm {F} }-32)}$.	${\displaystyle {\tfrac {5}{9}}\,(T_{\mathrm {Ra} }-491,67)}$	${\displaystyle {\tfrac {5}{4}}\,T_{\mathrm {Re} }}$
	${\displaystyle T_{\mathrm {Fahrenheit} }=~}$	${\displaystyle {\tfrac {9}{5}}\,T_{\mathrm {K} }-459,67}$	${\displaystyle {\tfrac {9}{5}}\,T_{\mathrm {C} }+32}$	${\displaystyle T_{\mathrm {F} }~}$	${\displaystyle T_{\mathrm {Ra} }-459,67~}$	${\displaystyle {\tfrac {9}{4}}\,T_{\mathrm {Re} }+32}$
	${\displaystyle T_{\mathrm {Rankine} }=~}$	${\displaystyle {\tfrac {9}{5}}\,T_{\mathrm {K} }}$	${\displaystyle {\tfrac {9}{5}}\,T_{\mathrm {C} }+491,67}$	${\displaystyle T_{\mathrm {F} }+459,67~}$	${\displaystyle T_{\mathrm {Ra} }~}$	${\displaystyle {\tfrac {9}{4}}\,T_{\mathrm {Re} }+491,67}$
	${\displaystyle T_{\mathrm {Reaumur} }=~}$	${\displaystyle {\tfrac {4}{5}}\,(T_{\mathrm {K} }-273,15)}$	${\displaystyle {\tfrac {4}{5}}\,T_{\mathrm {C} }}$	${\displaystyle {\tfrac {4}{9}}\,(T_{\mathrm {F} }-32)}$	${\displaystyle {\tfrac {4}{9}}\,(T_{\mathrm {Ra} }-491,67)}$	${\displaystyle T_{\mathrm {Re} }~}$

Comparaison des echelles de temperature [ modifier | modifier le code ]

Specificite de differentes disciplines [ modifier | modifier le code ]

Meteorologie [ modifier | modifier le code ]

Dans le domaine de la meteorologie , la temperature de l' atmosphere s'ecrit souvent T °. A proximite du sol, elle est prise sous un abri, le plus courant est l' abri Stevenson , a deux metres du sol. Elle se mesure egalement en altitude a l'aide de radiosondes . Deux types de temperatures sont mesurees:

• La temperature de l'air qui correspond a la temperature classique donnee par un thermometre protege de l'humidite et des radiations ;
• La temperature du point de rosee , ou temperature du thermometre mouille , est prise avec un thermometre sur lequel de l'eau s'evapore. Classiquement, le thermometre est recouvert d'une mousseline mouillee que l'on ventile (maintenant remplace par une cellule a point de rosee ). La perte d'energie de l'evaporation depend de l' humidite relative de l'air ce qui fait que la temperature du point de rosee est inferieure a la temperature de l'air, la rattrapant seulement lorsque l'air est sature (100 % d'humite).

L'instrument utilise pour mesurer simultanement temperatures seche et humide est le psychrometre . Sur un diagramme de l' air humide , la courbe de temperature constante est une droite verticale.

D'autre part, le vent et l'humidite font varier la temperature ressentie par le corps. Des indices ont ete developpes pour rendre compte de cette sensation. Il y a le refroidissement eolien pour exprimer la perte de chaleur sous l'effet du vent et plusieurs indices ( indice humidex ou indice de chaleur ) pour l'effet de moiteur lors de canicules . Bien que les valeurs de ces indices soient choisies pour ressembler a une temperature, elles n'ent sont pas.

Voir aussi :

• Amplitude thermique
• Records de temperature sur Terre
• Point de givrage

Biologie et medecine [ modifier | modifier le code ]

• Animaux homeothermes , poikilothermes
• Temperature corporelle

En ce qui concerne la qualite de l'air interieur et la sante des individus, une temperature bien reglee est fondamentale. En effet, trop elevee, elle favorise le developpement d' acariens et de moisissures ^{[ 12 ]} . Bien reglee, elle permet de faire des economies energetiques et indirectement financieres non negligeables ^{[ 13 ]}

Physique [ modifier | modifier le code ]

Il existe de nombreuses definitions de la temperature des que l'objet considere n'est pas a l'equilibre thermique. On repere par des noms caracteristiques diverses temperatures signalant un changement brutal de proprietes d'un corps. Voir Temperature (homonymie)   pour plus de details.

Sociopsychologie [ modifier | modifier le code ]

Selon la culture, la chaleur de l'environnement, d'un habitat, de vetements, d'objets ou de la nourriture evoque differentes choses et favorise differents comportements sociaux. Les mots ≪ chaleureux ≫ ou ≪ froid ≫ ou des expressions telles que ≪ a mains froides cœur chaud ≫ montrent l'importance sous-jacente de la chaleur dans les interactions humaines.

Des experiences ont montre qu'un sujet tenant une tasse de cafe chaud tend a trouver les autres plus chaleureux et attentionnes que s'il tient un cafe glace. Il offrira plus volontiers un cadeau a son entourage apres avoir tenu un cafe chaud, alors qu'il tendra a s'occuper de lui apres avoir tenu un cafe glace ^{[ 14 ]} .

Notes et references [ modifier | modifier le code ]

Voir aussi [ modifier | modifier le code ]

Articles connexes [ modifier | modifier le code ]

Liens externes [ modifier | modifier le code ]

• Ressources relatives a la sante  :
  • Medical Subject Headings
  • NCI Thesaurus
• Notices dans des dictionnaires ou encyclopedies generalistes  :

  • Britannica
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v  · m Donnees et variables meteorologiques
Donnees de mesure	Albedo Anomalie de temperature Eau precipitable Contenu en eau liquide Foudre Isotherme zero degre (Niveau de congelation) Nebulosite Point de rosee Point de givrage Precipitations Pression atmospherique / selon l'altitude Reflectivite radar (en dBZ ) Temperature de surface de la mer du thermometre mouille Vent Visibilite Profondeur optique Portee visuelle de piste
Variables	EIC EPCD Depression du point de rosee Frequence de Brunt-Vaisala Gradient thermique adiabatique Helicite Humidite absolue absolue de saturation foliaire relative Instabilite latente Instabilite potentielle Longueur de Monin-Obukhov Niveau de condensation par ascension par convection Niveau de convection libre Niveau d'equilibre convectif Pression de vapeur saturante de l'eau Rapport de melange Refroidissement eolien Temperature equivalente potentielle pseudo-potentielle du thermometre mouille Theta-e virtuelle Tourbillon Vitesse convective Vitesse de frottement
Concepts	Convection atmospherique Hygrometrie Evapotranspiration Effet Bergeron Trace
Indices	Cote air sante Degre jour de croissance Degre jour unifie Indice WBGT Indice de George (K) Indice d'assechement Indice humidex Indice de chaleur ( Heat Index ) Indice d'aridite Refroidissement eolien Indice foret meteo Indice de Haines Indice UV Indice de soulevement Indice de stabilite de Showalter Indice universel du climat thermique PdP Quotient photothermique
Diagrammes	Carte meteorologique Diagramme climatique Diagramme de Stuve Emagramme Hodographe Hyetogramme Meteorogramme/Meteogramme Skew-T ou Emagramme a 45 degres Tephigramme
Glossaire de la meteorologie

v  · m Temps ( meteorologie )
Precipitations	Averse Bruine Bruine verglacante Giboulee Grele Gresil Neige flocon industrielle mouillee en grains roulee Pluie torrentielle verglacante Poudrin de glace
Phenomenes atmospheriques violents etendus	Blizzard Bourrasque de neige Brouillard Cyclone tropical extratropical subtropical Foudre Onde de tempete Orage de neige unicellulaire multicellulaire supercellulaire Rafale descendante Tornade Trombe marine Tempete hivernale de neige de sable de feu
Autres phenomenes meteorologiques	Arc-en-ciel Canicule Ensoleillement Gel Degel Gelee blanche Givre Nuage Pollution de l'air Poudrerie Pression atmospherique Rosee Temperature Vague de froid Vent
Prevision	Alerte Alerte cyclonique Avis de coup de vent Avis de tempete Avis d'ouragan Carte Vigilance
Climats	Climatologie Microclimat Records climatiques Records de temperature Moyennes de temperature
Saisons	Automne Ete Hiver Mousson Printemps Saison humide Saison seche
Types de meteorologies	Aeronautique Agricole Biometeorologie Espace Europe Forestiere Maritime Micrometeorologie Militaire Television Tropicale
Glossaire de la meteorologie

v  · m Echelles thermometriques
Celsius Centigrade Delisle Fahrenheit Kelvin ( Systeme international d'unites ) Leyden Newton Planck Rankine Reaumur Rømer
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