Une brève histoire des échelles de température

En 1701, Isaac Newton publia anonymement dans les Philosophical Transactions un article intitulé « Scala graduum Caloris » (Échelle des degrés de chaleur). Il y décrivait un thermomètre rempli d'huile de lin, avec le point de congélation de l'eau à zéro et la chaleur corporelle humaine à 12 degrés. Le point d'ébullition de l'eau se situait aux alentours de 33. Newton ne fit jamais la promotion de cette échelle, et quelques décennies plus tard, elle tomba dans l'oubli. Mais son expérience discrète capture quelque chose d'essentiel sur la mesure de la température : pendant des siècles, des personnes brillantes n'ont cessé d'inventer de nouvelles façons de quantifier le chaud et le froid, et la plupart de ces inventions ne survécurent pas.

Voici l'histoire de celles qui ont perduré, et de quelques-unes qui ont bien failli y parvenir.

Avant le thermomètre : l'air et l'eau de Galilée

Vers 1593, Galilée Galilei construisit à l'université de Padoue un dispositif qui serait plus tard appelé thermoscope. Un tube de verre avec un bulbe au sommet était inversé dans une coupelle d'eau. Lorsque l'air dans le bulbe se réchauffait, il se dilatait et faisait baisser le niveau d'eau. Lorsqu'il se refroidissait, l'eau montait. Le dispositif pouvait montrer que la température avait changé, mais pas de combien. Il n'y avait ni échelle, ni chiffres, ni points de référence fixes.

Le thermoscope présentait un défaut fatal : il était sensible à la pression atmosphérique. Il représentait néanmoins une véritable percée. Avant Galilée, « chaud » et « froid » étaient entièrement subjectifs. Le thermoscope transformait une qualité invisible en quelque chose de visible et, si grossièrement que ce soit, de mesurable.

Fahrenheit : la précision grâce au mercure

Daniel Gabriel Fahrenheit naquit à Gdansk en 1686. À quinze ans, ses deux parents moururent le même jour après avoir mangé des champignons vénéneux. Orphelin et envoyé à Amsterdam pour apprendre le commerce, Fahrenheit s'éprit plutôt des instruments scientifiques.

En 1714, Fahrenheit fit une découverte cruciale. Les thermomètres antérieurs utilisaient de l'alcool, qui bouillait à basse température et laissait un film sur le verre qui brouillait les lectures. Le mercure résolvait les deux problèmes : il reste liquide sur une plage de températures beaucoup plus large et ne mouille pas le verre, ce qui rend le ménisque net et facile à lire.

En 1724, Fahrenheit présenta son échelle à la Royal Society de Londres. Il fixa 0 degré à la température d'un mélange de glace, d'eau et de chlorure d'ammonium, qui se stabilise à environ moins 18 Celsius. Il plaça 32 degrés au point de congélation de l'eau pure et 96 à la température corporelle. Le choix de 96 était pratique : l'intervalle de 64 degrés entre 32 et 96 est une puissance de deux, ce qui permettait à Fahrenheit d'étalonner son thermomètre en bisectant l'intervalle six fois.

Après sa mort en 1736, l'échelle fut ajustée pour que l'eau bout exactement à 212 degrés, créant un écart de 180 degrés entre congélation et ébullition. Ce changement porta la température corporelle au désormais familier 98,6. Pour convertir entre Fahrenheit et le monde métrique, essayez le convertisseur Fahrenheit en Celsius.

L'échelle construite à l'envers

Anders Celsius n'était pas fabricant de thermomètres. Il était astronome à l'université d'Uppsala en Suède, et son intérêt pour la température venait de l'enregistrement des observations météorologiques à son observatoire. En 1742, Celsius présenta à l'Académie royale des sciences suédoise un nouveau thermomètre à deux points fixes. Le point d'ébullition de l'eau était à 0 degré. Le point de congélation était à 100.

Ce n'est pas une faute de frappe. Celsius a construit son échelle à l'envers. Son raisonnement était ingénieux : en Suède, les températures descendent rarement bien en dessous du point de congélation. Une échelle inversée signifiait que les lectures quotidiennes seraient presque toujours positives, réduisant les erreurs de transcription causées par les valeurs négatives.

Celsius mourut de tuberculose en 1744, seulement deux ans après avoir publié son échelle. L'année suivante, Carl Linné (plus connu pour avoir classifié tous les êtres vivants sur Terre) inversa l'échelle, plaçant 0 à la congélation et 100 à l'ébullition. La version retournée s'imposa. Pendant deux siècles, on l'appela « centigrade », du latin pour « cent degrés ». En 1948, une conférence internationale la rebaptisa « Celsius » pour honorer son inventeur et éviter toute confusion avec l'unité angulaire française du même nom. Si vous avez besoin d'une conversion rapide de Celsius en Fahrenheit, ou souhaitez passer aux températures absolues avec Celsius en Kelvin, ces calculs ne sont qu'à un clic.

Les rivaux oubliés : Réaumur, Delisle et les autres

Fahrenheit et Celsius n'étaient pas les seuls acteurs. René Antoine Ferchault de Réaumur proposa son échelle en 1730, fixant la congélation à 0 et l'ébullition à 80 degrés. Elle devint populaire en France, en Allemagne et en Russie. Dostoïevski fait référence aux températures en Réaumur dans ses romans, et l'échelle persista dans certaines régions de Russie jusqu'au début du XXe siècle.

Joseph-Nicolas Delisle, astronome français à la cour de Pierre le Grand, inventa son échelle en 1732. Comme l'original de Celsius, elle fonctionnait à rebours : 0 à l'ébullition, 150 à la congélation. Aucune de ces alternatives ne survécut. À la fin du XVIIIe siècle, la France avait choisi Celsius dans le cadre du système métrique, et les autres nations suivirent.

Kelvin : la température ancrée dans la physique

William Thomson avait 24 ans et était déjà professeur à l'université de Glasgow lorsqu'il publia « On an Absolute Thermometric Scale » en 1848. Sa critique était fondamentale : Fahrenheit et Celsius dépendaient tous deux de l'eau, dont les points de congélation et d'ébullition varient avec la pression atmosphérique. Thomson voulait une échelle ancrée dans la thermodynamique, et non dans une substance particulière.

En étudiant le comportement des gaz idéaux, Thomson calcula que le mouvement moléculaire cesse entièrement à environ moins 273 degrés Celsius. Il appela cela le zéro absolu et en fit le point de départ de son échelle. Chaque degré correspond à la taille d'un degré Celsius, de sorte que la conversion est simple : ajoutez ou soustrayez 273,15. Essayez-le avec un convertisseur Kelvin en Celsius.

Thomson fut créé baron Kelvin de Largs en 1892, prenant son titre de la rivière Kelvin près de son laboratoire de Glasgow. Il fut le premier scientifique élevé à la Chambre des lords britannique. Son échelle devint la norme pour la physique, la chimie et l'ingénierie dans le monde entier.

Le kelvin moderne : défini par une constante

Pendant la majeure partie de son histoire, le kelvin était défini par le point triple de l'eau (273,16 K), les conditions précises auxquelles l'eau, la glace et la vapeur d'eau coexistent. Mais le point triple dépend de la pureté et de la composition isotopique de l'échantillon d'eau, réintroduisant une incertitude liée à la substance.

Le 20 mai 2019, la communauté internationale de métrologie a remanié le système SI. Le kelvin a été redéfini en termes de constante de Boltzmann, fixée à exactement 1,380649 fois 10 à la puissance moins 23 joules par kelvin. Le kelvin est désormais lié à une loi immuable de la physique. Les lectures quotidiennes n'ont pas changé, mais pour les scientifiques travaillant aux extrêmes de la mesure, la nouvelle définition élimine une incertitude qui avait limité la précision pendant des décennies.

De l'huile de lin aux constantes fondamentales

L'arc de la mesure de la température suit une histoire plus large sur le fonctionnement de la science. Le thermoscope de Galilée ne pouvait qu'indiquer « plus chaud » et « plus froid ». Fahrenheit transforma ce geste en chiffres. Celsius simplifia ces chiffres. Kelvin les enracina dans la loi physique. Et la redéfinition de 2019 ancra l'ensemble du système à une constante universelle.

Aujourd'hui, la majeure partie du monde utilise Celsius pour la vie quotidienne, tandis que Fahrenheit reste la norme aux États-Unis. Les scientifiques du monde entier utilisent le kelvin. Que vous ayez besoin de Celsius en Fahrenheit, de Fahrenheit en Kelvin ou de n'importe quelle autre combinaison, la conversion entre eux ne prend qu'un seul clic. Derrière ce simple chiffre sur votre téléphone se cachent quatre siècles d'invention, de rivalité et de révision.