Quelle est la température de l'Espace?...

        Il faut dire que tout cela est bien confus: on peut lire parfois qu'un astronaute sur la Lune, face au Soleil, a son ventre à 150°C et son dos à -150°C. Comment se fait-il qu'au même endroit, on ait deux températures aussi extrêmes?

        Pour mesurer une température, il faut... un thermomètre. C'est bon, tout le monde suit. Supposons que ce soit un thermomètre standard, avec son petit réservoir de liquide qui se dilate s'il fait chaud. Plongeons le dans un verre d'eau chaude. Comment le thermomètre "sait-il" qu'il fait chaud, et qu'il est censé réagir et indiquer quelque chose?... Ou bien, comment l'information "température" est-elle transmise à notre sonde? Observons la vie cachée des thermomètres:

L'eau étant au début plus chaude que le thermomètre, réchauffe celui-ci, ce qui augmente sa température. Mais réchauffer un objet, c'est lui fournir de l'énergie. Si le mot "énergie" est un peu flou pour vous, voyez ici. Dans notre cas, le transfert s'effectue par collisions des molécules rapides du liquide chaud, qui agitent progressivement les molécules du thermomètre froid. Un équilibre finit par s'établir: si le thermomètre se réchauffe, c'est que l'eau se refroidit (elle perd de l'énergie). Il est donc difficile de mesurer la température de l'eau, puisque mesurer, c'est perturber... On aura vraiment la température du liquide, s'il y en a assez pour que l'on puisse négliger la baignade du thermomètre. Lorsque l' équilibre thermique est réalisé, il n'y a plus d'échange d'énergie entre l'un ou l'autre puisque les deux objets sont à la même température. On suppose ici que l'air de la pièce ne vient pas mettre son grain de sel en tentant de refroidir l'ensemble...

            Puisqu'on en est là et que vous avez sûrement envie de savoir comment fonctionne un frigo (si, si, ne niez pas...), parlons-en une seconde:

C'est l'été, la cuisine est chaude, la carotte qui arrive dans le frigo aussi. Refroidir la carotte ne consiste pas à lui donner du froid, mais à lui retirer du chaud! Il faut bien comprendre que la chaleur, c'est de l'agitation moléculaire: refroidir un matériau, c'est ralentir ses molécules, donc, leur prélever de l'énergie. Mais cette chaleur volée à la carotte doit bien être évacuée, elle ne peut pas disparaître sous le tapis. On la retrouve donc dans la cuisine, qui se réchauffe. Refroidir une carotte, c'est réchauffer une cuisine. Et si vous méditez sur les climatiseurs, vous verrez vite que refroidir une pièce, c'est réchauffer l'air extérieur, ce qui peut présenter un côté un tantinet égoïste, non?...

            Sauf que maintenant, vous vous demandez comment ils font passer la chaleur de l'intérieur du frigo à l'extérieur (avec vos questions, on ne saura jamais s'il fait chaud dans l'espace...)

Vous savez peut-être déjà que pour évaporer un liquide, il faut lui fournir de l'énergie (la chaleur), c'est d'ailleurs pour ça que vous frissonnez en sortant du bain. C'est ce principe qui est utilisé: un liquide facilement évaporable (souvent du butane, de l'ammoniac...) se détend (il se dilate, sa pression baisse, il ne prend pas forcément du bon temps...) et consomme donc de la chaleur de l'intérieur du frigo en se transformant en gaz. Il la cèdera à l'extérieur lors de sa recompression.

            Bon, ça y est? On peut passer à l'espace?...

            Ah, quand même! Sortons notre thermomètre dans le vide de l'espace. Qu'est-ce qui pourrait lui fournir de l'énergie? C'est désertique, pas de matière autour de lui, donc, pas de collisions de molécules ou d'atomes. Mais il y a de la lumière venant du Soleil, c'est de l'énergie de rayonnement. Le thermomètre va donc aussi se mettre en équilibre: recevant de l'énergie sur une face, en dissipant de l'autre côté. Qu'indiquera t-il? Je n'en sais rien! Ca dépend du thermomètre et de sa capacité à absorber de l'énergie par rayonnement... Imaginez en un très réfléchissant, il indiquera une très basse température, un autre au contraire très absorbant, et il chauffera très fort. Les résultats de mesures peuvent donc être très disparates. Vous avez peut-être perçu ce genre de situation en haute montagne: dès qu'il y a du Soleil, il fait chaud, mais au moindre nuage, la chute de température est très nette, alors qu'au niveau de la mer, c'est moins sensible. En altitude, la quantité de gaz présent est en effet plus faible (plus faible pression) et donc le chauffage par rayonnement prend une part plus importante, au détriment du chauffage par contact matériel.

            Cela vous laisse peut-être sur votre faim... Mais si l'on imagine un thermomètre parfaitement absorbant, très loin de toute source solaire ou stellaire, il indiquerait tout de même une valeur fixe, qui a été évaluée justement à partir du rayonnement global mesuré: ce serait environ 2,7K ou pas loin de -270°C, ce qui est la plus basse température naturelle régnant dans l'espace. Cette température de rayonnement est tout ce qu'il reste de l'inondation d'énergie des premiers instants de l'Univers, du "Big Bang". Aujourd'hui, quinze milliards d'années plus tard, celui-ci est très refroidi, car l'énergie s'est beaucoup diluée du fait de son expansion.

            Je suis certain que vous n'auriez jamais cru qu'il puisse exister un lien entre une carotte au frigo et le Big-Bang...