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Comprendre la température

Quelle température indiquerait un thermomètre dans l'espace?

Le concept de température découle de la constatation que tout corps peut être plus ou moins chaud.

La chaleur, c'est l'énergie issue de l'activité des atomes dans la matière. Plus ses atomes vibrent rapidement, plus un corps est chaud et plus sa température est élevée. Dans le cas de deux corps à proximité l'un de l'autre et ayant des températures différentes, la chaleur du plus chaud sera transférée au plus froid jusqu'à ce que les deux corps aient la même température.

La température représente donc l'état d'un corps à un moment donné tandis que la chaleur est un flot d'énergie transitant d'un corps vers un autre à cause d'une différence de température.

La température se mesure, par exemple, grâce à la variation de l'état du mercure dans un thermomètre traditionnel. Quand il fait chaud, la chaleur de l'air ambiant est transférée au mercure qui commence à changer d'état  : il augmente en volume jusqu'à ce que sa température devienne la même que celle de l'air. Grâce à une échelle graduée, nous pouvons ensuite interpréter cette variation en terme de degrés Celsius ou Fahrenheit.

Transparent

La température qu'indiquerait un thermomètre dans l'espace dépend de l'endroit où on le place.

S'il est placé directement face aux rayons du Soleil, il absorbera leur énergie et finira par indiquer une température voisine de 150 ^oC.

Par contre, s'il est à l'abri du Soleil, le thermomètre dissipera graduellement sa propre chaleur pour atteindre une température proche du zéro absolu puisqu'il n'y a pas d'air ambiant avec lequel échanger sa chaleur.

Le zéro absolu représente une absence complète de chaleur et correspond à la température la plus froide qu'il puisse exister, soit -273 ^oC. Quand on parle de températures de cet ordre, on emploie généralement l'échelle de mesure Kelvin (K) plutôt que les degrés Celsius ou Fahrenheit. Dans cette échelle, le zéro absolu correspond à 0 K, l'eau gèle à 273 K et elle bout à 373 K.

Nous avons précisé que notre thermomètre, à l'ombre dans l'espace, indiquerait une température proche du zéro absolu, soit 0 K. En fait, il indiquerait exactement 2,7 K. Ce petit apport de chaleur, auquel rien dans l'Univers n'échappe, est attribuable au rayonnement fossile. Étonnamment, ce rayonnement serait la trace résiduelle de l'énergie dégagée lors de la création de l'Univers, au moment du Big Bang, il y a 12 milliards d'années.

Les variations importantes de la température observées dans l'espace présentent des défis de taille pour les ingénieurs chargés de concevoir les combinaisons spatiales. Il leur faut faire preuve d'ingéniosité pour mettre au point des matériaux capables de supporter ces variations extrêmes.

Activité :

• Fabriquer son thermomètre