Photographie/Physique-chimie/Chaleur, température, zéro absolu
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Bibliographie
■ préface - SOMMAIRE COMPLET ■ notions fondamentales et conseils pour les débutants ■ aspects esthétiques, thèmes photographiques ■ références scientifiques ■ photométrie, colorimétrie, optique ■ appareils, objectifs, éclairage, accessoires, entretien ■ procédés chimiques ■ procédés numériques ■ caractéristiques physiques des images, densité, netteté ■ compléments techniques et pratiques ■ photographie et vie sociale, histoire, enseignement,institutions, droit... | |||||
Les corps qui nous entourent, même s'ils paraissent immobiles, sont le siège d'une agitation thermique incessante. Les atomes ou les molécules des gaz et des liquides se déplacent en tous sens, se heurtent les uns aux autres et heurtent les parois des récipients qui les contiennent, exerçant sur elles des pressions qui nous paraissent parfaitement constantes et continues mais qui ne sont en réalité que la somme des actions élémentaires de milliards de particules infimes.
On peut même déterminer, dans des conditions fixées, le libre parcours moyen d'une molécule dans un gaz ou dans un liquide, entre deux chocs consécutifs. De tels mouvements peuvent être mis en évidence : si l'on examine sous un fort microscope de fines particules solides en suspension dans un liquide, on constate qu'elles s'agitent en tous sens. Ce phénomène, appelé mouvement brownien, est dû aux chocs des molécules sur le corps observé, mais bien sûr on ne peut pas voir les molécules responsables de ces déplacements.
Dans le cas des solides, le problème est un peu différent car les molécules ou les atomes ne se déplacent pas librement dans le milieu, ils vibrent autour d'une position d'équilibre. Cette frénésie désordonnée correspond au fait que la matière possède une certaine énergie qui n'est autre que la chaleur. Échauffer un corps, c'est augmenter par un procédé ou par un autre l'agitation thermique de ses constituants, ce qui se traduit d'une manière pratique par l'élévation de sa température.
Dans l'échelle Celsius, qui est l'échelle usuelle des températures, le point zéro correspond à la glace fondante et le point cent à l'ébullition de l'eau sous la pression atmosphérique normale (760 mm de mercure). Ces deux points constituent des repères totalement arbitraires car on aurait pu choisir d'autres corps. De ce fait, il serait bien sûr absurde de prétendre qu'un corps chauffé à 80°C est deux fois plus chaud qu'un autre porté à 40°C.
Pour rendre les températures mesurables et non plus seulement repérables, il est nécessaire de définir une température absolument nulle que l'on appellera zéro absolu. Cette température n'est autre que celle, théorique, où l'agitation thermique serait parfaitement nulle. On ne sait pas l'atteindre au laboratoire mais on peut cependant déterminer sa valeur : -273,15°C.
À partir de ce point fixe, on peut alors mesurer les températures à l'aide d'une nouvelle unité, le kelvin (K), en hommage au célèbre physicien anglais William Thomson, alias Lord Kelvin. Comme la progression du kelvin est la même que celle du degré Celsius, on passe aisément d'une échelle à l'autre :
| T (K) = t (°C) + 273,15 |
alias Lord Kelvin
(1824-1907)
Dans la nouvelle échelle, l'eau fond à 273,15 K et bout à 373,15 K.
Le kelvin permet de mesurer la température absolue.
Officiellement, d'après la 13e Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM) de 1967, le kelvin est la fraction 1/273,16 de la température thermodynamique du point triple de l'eau. L'unité kelvin (pas de majuscule pour les unités dérivées d'un nom propre) et son symbole K sont utilisés pour exprimer un intervalle ou une différence de température.
Le point triple de l'eau correspond aux conditions de température et de pression très particulières et bien définies, dans lesquelles les trois états de l'eau, solide, liquide et gazeux, peuvent être simultanément présents et en équilibre. La température vaut alors très exactement 0,0075 °C et la pression 615 Pa.
Voici quelques années, vers Castres, à un carrefour dangereux, l'auteur de ces lignes a vu marquée au sol l'inscription « 40 K ». Nul article du code de la route n'oblige un automobiliste à se refroidir aussi brutalement, où que ce soit ! Les unités et leurs abréviations ayant force de loi, une telle inscription est évidemment illégale et attaquable en justice. Néanmoins, si la maréchaussée avait alors cherché du poil sur les œufs, il aurait sans doute mieux valu éviter de parler thermodynamique !
Les températures absolues interviennent dans divers domaines de la photographie, entre autres, pour l'éclairage, les filtres correcteurs, compensateurs et de conversion et plus généralement pour la colorimétrie.