Bonjour à tous! Imaginez que vous sortez un gâteau «fraichement» cuit du four. Qu’allez-vous vous permettre de toucher? Le gâteau ou le moule qui le contient? Vous répondrez sûrement sans équivoque en disant que le gâteau est bien moins chaud que le moule et qu’on risque donc moins de se brûler avec le gâteau, mais en êtes-vous sûr?

Quand la conductivité thermique nous joue des tours...

Je vous propose ici de faire vous-même une petite expérience que l’on retrouve dans une vidéo Youtube issue de la très bonne chaîne Veritasium : Misconceptions about temperature . Prenez tout simplement un bloc de métal et un bloc d’une autre matière, non-métallique (vous verrez le rapport avec votre gâteau d'ici peu). Si on vous demande lequel est le plus froid, vous répondrez sûrement le métal, car il est froid au toucher. Prenez maintenant deux cubes de glace et poser les en même-temps sur chacun des blocs. Attendez un petit peu et vous verrez que la glace fond plus vite sur le bloc en métal! On a alors un souci : la première partie de l’expérience nous dit que le métal est le plus froid des deux blocs tandis que la seconde partie de l’expérience nous dit qu’il est le plus chaud des deux blocs!

Le problème dans cette expérience vient du fait que l’on part d’une idée fausse : celle suivant laquelle les deux blocs ne sont pas à la même température. Notre sens du toucher nous induit en erreur. Les deux blocs sont forcément à la même température car aucun des deux n’a été refroidi ou chauffé plus que l’autre! Un thermomètre infrarouge (qui permet de mesurer la température d’un objet en le visant à distance) pourrait vous en convaincre mais il est malheureusement peu probable que vous ayez ça sous la main... Ici, il n’est pas question de température en fait, mais de conductivité thermique, à savoir la facilité qu’a un objet à conduire la chaleur. Le métal est par exemple un excellent conducteur de chaleur, contrairement à d’autres matières non-métalliques.

Pour comprendre ce qui se passe ici, il ne reste qu’une chose relativement intuitive à savoir : lorsque l’on met quelque chose de chaud en contact avec quelque chose de froid, la matière chaude perd toujours de la chaleur pour réchauffer la matière froide, comme nous le montre l' image 1 . Ainsi, lorsque vous touchiez le morceau de métal, votre corps perdait de la chaleur pour réchauffer le métal car il était plus chaud que le métal. C’était également vrai pour l’autre bloc que vous aviez choisi pour faire votre expérience mais votre corps perdait bien plus vite sa chaleur avec le métal car ce dernier conduit généralement très bien la chaleur : le métal paraissait donc plus froid! Pour ce qui est du cube de glace, le métal, plus chaud que la glace, pouvait très vite lui transmettre de la chaleur, ce qui rendait la fonte bien plus rapide!

Revenons à l’exemple du gâteau. Le gâteau et le moule sont en réalité aussi chaud l’un que l’autre quand vous les sortez du four! (Encore une fois, l’achat pas forcément très utile d’un thermomètre infrarouge vous en convaincrait facilement...) Cependant, le moule conduit bien mieux la chaleur que le gâteau, c’est pour ça qu’il paraît très chaud par rapport au gâteau : étant plus chaud que votre corps, il vous transmet sa chaleur et ce, très rapidement. Il se passe la même chose pour le gâteau mais le transfert de chaleur est bien plus lent, ce qui vous laisse le temps de le toucher sans problème.

Ok, toutes ces histoires de conductivité thermique sont bien jolies, mais qu'en est-il de la température tout court?

Mais c’est quoi la température en fait?

La température : rien de plus banal que ce concept que nous expérimentons tous les jours, n’est-ce pas? Le Québec est particulièrement riche au niveau des différents ordres de température que l’on peut y rencontrer : de -35°C en hiver jusque 40°C en été. On est encore loin des record de température sur la Terre. En effet, depuis que l’on sait mesurer des températures, la température la plus basse a été enregistrée le 21 juillet 1983 à la base de Vostok en Antarctique à -89°C tandis que la température la plus haute a été enregistrée le 13 septembre 1922 à El Aziza en Lybie à 57,8°C. Cependant, ne vous-êtes vous jamais demandé ce qu’était réellement la température?

Pour comprendre ce qu’est la température, le mieux est de penser à quelque chose de très familier : les 3 états de la matière. Surtout quand il s’agit de l’eau, nous savons très bien que la matière peut se présenter sous forme solide, liquide ou gazeuse. Tout le monde connaît la formule chimique de l’eau, H2O, qui nous indique que l’eau est en fait formée de molécules contenant chacune deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène. Représentons une molécule d’eau par une boule bleue pour rendre la suite plus lisible (voir l' image 2 ). L' image 3 nous montre alors à quoi ressemble de la vapeur d’eau : les molécules d'eau y sont très éloignées les unes des autres, bougent très vite et font n’importe quoi. En refroidissant de la vapeur d'eau, on obtient de l'eau liquide comme à l' image 4 : les molécules d'eau y sont bien plus proches les unes des autres, bougent moins vite mais font toujours un peu n’importe quoi. On peut aussi les contenir dans récipient ouvert. Finalement, en refroidissant de l'eau liquide, on obtient de la glace comme à l' image 5 : les molécules d'eau y forment un réseau qui se répète et sont presque collées les unes aux autres. Elles ne bougent que très peu.

La chose qui importe le plus ici, c’est surtout le fait que les molécules bougent de moins en moins à mesure qu’elles sont refroidies et c’est ça la température! Dans le cas très général, c’est le mouvement des atomes qui détermine cette dernière :

«plus les atomes bougent, plus ils sont chauds» «moins les atomes bougent, plus ils sont froids»

Par exemple, s’il fait chaud l’été, même si vous êtes à l’ombre, c’est simplement parce que les atomes présents dans l’air autour de vous sont excités par l’énergie solaire et bougent ainsi plus que durant l’hiver où il y a moins d’énergie solaire pour exciter ces atomes.

Nous voilà arrivés à la fin de cet article, vous avez maintenant une petite idée des choses bizarres qui peuvent se cacher derrière une notion aussi commune que celle de la température mais je n’en ai pas encore complètement fini avec ça. La prochaine fois, nous verrons s’il existe une température maximale ou minimale possible dans tout l’univers! J’attends vos remarques et/ou questions avec impatience, à très bientôt!

Bien à vous,

Alexis