Dernière mise à jour : 2026-07-01

Comprendre la loi de Charles

La loi de Charles décrit comment une quantité fixe de gaz se dilate lorsqu'elle est chauffée et se contracte lorsqu'elle est refroidie, tant que la pression reste constante. C'est l'une des lois simples des gaz qui, réunies, mènent à la loi des gaz parfaits, et elle traduit un effet familier : l'air chaud occupe plus de place que le même air froid.

La formule de la loi de Charles

À pression constante, le volume d'un gaz est directement proportionnel à sa température absolue. En réarrangeant, on peut résoudre pour n'importe laquelle des quatre grandeurs :

Toujours utiliser la température absolue

La loi est une proportionnalité directe et n'est donc valable que sur une échelle de température qui commence à un vrai zéro. Les échelles Celsius et Fahrenheit placent leur zéro de façon arbitraire, si bien que leurs rapports n'ont pas de sens physique : chauffer un gaz de 10 °C à 20 °C ne double pas son volume, même si le nombre en Celsius double.

L'échelle Kelvin commence au zéro absolu (−273,15 °C), donc doubler les kelvins correspond à un vrai doublement du volume. Convertissez chaque température en kelvin avant d'appliquer la loi : $T(\text{K}) = T(^{\circ}\text{C}) + 273{,}15$. Ce calculateur accepte les degrés Celsius ou Fahrenheit et effectue la conversion en kelvin avant de calculer le rapport.

Exemple résolu

Un ballon contient 2,0 L d'air à 27 °C. On le sort par temps froid et il refroidit jusqu'à −23 °C. Quel est son nouveau volume à la même pression ?

Convertissons d'abord les deux températures en kelvin : 27 °C = 300,15 K et −23 °C = 250,15 K. Puis appliquons la loi :

Le ballon se réduit à environ 1,67 L. Le rapport 250,15/300,15 vaut environ 0,83, si bien que le volume diminue d'environ 17 %, la même fraction que la baisse de température absolue.

Où apparaît la loi de Charles

• Un ballon laissé dans une voiture froide paraît dégonflé, puis regonfle en se réchauffant à l'intérieur.
• Le pain et les gâteaux lèvent en partie parce que le gaz emprisonné se dilate sous la chaleur du four.
• Une montgolfière s'élève parce que chauffer l'air enfermé le dilate et abaisse sa densité par rapport à l'air ambiant.

Tous se produisent à pression quasi constante, ce qui fait de la loi de Charles la description appropriée.

La loi de Charles et les autres lois des gaz

La loi de Charles est le cas particulier à pression constante de la loi combinée des gaz, $P_1 V_1 / T_1 = P_2 V_2 / T_2$. Avec $P_1 = P_2$, les termes de pression s'annulent et il reste $V_1/T_1 = V_2/T_2$. La loi de Boyle est le cas à température constante et celle de Gay-Lussac le cas à volume constant. Pour un problème où la pression varie aussi, utilisez le Calcul de la loi combinée des gaz ; pour une grandeur absolue comme le nombre de moles, le Calcul de la loi des gaz parfaits.