La température est une grandeur intensive

Après un long débat, voici une dernière mise à jour pour tenter d’éclairer grandement ce sujet sensible (merci à peck, petite maj grâce à lui pour plus ce clarté):
Soyons concis, soyons direct, et soyons simple:
La température est une grandeur intensive.
La température ? Késako ? Et une grandeur intensive ? Késako ?
La température est une représentation de l’agitation moléculaire, c’est-à-dire l’énergie calorifique (chaleur). C’est l’énergie cinétique d’une molécule par rapport à sa position « moyenne ». Une température va représenter cette « chaleur » pour l’ensemble des molécules d’un système donné.
Une grandeur intensive est une grandeur qui ne dépend pas de la quantité de matière. Par exemple, le volume est une grandeur extensive, le volume augmentant avec la quantité de matière; la vitesse, elle, est une grandeur intesive, né dependant pas de la quantité de matière.
Une propriété intrasèque à une grandeur intensive est l’homogénéité de cette grandeur pour un système donné: si une grandeur intensive a une valeur donnée pour un système, cette grandeur a la même valeur pour tout partie de ce système. Pour reprendre l’exemple de la vitesse, lorsqu’une voiture roule à une vitesse donnée, l’ensemble des parties de la voiture (pot d’échappement, portière, rétroviseur, etc.) vont également à cette même vitesse.
Du fait donc de cette homogénéité, une température moyenne est en soit une aberration pour un système hétérogène. En effet, en calculant une moyenne de température sur un système hétérogène, cette moyenne de température n’est plus intensive vu qu’elle n’a pas la même valeur pour toute partie de ce système hétérogène. Une moyenne de température n’est donc pas une température (même si par une équation aux dimensions, elle s’exprime tout de même en degré celsius). Pour mieux comprendre, prenons encore l’exemple de la vitesse à nouveau: lorsqu’un lièvre va à 9km/h et une tortue va à 1km/h, la moyenne est de 5km/h pour le système lièvre-tortue. Pourtant, lorsqu’ils parcourent 1km, le lièvre met environ 6min 40, et la tortue 1h, soit 2km en 1h 6min et 40 sec ce qui fait une vitesse de 1.8km/h.
Une température, comme toute grandeur intensive, n’a donc de sens que pour un système homogène. Par alors de « température moyenne » est une aberration scientifique, d’autant plus que cette grandeur est calculée sur un système aussi grand que la Terre et sur une période aussi longue d’une année, présentant donc énormément de disparité dans le temps et dans l’espace, bref le système non homogène dans le temps et dans l’espace par excellence. Au mieux, une telle « moyenne » indique une tendance si l’ensemble des valeurs utilisées marquent cette tendance par rapport aux valeurs précédantes dans les mêmes conditions de mesure, mais encore, une telle valeur est à prendre avec des pincettes.
Vous comprendrez mon désarroi à chaque fois que j’entend parler de « température moyenne » lorsqu’on parle de réchauffement climatique.
Car réchauffement climatique ou non (mon débat n’est pas là), l’exploitation d’une telle valeur calculée, véhiculée et relayée par l’ensemble des médias, est, scientifiquement parlant, un non sens.
Le problème est que l’information et la diffusion de masse ne valident en rien la véracité des faits et éléments qu’ils diffusent, mais le bombardement médiatique réduit tout sens critique (en clair: vous faire gober quoi que ce soit est facile). Mais, encore une fois, ceci est une autre histoire.

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jyboo

22 commentaires

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  • J’ai pas trop compris l’histoire de la barre de fer.
    L’idée est que sa température est la même partout, et qu’il n’y a donc pas de « température au milieu » ni « aux extrémités », c’est ça ?

  • Personnellement, c’est l’article en son ensemble que je n’ai pas trop compris… La température a beau être une « grandeur intensive », elle n’est pas la même à Paris, New-York et Tokyo. Cela fait donc sens, d’après moi, de calculer la moyenne de ces températures.

  • @jdiogon: non il veut juste dire que la température peut être de 10° à un bout 11° au milieu et 20° à l’autre bout.

    @Boki: C’est peut-être mal expliqué, mais c’est la notion de grandeur intensive qui est importante. Un grandeur intensive est une grandeur qui ne peut pas être moyennée, cela n’a pas de sens.

    Exemple, la tortue va à 1km/h et le lièvre à 9km/h, on ne peut pas dire qu’ils vont tous les 2 en moyenne à 5km/h. Si on leur fait faire une course de 1km, la tortue aura mis 1h et le lièvre 6mn. Ce qui nous donne 2km parcourus en 1h6mn soit 1.8km/h. La moyenne n’a donc aucun sens.

    La température est une grandeur intensive ce qui veut dire que c’est exactement la même chose.

  • Une moyenne de température n’a pas de sens puisqu’une moyenne de température n’est pas une température. Si une moyenne doit être faite, elle doit se faire sur une quantité d’énergie (ici sous forme de chaleur).

  • C’est rare que je critique (de manière négative, je veux dire) un article sur le site, mais là je vais le faire. Je rejoins les deux premiers commentaires : l’article est confus, décousu ; on ne voit pas bien où tu veux en venir. Par exemple, j’ai beau relire plusieurs fois la phrase « Au mieux, une telle moyenne indique… », je ne la comprends toujours pas. Et comme le souligne jdiogon, ce que tu as écrit n’est pas consistent.

    Ensuite, par température moyenne je pense que tout le monde comprend qu’il faut plus prendre ça comme un indice que comme une valeur physique. On l’utilise comme une statistique, ni plus ni moins, et je crois n’avoir jamais vu personne présenter de telles valeurs en dehors d’un contexte statistique.

    Enfin quoi qu’on en dise, l’article est tout de même engagé. Les contributeurs de culture-generale.fr n’ont pas signé de charte de neutralité, mais là le point de vue présenté me semble être trop subjectif pour être dans les colonnes du blog.

  • je trouve moi aussi cet article décousu, et ses arguments sont pour le moins discutables.
    « Globalement, si votre glaçon est à -10°C, c’est que tout morceau de votre glaçon est à 10°C. » -> je serais tenté de dire que c’est idiot comme phrase. Un glaçon est à -10°C au centre, mais sa périphérie en train de fondre est plutôt autour de 0°C !

  • Tu fais la des raccourcis bien abusif.
    Une grandeur intensive n’est pas une grandeur qui a même valeur pour toute partie de ce système, c’est une grandeur qui ne dépends pas de la quantité de matière (le volume est une grandeur extensive).
    Cela n’a donc rien à voir avec la localisation de celle-ci qu’elle soit spatiale ou temporelle. Ainsi la « température moyenne » dont on nous parle est une estimation de la moyenne spatiale et temporelle.
    La température est par nature non uniforme de par la dynamique de l’agitation moléculaire. Seul un hypothétique zéro absolu peut créer cette uniformité. Par ailleurs les théories de la mesure nous affirment que l’on ne peut mesurer qu’une température moyenne.
    Je ne vois donc aucune aberration à ce sujet.
    Pour ce qui est des digressions sur les média et la publicité, je pense que cela dépasse la thématique de l’article et que si ca l’était, la température moyenne serait une donnée annexe.

  • je fais une mise à jour, (et un élagage, mon point de vue va être plus clair – article écrit trop dans la précipitation, je l’avoue)

  • Que la température soit une grandeur intensive signifie simplement que la grandeur ne varie par en fonction de la quantité et donc que si tu mets 1L d’eau à 20C dans 1L d’eau à 20C tu n’auras pas de l’eau à 40C (en revanche tu auras 2L d’eau, le volume étant une grandeur extensive).
    L’intensivité d’une grandeur ne garantit pas non plus son homogénéité. Si tu rajoutes 1L d’eau à 30C dans le litre de tout à l’heure tu auras des zones plus ou moins chaudes, mais en remuant un peu tu trouveras un équilibre autour de… 25C ! Belle moyenne non?
    Et pour finir, le coup de la barre de fer qu’on chauffe à un bout : la température à l’autre extrémité ne dépend que de deux choses, la quantité d’énergie aportée et la conductivité thermique de ta barre (directement liée à sa composition) donc le calcul est parfaitement faisable !

    La prochaine fois essayes de relire tes cours de physique avant de sortir de telles inepties. Merci.

  • Bien. Je savais que cet article allait m’attirer les foudres des lecteurs et des critiques acerbes:
    La température est une grandeur intensive. (Jusque là, tout va bien). C’est à dire que (par définition), la température ne dépend pas de la quantité de matière. Une caractéristique intrasèque est que la température d’un système donné homogène (c’est le mot que j’ai oublié) est la même au sein de toute sous partie de ce système. (cours de 2nd physique-chimie, pour m’être fait botter les derrières un nombre de fois, je m’en rappelle).

    Calculer la température moyenne d’un système non-homogène n’a donc par définition aucun sens puisque la température est une grandeur intensive (donc pour un système homogène), cette « température moyenne » n’est pas intensive. D’ailleurs, on ne peut même pas parler de température car elle n’est pas intensive. Ceci est d’autant plus vrai que le système reste hétérogène en terme de température au cours du temps.

    « La température n’est pas homogène de part la dynamique de l’agitation moléculaire ». Sauf que la température est indicateur de l’énergie cinétique moléculaire moyenne(l’agitation moléculaire autour de sa position moyenne), et qu’étant intensive, est présente la caractéristique d’être partout la même au sein d’un même système (homogène, puisque la température n’a pas de sens pour un système hétérogène). Il semble qu’il y ait une confusion entre l’énergie cinétique, agitation moléculaire et la température.

    « Globalement, si votre glaçon est à -10°C, c’est que tout morceau de votre glaçon est à 10°C. » -> je serais tenté de dire que c’est idiot comme phrase. Un glaçon est à -10°C au centre, mais sa périphérie en train de fondre est plutôt autour de 0°C
    – C’est pour illustrer le concept de grandeur intensive, comme la vitesse: si une voiture est à 100km.h-1, l’ensemble des pièces de la voiture est aussi à 100km. Le glaçon dans mon exemple est considéré comme un système isolé, et donc reste à -10°C. S’il fond, le système n’est pas homogène. Ce qui est mesuré alors au centre est le système pseudo-homogène au centre, et on considère également un système pseudo-homogène à l’extérieur du glaçon.

    Ensuite, lorsqu’on mélange un litre d’eau à 20°C avec un autre litre à la même température, forcément que la température est à 20°C puisqu’il forme un nouveau système homogène par rapport à la température. mettre un litre d’eau à 20°C avec un litre d’eau à 30°C donne 25°C de température, puisque le mélange devient homogène. Mais que dire lorsqu’on met un litre de glace à 0°C avec un litre d’eau à 30°C ? La température moyenne est à 15°C ? Faux, la température de l’eau va d’abord passer à 0°C par transfert thermique de contact, (si ce système est isolé) la chaleur de l’eau liquide étant « utilisée » pour « casser » la glace. Parler de température de moyenne de l’ensemble du système n’a pas de sens puisque le système n’est pas homogène.

    Pour la barre, oui, la température de la barre en son centre est calculable, je n’ai jamais dit le contraire, mais il s’agit pas de la moyenne des températures des deux extrémités de la barre. D’autant plus que le système a des transfert thermique de contact (il n’est pas isolé). Si la barre est à 20°C d’un côté, et chauffée à 40°C de l’autre côté, ce qu’on calcul, c’est la quantité d’énergie (sous forme de chaleur) transmise par rapport au temps et de la conductivité thermique de la barre, et non la température. Par contre, calculer la température au milieu de la barre est calculable, justifiable et réalisable en considérant qu’au point de calcul/mesure, le système est pseudo-homogène.

    En terme de neutralité ou d’engagement, il n’en n’est rien: dire que c’est être engagé de dire qu’une « température moyenne » ne correspond à rien, c’est faire l’amalgame entre entre le débat sur le réchauffement climatique et sur une notion de base scientifique. Par contre, dire que « ça me fait bien chier de devoir me justifier que la température moyenne ne correspond à rien » c’est donner un point de vue, ou dire « l’effet de masse d’Internet ou de tout autre média ne rend en rien quelque chose de faux vrai », c’est une réalité. Entre l’idéologie de l’engagement et le point de vue, il y a qu’en même un gouffre.

    Par contre, si mon article parraissait confus, je m’en excuse. Toutefois, une idée m’amène toujours à une autre, que j’illustre souvent par des expériences personnelles ou des réalités, et débouche en effet sur des digressions (qui là sont clairement mes points de vue), pour terminer les articles. C’est un choix, et ça n’engage que moi. Si vous voulez quelque chose de purement objectif, achetez une encyclopédie (pas wikipédia, vous allez dire que c’est subjectif). Concernant la digression même, j’essayais de mettre en lumière cette notion de « température moyenne » avec le fait qu’on essaye de vous fourguer un truc en manipulant des notions scientifiques (vous avez déjà rencontré des ions ++ ?).

    Merci gregseth. Mes inepties vont bien.

  • Lorsque je lis un article sur ce blog, je me pose la même question à la fin : « qu’est-ce que j’ai appris ? ». Et bien souvent, mon auto-réponse est très enthousiaste, car on apprend vraiment plein de trucs intéressant ici.

    A la fin de ton article, j’ai appris que tu n’aimes pas l’idée de température moyenne, ni le fait que cette notion soit utilisée et diffusée par les médias. Franchement, ça me fait une belle jambe.

    Si tu veux t’exprimer comme tu l’entends tes opinions, pourquoi ne pas ouvrir ton propre blog ? Reconnais que ce genre d’article n’a rien à faire ici. Le but de CG est de partager un petit morceau de connaissance et de curiosité avec les lecteurs, qu’ils soient réguliers ou occasionnels. Je suis désolé d’être aussi péremptoire, mais là on est complètement hors-sujet.

  • Je suis d’accord avec ton dernier commentaire Kae. J’ai toujours trouvé des articles intéressants ici, mais celui-ci me laisse dubitatif.
    Je ne m’y connais vraiment pas en physique/chimie (j’ai des notions de base tout de même), et je ne comprends pas cet article. Je ne dis pas qu’il est mauvais, je suis bien incapable de juger son contenu, mais les mots utilisés ne sont pas expliqués, et il est bien hors de portée de moi pauvre visiteur. C’est dommage.

  • La nouvelle version est plus claire, c’est vrai.
    Et l’exemple de la voiture me parle beaucoup plus que celui du glaçon. En définitive, j’aurai appris ce qu’est une grandeur « intensive ».
    Mais je reste persuadé qu’une moyenne de température est une température :p

  • Je ne te suis pas dans ton dernier commentaire Kae (libre à moi 🙂 ).
    Jyboo a attiré notre attention sur la notion de grandeur intensive et extensive. Il a aussi aiguisé notre esprit critique et au final nous a peut-être poussé à réfléchir sur la notion de température. Personnellement, ce que j’aime surtout trouver sur culture-générale.fr, c’est des sujets des sujets de réflexion.
    Sinon merci jyboo pour ton complément d’explication. Je trouve cependant que tu expliques surtout la notion d’homogénéité d’un système plus que de la température qui s’applique bien souvent à des systèmes hétérogènes.
    La notion d’homogénéité / hétérogénéité dépends beaucoup de l’échelle à laquelle tu observes ton système. D’ailleurs on pourra tout le temps trouver une hétérogénéité dans un système en cherchant bien. Même si on descend à l’échelle atomique, on va être confronté d’une part au principe d’incertitude de la mesure et d’autre part comme tu le dis au fait que c’est un indicateur de l’énergie cinétique moléculaire moyenne.
    A la relecture de tes articles je me demande d’ailleurs si tu ne veux pas dire que la température moyenne est un pléonasme qui ne veut pas dire grand chose car la température est nécessairement une moyenne. Crier des « températures moyenne » sur tout les toits na pas de sens si on ne précise pas de quelle moyenne il s’agit.
    On peut d’ailleurs en ce sens arranger les choses en fonction de son discours. Ce que l’on peut aussi critiquer, c’est la mise en avant des « pics de température ». Ce sont des valeurs d’esbroufe pour amuser la galerie. Elles n’ont pas de sens et ne sont jamais utilisé dans les calculs météorologiques. Jamais on ne pourra faire de statistiques valables avec ces données.
    Ne t’inquiète pas pour l’idéologie, je trouvais juste que le ton de l’article était un peu emporté par rapport aux habitudes du forum.
    Merci pour ta contribution, c’est bien de poster des articles quoi qu’on en dise.

  • +1 Boki. L’exemple de la voiture est très parlant, et je comprends ce qu’est une grandeur intensive. Par contre je ne comprends toujours pas pourquoi la température est intensive…

  • La température ne respecte pas la grande loi de axe: « Plus t’en mets, plus t’en as » 🙂
    La température est le rapport entre une Énergie (agitation des électrons de l’atome) et une quantité de matière (un atome). Quand on multiplie la quantité de matière, la quantité d’énergie totale augmente.
    C’est pour cela que pour augmenter la température d’un objet, plus l’objet est lourd, plus il faut apporter d’énergie pour le chauffer. Plus une pièce est grande, plus votre radiateur électrique doit marcher longtemps pour la réchauffer.
    Ce n’est pas la température qui est extensive mais la quantité d’énergie que représente l’agitation des particules.
    La température étant un rapport entre deux grandeurs extensive, elle est par définition intensive.

  • En effet, la moyenne d’une grandeur intensive est bien une absurdité. Par exemple, la masse volumique moyenne d’un objet constitué de deux parties A et B n’est en rien une moyenne de la masse volumique de la partie A et de celle de la partie B, quelque soit la pondération.

    A partir du moment où, avec une grandeur intensive, on fait une somme (et c’est bien le cas dans le calcul d’une moyenne arithmétique), on est dans un non-sens.

    A plus forte raison pour la température « moyenne ». La température est une grandeur complexe, qui doit tenir compte de la nature des échanges (adiabatiques ou non) entre les composantes du système étudié. Or les reconstitutions effectuées pour aboutir à l’évolution de la « température globale » commettent bien ce genre d’erreur: moyennes spatiales (selon la localisation) mais aussi temporelles (ainsi, la température moyenne quotidienne est assimilée à (Tmax+Tmin)/2 !) C’est d’une absurdité totale.

  • Juste pour précision, la moyenne d’une grandeur intensive n’est pas forcément une absurdité et notemment les moyennes temporelles. Une vitesse moyenne sur un trajet a tout un sens, si tu roules 10 minutes à 60 km/h puis 10 à 40, tu auras bien une vitesse moyenne de 50 km/h.

    Pour la température également, la température du sol à quelques mètres de profondeur est (si pas égale du moins) proche de la température moyenne anuelle de la surface.

  • @Vidac: La vitesse moyenne sur un trajet a bien sur tout son sens mais ce n’est pas la moyenne des vitesses. On est obliger de se ramener a des grandeur extensive pour la calculer. 10min à 60km/h et 30 min à 40 km/h donne une vitesse moyenne de 45 km/h. Pour le calculer il faut indirectement que tu calcule la distance parcouru. Certes tu peux dire que tu fait une moyenne pondéré mais c’est une manière indirecte de tenir compte de données extensives.
    Pour ce qui est de la température du sol, Je ne comprends pas de ton « également ». Sa stabilité est du à l’isolation que procure la profondeur. Je ne vois cependant pas le rapport avec le reste.

  • Je vais évoquer un autre aspect : D’un cote les média usent de leur pouvoir mais ils n’ont jamais possédé que l’emprise qu’on leur laisse ! Et puis il est possible que des scientifiques aient pense la même chose de la moyenne et aient tente de la rendre la plus correcte possible…
    Maintenant ceux qui disent qu’on se prend le chou pour rien ont raison car la question de la bonne présence de ce billet n’appartient pas a une science exacte :
    Ceux qui trouvent que ça pousse a réflexion peuvent en profiter, et les autres, l’ignorer sans que ça leur coûte trop cher.
    D’un certain point de vue c’est pas l’endroit pour crier au loup, contre la propagande. Mais d’un autre point de vue, ou^ peut-on tenter de toucher des esprits humains capables d’être critiques ? …

    Ca fait un peu forum la’ ^^ !

  • Pour mettre un terme aux discutions sans suite,un petit lien instructif pour tous.
    Température dans un système hors équilibre et non homogène,garder la substance des choses.
    La conclusion de l’article du CNRS est on ne peut plus explicite.
    Température et sens physique.
    « Pourtant, la compréhension de leurs domaines de validité dans une situation
    plus réaliste reste un problème ouvert et difficile à valider. »
    (…) » Ce sujet de recherche est très actif, mais un travail important est encore nécessaire pour déterminer les limites de validité de l’idée d’Edwards »
    Cordialement à toutes et tous.

    http://www.cnrs.fr/publications/imagesdelaphysique/couv-PDF/IdP2006/10_Temperature.pdf.

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