James Clerk Maxwell (1831-1879)

James Clerk Maxwell (1831-1879)
Physicien britannique né le 13 juin 1831 à Édimbourg (14, India
Street) et mort à Cambridge le 5 novembre1879.
Descendant d'une famille de nobles écossais, son père,
presbytérien est avocat, alors que sa mère, Frances Cay, qu'il
perd dès l'âge de 8 ans, est disciple de l'Église épiscopale.
Sitôt sa naissance, ses parents emménage un domaine familial à
Glenlair en pleine campagne.
Il fait ses études secondaires à l'académie d'Edimbourg où il se
lie avec Lewis Campbell qui sera son confident et biographe.
Accoutré bizarrement, il détonne avec des vêtements confectionnés par son père. Ces
camarades le traite de "demeuré". L'élève médiocre se révèle brillant.
En 1846, il publie son premier article, sur le tracé géométrique des ovales qui est lu à la Royal
Society d'Edimbourg ; il n'a que 15 ans…
En 1850, après deux ans passé à l'université d'Édimbourg, il entre au Trinity College de
Cambridge.
En 1855, il est nommé membre du Trinity College et est nommé professeur au Mariscal
College d'Aberdeen puis au King's College de Londres.
De 1856 à 1859, il enseigne la physique au collège Marischal d'Aberdeen et épouse en 1858,
la fille du Principal du collège d'Aberdeen, Katherine Mary Dewar, de 7 ans plus âgée que
lui ; ils n'auront pas d'enfant.
En 1860, il est appelé à Londres au King's College et reçoit de la Royal Society la médaille
Rumford pour ses travaux sur les couleurs. Il est élu membre l'année suivante.
Chez lui avec sa femme, il installe un laboratoire et mène des études sur la vision colorée
(Katherine présente une déficience de pigment jaune de la rétine). Il est l'inventeur en 1861 de
la première photo en couleur.
En 1865, Maxwell abandonne la vie académique et se retire sur ses terres d'Écosse (dans la
maison de Glenlair que son père lui a laissée après son décès en 1856). Durant 6 ans, il rédige
son "Traité d'électricité et de magnétisme".
Il revient en 1871 à l'université et est nommé professeur de physique expérimentale à
Cambridge. Là, il conçoit et développe le Cavendish Laboratory grâce à des fonds accordés
par le septième duc de Devonshire, qui était apparenté à Henry Cavendish.
Le laboratoire sera inauguré en juin 1874, il y instituera le climat psychologique et le style de
travail qui en feront l'un des principaux foyers mondiaux de la recherche scientifique.
Mais durant toute sa vie, Maxwell professa aussi le plus vif intérêt pour les questions
philosophiques et religieuses sans toutefois y apporter de contribution originale.
Il meurt le 5 novembre1879, à 48 ans, affaibli par un cancer de l'abdomen ; il a enseigné
jusqu'au bout.
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Son œuvre :
Premiers travaux
Dès 1855, Maxwell rédige un mémoire qui prolonge les travaux de Faraday.
En 1857, un essai, consacré au mouvement des anneaux de Saturne, lui vaut le prix Adams de
l'université de Cambridge. Il émet l'hypothèse qu'ils sont constitués de particules
indépendantes. Les anneaux ne sont ni fluides ni solides.
Maxwell fait des expériences sur le mélange des couleurs.
D'après Newton, la lumière blanche, était composée de 7
couleurs. Young avait découvert que l'œil n'était sensible
qu'à trois couleurs, le rouge, le vert et le violet alors que
pour Brewster, il s'agissait du rouge, du jaune et du bleu.
Helmholtz distinguait entre mélanges pigmentaires
(Brewster) et mélanges de radiations (Young).
Maxwell avec ses expériences conclut que la perception
chromatique est assurée par le jeu de trois couleurs
primaires, le rouge, le vert et le bleu. Réalisant la première
photographie en trichromie (par projection des radiations
primaires à travers trois plaques en noir et blanc), il pose les
bases théoriques de la reproduction des couleurs (1861).
Théorie cinétique
Dans les années 1860-1865, Maxwell travaille sur la théorie cinétique des gaz.
En 1859, Clausius introduit le concept de libre parcours moyen, qui pouvait justifier qu'une
molécule se déplaçât avec sa vitesse théorique durant un bref laps de temps avant une
collision.. Il était accepté à l'époque que toutes les molécules gazeuses se déplaçaient, dans
une enceinte, toutes à la même vitesse, qui était fonction de la température.
Maxwell suppose que l'on doit prendre en compte une distribution des vitesses moléculaires.
Soumettant au calcul les vitesses, les libres parcours moyens et les fréquences de collision,
Maxwell donne une justification de l'hypothèse d'Avogadro et d'Ampère.
En 1866, il montre que la viscosité d'un gaz est indépendante de sa densité et qu'elle varie
avec sa température absolue. Maxwell établit que la seconde loi de la thermodynamique
(William Thomson) n'a qu'une validité statistique. Cette « loi » expose l'impossibilité
d'obtenir du travail d'une quantité de matière ayant une température inférieure à celle du
milieu ambiant ; elle ne serait pas fondée si les molécules étaient séparées individuellement
par l'intervention d'un hypothétique agent conscient (démon de Maxwell).
Théorie électromagnétique
En 1863, Maxwell collabore à la détermination d'une unité absolue de résistance électrique,
c'est le début de ses relations avec William Thomson (lord Kelvin).
Il compose une théorie, inspirée des modèles de Faraday, à laquelle il impose une forme
mathématique. Maxwell suppose qu'une variation du champ magnétique crée un courant et
réciproquement, qu'un courant électrique produit un champ magnétique.
Les équations de Maxwell impliquent une vitesse de propagation qui est une grandeur finie,
dépendant de deux propriétés du milieu : la constante diélectrique et la perméabilité
magnétique.
Son autre titre de gloire est sa théorie électromagnétique de la lumière (1865, qu'il développe
en 1873). L'égalité entre la vitesse de la lumière et la propagation d'un ébranlement
électromagnétique, qui en résulte, devait bientôt être vérifiée.
Les ondes impliquées par les équations de Maxwell possèdent nombre de propriétés
ordinaires de la lumière ; en outre, elles permettent d'interpréter maints phénomènes optiques
jusqu'alors inexpliqués (propriétés ondulatoires transversales, polarisation, réflexion
métallique, …).
On lui doit encore la découverte de la magnétostriction.
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Contribution aux unités de mesure :
Le maxwell (Mx) est une unité de flux d'induction magnétique qui vaut 10-8 weber.
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Les ancêtres de Maxwell
Maxwell habitait Glenlair, dans le comté de Galloway, là où en
1593, Lord Maxwell, 7 e du nom, affronta avec 2000 hommes,
les Johnstone moins nombreux mais mieux armés. Lord
Maxwell fut décapité après qu'on lui eut tranché la main alors
qu'il demandait un armistice. Son fils se vengea plusieurs
années plus tard et fut banni du royaume. Il erra en France et
revint en Écosse pour y être décapité. Les Maxwell épousèrent
la cause perdue des Stuart.
James possédait même une horloge qui avait orné la chambre
de Mary Queen of Scots dans laquelle elle passa ses 2 dernières
années.
Maxwell portait également le nom des Clerck, qui de vieille noblesse et propriétaires terriens
(aujourd'hui encore les Clerck possèdent un des domaines les plus grands du sud
d'Edimbourg). Après la mort de la reine Anne, l'ancêtre de Maxwell, qui porte le nom de
Clerck of Penicuick, sera un supporter zélé et efficace de la maison de Hanovre. Les Clerck
envoyèrent leurs garçons faire des études à l'étranger. Amateur d'art et de sciences,
diplomates, les Clerck prospérèrent tout au long du XVIIIe siècle.
L'union de William Clerck et d'Agnès de Maxwell Middlebie aboutira 5 générations plus tard
à James Clerck-Maxwell de Middlebie.
Quelques portraits …
Vers 6 ans…
Katherine Mary Dewar,
sa femme et lui-même.
Sources :
- Encyclopædia Universalis ;
- Encyclopédie Larousse/Bordas ;
- Les cahiers de Sciences & Vie n°17 et 67.
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Cette page est extraite d'un site concernant les unités de mesure dont l'adresse est :
http://www.utc.fr/~tthomass/Themes/Unites/index.html