Chapitre 7
195
Un degré zéro qui définit ce que représente zéro propriété (zéro masse,
zéro pression, etc.) ;
Un étalon arbitraire qui sert de calibre (par exemple, un objet de masse
une livre, de longueur un mètre) ;
Une échelle qui permet de définir la propriété entre le degré zéro et l’étalon
(par exemple, ce qu’est « deux fois plus » ou « deux fois moins » de
masse, de lumière, etc.).
7.4.3 Les limites des thermomètres de Celsius et
Fahrenheit
Au début du xix e siècle, les deux échelles de température que nous utilisons
aujourd’hui dans la vie courante, celles du suédois Anders Celsius et de
l’allemand Gabriel Fahrenheit, sont déjà en usage. Qu’en est-il de ces deux
échelles d’un point de vue physique ?
• Le degré zéro est plutôt facile à définir (c’est le point où les corps sont
entièrement figés, incapables de fournir de la chaleur) mais ni Fahrenheit
ni Celsius ne sont capables de le situer avec certitude ;
• Les étalons de Celsius et Fahrenheit sont sensiblement différents. Celsius choisit le gel de l’eau pure, Fahrenheit de l’eau salée, à pression
atmosphérique, et lui attribuent chacun la graduation relative « zéro ».
• Les échelles de Celsius et Fahrenheit, en revanche, sont strictement identiques. En effet, pour mesurer les températures autour de leurs étalons, les
deux scientifiques mesurent la contraction et la dilatation d’un liquide
dans un tube. Entre son zéro et l’ébullition de l’eau à pression atmosphérique, Celsius trace 100 graduations 1 ; Fahrenheit, 212 graduations. 2
Le principal problème avec ces deux échelles est que la température n’est
bien définie que dans le domaine d’existence des thermomètres à liquide.
Quel que soit le fluide utilisé (mercure, alcool, eau), il finit toujours par
geler ou bouillir quelque part ; et les graduations ne donnent alors plus
d’information utile. Par exemple, Celsius ne peut pas définir ou même décrire
ce qui permet de reconnaître une température de 1 200 ◦ C.
En plus de cela, les deux échelles sont peu intuitives à utiliser en dessous du
gel de l’eau. Pour peu que l’on admette, par exemple, que 40 ◦ C puisse être
« deux fois plus de température » que 20 ◦ C, alors à quoi correspondrait une
température deux fois plus haute que −10 ◦ C ? 3
7.4.4 Le thermomètre de William Thomson
William Thomson, ingénieur et physicien écossais, a bien compris ces limites. Il va proposer une échelle de température qui, elle, ne dépend pas du
comportement d’un fluide dans un tube.
1 En fait, Celsius utilise initialement une échelle inversée, allant de 100
◦ C au
gel jusqu’à 0
◦ C à l’ébullition !
2 Cette graduation est probablement choisie pour se recaler facilement sur sa
première graduation, étalonnée sur le gel de l’eau pure (32) et la température du
corps humain (96). Des étalons fort difficiles à reproduire !
3 Cela revient à poser la question : peut-on écrire
40 ◦ C
20 ◦ C et est-ce égal à
80 ◦ C
40 ◦ C ? La
réponse moderne à cette question est non.
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen
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Un degré zéro qui définit ce que représente zéro propriété (zéro masse,
zéro pression, etc.) ;
Un étalon arbitraire qui sert de calibre (par exemple, un objet de masse
une livre, de longueur un mètre) ;
Une échelle qui permet de définir la propriété entre le degré zéro et l’étalon
(par exemple, ce qu’est « deux fois plus » ou « deux fois moins » de
masse, de lumière, etc.).
7.4.3 Les limites des thermomètres de Celsius et
Fahrenheit
Au début du xix e siècle, les deux échelles de température que nous utilisons
aujourd’hui dans la vie courante, celles du suédois Anders Celsius et de
l’allemand Gabriel Fahrenheit, sont déjà en usage. Qu’en est-il de ces deux
échelles d’un point de vue physique ?
• Le degré zéro est plutôt facile à définir (c’est le point où les corps sont
entièrement figés, incapables de fournir de la chaleur) mais ni Fahrenheit
ni Celsius ne sont capables de le situer avec certitude ;
• Les étalons de Celsius et Fahrenheit sont sensiblement différents. Celsius choisit le gel de l’eau pure, Fahrenheit de l’eau salée, à pression
atmosphérique, et lui attribuent chacun la graduation relative « zéro ».
• Les échelles de Celsius et Fahrenheit, en revanche, sont strictement identiques. En effet, pour mesurer les températures autour de leurs étalons, les
deux scientifiques mesurent la contraction et la dilatation d’un liquide
dans un tube. Entre son zéro et l’ébullition de l’eau à pression atmosphérique, Celsius trace 100 graduations 1 ; Fahrenheit, 212 graduations. 2
Le principal problème avec ces deux échelles est que la température n’est
bien définie que dans le domaine d’existence des thermomètres à liquide.
Quel que soit le fluide utilisé (mercure, alcool, eau), il finit toujours par
geler ou bouillir quelque part ; et les graduations ne donnent alors plus
d’information utile. Par exemple, Celsius ne peut pas définir ou même décrire
ce qui permet de reconnaître une température de 1 200 ◦ C.
En plus de cela, les deux échelles sont peu intuitives à utiliser en dessous du
gel de l’eau. Pour peu que l’on admette, par exemple, que 40 ◦ C puisse être
« deux fois plus de température » que 20 ◦ C, alors à quoi correspondrait une
température deux fois plus haute que −10 ◦ C ? 3
7.4.4 Le thermomètre de William Thomson
William Thomson, ingénieur et physicien écossais, a bien compris ces limites. Il va proposer une échelle de température qui, elle, ne dépend pas du
comportement d’un fluide dans un tube.
1 En fait, Celsius utilise initialement une échelle inversée, allant de 100
◦ C au
gel jusqu’à 0
◦ C à l’ébullition !
2 Cette graduation est probablement choisie pour se recaler facilement sur sa
première graduation, étalonnée sur le gel de l’eau pure (32) et la température du
corps humain (96). Des étalons fort difficiles à reproduire !
3 Cela revient à poser la question : peut-on écrire
40 ◦ C
20 ◦ C et est-ce égal à
80 ◦ C
40 ◦ C ? La
réponse moderne à cette question est non.
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen