Sir William Thomson, Lord Kelvin (1824- 1907)

Sir William Thomson, Lord Kelvin (18241907)
Physicien britannique né à Belfast (Irlande) le 26
juin 1824 et mort à Netherhall, Ayrshire (Écosse),
le 17 décembre 1907.
William Thomson, second d'une famille de
8 enfants, d'origine écossaise, naît à Belfast en
Irlande, le 26 juin 1824. Ses parents avaient émigré
d'Écosse pour fuir les persécutions religieuses.
Il n'a que 6 ans lorsque sa mère meurt. Son père,
James Thomson, professeur de mathématiques à la
Royal Academical Institution de Belfast, lui
enseignera une instruction secondaire le dispensant
d'école.
En 1832, il part pour l'Écosse où son père est nommé professeur à l'Université de Glasgow.
Enfants remarquablement doués, son frère aîné James, et lui-même entrent à l'Université de
Glasgow, dès l'âge respectif de 12 et 10 ans. William y demeurera intimement lié durant toute
sa vie.
En 1840, au cours d'un séjour en Allemagne pour apprendre la langue, il découvre le travail
de J. Fourier sur la physique mathématique, abandonnant complètement son objectif initial.
En 1841, il est admis au collège Peterhouse de Cambridge, où il reçoit, en 1845, le grade de
"Second Wrangler" derrière Parkinson mais gagne le prix Smith devant Parkinson.
Il montre une telle aptitude à la musique qu'il devient président de la société musicale de
l'université.
En 1846, il vient quelque temps à Paris, auprès de Henri Regnault, pour développer ses
aptitudes au travail de laboratoire.
De retour à Glasgow, il est nommé professeur de sciences physiques à l'Université, fonction
qu'il occupera jusqu'en 1899.
C'est à Cambridge qu'il se noue d'amitiés avec George Gabriel Stokes. Il commence à publier
des mémoires avant même d'avoir obtenu son premier grade. Il rencontre James Joule et
poursuit avec lui une collaboration fructueuse. Il se déplace souvent entre Glasgow et Londres
comme membre assidu de maintes sociétés officielles et de savants.
En 1851, il publie ses travaux qui mènent à la deuxième loi de la thermodynamique et
soutient l'équivalent mécanique de son ami Joule.
La même année, il devient membre de la Royal Society ; il en sera le président de 1890 à
1895. Il fut élu dans la plupart des principales Académies savantes du monde entier.
Il reçoit la "Royal Medal" de la Royal Society en 1856.
En 1858, il est employé comme conseiller scientifique lors de l’installation du câble
télégraphique de l’Atlantique.
Il est fait "sir" en 1866 et élevé en 1892 à la pairie sous le titre de baron Kelvin of Largs.
Il est élu président de la "British Association for the Advancement of Science" en 1871.
Il sera à la tête de la "Royal Society of Edinburgh" de 1873 à 1878, puis de 1886 à 1890 et
enfin de 1895 à sa mort.
Il est lauréat de la "Copley Medal" de la Royal Society en 1883.
Il appartient à la première promotion de l'Order of Merit en 1902.
Il meurt à Glasgow, le 17 décembre 1907 et est inhumé à l'Abbaye de Westminster, au côté
d'Isaac Newton.
______________________________________
Ces travaux concernent différentes branches de la physique.
Il a écrit plus de 600 articles scientifiques et déposé 70 brevets entre 16 et 83 ans.
L'électricité
Il donne, en 1851, une forme mathématique aux conclusions de Faraday sur l'électrolyse,
fondant son interprétation sur des notions thermodynamiques. Deux ans plus tard, il aborde le
domaine de la nature oscillatoire des décharges électriques, dont l'exploration sera poursuivie
par J. Maxwell et complétée par H. Hertz. Durant ses recherches, Thomson insiste sur la
nécessité de s'accorder sur la définition d'unités électriques ; W. Weber avait montré, en 1852,
comment les grandeurs électriques pourraient être rapportées à des unités absolues. En 1861,
un comité de la British Association est commis pour élaborer un standard commode de
référence ; Thomson propose une méthode fondée sur la rotation d'une bobine autour d'un axe
vertical dans le champ magnétique terrestre. Il en résulte la définition du premier système
complet d'unités électriques de référence.
À la suite de l'invention du télégraphe électrique par Wheatstone et Cook, on s'interrogea sur
la possibilité d'immerger des câbles télégraphiques avec, en dernier ressort, l'objectif d'une
liaison transatlantique. Thomson étudie alors la théorie de la transmission des signaux dans de
tels conducteurs, et montre que le câble doit être considéré comme un énorme condensateur,
dans lequel le retard d'un signal, dû au délai non négligeable pour obtenir un potentiel
détectable, est proportionnel au produit de la résistance du conducteur de cuivre par la
capacité du câble. Pour les vitesses des services demandés aux câbles, les solutions proposées
par Thomson se révèlent satisfaisantes durant de longues années, c'est-à-dire le choix d'un
cuivre extrêmement pur, ayant donc une très grande conductivité, gainé dans un matériau de
très basse capacité inductive spécifique, connecté à des instruments enregistreurs d'une
extrême sensibilité, qui ne sont autres que des dispositifs inventés par Thomson, le
galvanomètre à miroir (1851) et le siphon enregistreur. Au nombre de ces inventions figure
aussi l'électromètre à quadrants qui porte son nom et se distingue par sa sensibilité pour les
basses tensions.
La thermodynamique
Après la dissertation de S. Carnot sur la chaleur et les travaux expérimentaux de J. Joule, la
première loi de la thermodynamique peut être explicitée, et, en 1850, R. Clausius pose pour
principe que la chaleur ne peut d'elle-même passer d'un corps froid à un corps chaud.
Thomson systématise toutes ces idées dans une théorie générale de la thermodynamique
(1851).
D'une particulière importance est le traitement par Thomson des échelles thermométriques.
Celles qui sont rattachées à des corps concrets, comme le mercure et les gaz à pression
constante ou à volume constant, sont disparates et tributaires du comportement « non idéal »
de la matière. Thomson montre qu'en se fondant sur le système de Carnot, il est possible de
définir une échelle opératoire de température, indépendante des propriétés du système mis en
œuvre (à l'instar de la machine thermique théorique de Carnot).
Ainsi fut construite l'échelle thermométrique « absolue » ou graduation Kelvin. En apportant
des corrections au comportement d'un gaz réel, pour tenir compte de l'énergie potentielle
interne, il devient possible de référer tel thermomètre à gaz particulier à l'échelle absolue.
C'est en vue de calculer ces corrections que Thomson collabore, de 1852 à 1862, avec Joule, à
l'étude de la diffusion des gaz au travers de diaphragmes poreux. Ils découvrent l'effet JouleThomson (1852 - refroidissement provoqué par la détente des gaz, principe appliqué dans les
réfrigérateurs)
Enfin, on doit encore citer à l'actif des contributions de Thomson à la thermodynamique :
– la première interprétation des phénomènes thermoélectriques et notamment de l'effet
Seebeck ;
– la loi exprimant la modification des tensions de vapeur à l'état d'équilibre, en fonction de
la tension superficielle et du rayon des gouttelettes (brouillard, germination...) ;
– la conception de la pompe à chaleur et les méthodes d'économie d'énergie et de
climatisation.
Contributions diverses
Dans le domaine du magnétisme, on doit à Thomson des perfectionnements du compas de
marine, dont il réduit les dimensions, et auquel il adjoint des moyens de compensation relatifs
au magnétisme, tant permanent qu'induit, des coques de fer.
En mécanique, il se signale par sa théorie du gyroscope et, en hydrodynamique, il étudie le
mouvement des fluides en rotation, développant, en 1867 plus particulièrement, les recherches
de H. von Helmholtz sur les tourbillons. Des expériences lui suggèrent l'idée d'une théorie de
la matière qui ne se révèle pas aussi féconde qu'il l'avait espéré.
Parmi plusieurs contributions à l'art nautique, il y a lieu de noter l'invention d'une machine à
sonder les fonds marins, fondée sur l'étude théorique du comportement d'une longue ligne
dans l'eau (1872), et son perfectionnement des méthodes de calcul des positions en mer. Il se
consacre aussi à l'étude des courants et construit un analyseur pour la prédiction des marées.
En 1876, il invente le premier dispositif mécanique d'intégration des équations différentielles.
Sa publication la plus volumineuse est un traité de Sciences Naturelles, écrit en collaboration
avec P. G. Tait (1831-1901), dont seul parut le premier tome. Au cours d'une longue carrière,
féconde pour la physique, William Thomson écrivit surtout pour ses pairs, et ce sont eux qui
peuvent apprécier toute la valeur de son œuvre.
Toutefois son évaluation de l'âge de la Terre, compris entre vingt millions et deux cents
millions d'années, suscita de vives controverses car, bien inférieure à la durée supputée par les
géologues et les évolutionnistes. T. H. Huxley mena la contestation contre les thèses de
Thomson, jusqu'à ce que les découvertes modernes touchant à la radioactivité et à l'énergie
nucléaire missent un terme au débat.
______________________________________
Anecdotes :
Le nom de Kelvin est immortalisé par la célèbre marque de réfrigérateur appelée Kelvinator.
Ce grand savant nous a malgré tout laissé quelques bourdes…
"Le vol des machines plus-lourd-que-l'air est impossible." (1895)
"Tôt ou tard, on découvrira que les rayons X ne sont qu'un immense canular."(1897)
"Il n'y a plus rien à découvrir en physique aujourd'hui, tout ce qui reste est d'améliorer
la précision des mesures." (1900)
______________________________________
Le kelvin (K) est l'unité légale d'indication de température. L'échelle kelvin est identique
l'échelle Celsius avec un décalage de 273,15 degrés. (0 K = -273,15 °C)
Azote liquide :
77 K ou -176°C
Glace fondante : 273 K ou
0°C
Eau bouillante : 373 K ou 100°C
______________________________________
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