Yahoo Actualités Quand la chaleur met les savants en ébullition
Est-ce un fluide invisible ou une propriété de la matière ? Pendant plus d'un siècle, les physiciens tentent de percer le mystère de la chaleur. Avant de comprendre, à partir de 1860, qu'elle résulte de l'agitation des molécules.
Cet article est issu du magazine Les Indispensables de Sciences et Avenir n°212 daté janvier/ mars 2023.
Demandez à vos proches : "qu'est-ce que la chaleur ?" Ils vous répondront sans doute "température" : la mesure, donc, d'une propriété reliée à la chaleur, mais qui n'est pas celle-ci. Mais quelle est donc, alors, sa nature ? Elle resta longtemps un mystère. "Contrairement à ce qui s'est passé dans d'autres domaines, l'application industrielle a précédé la compréhension, reconnaît Emanuel Bertrand, maître de conférences à l'ESPCI Paris-PSL. On s'est d'abord posé la question de la possibilité de transformer la chaleur en énergie mécanique."
La première machine à vapeur industrielle est due à l'ingénieur anglais Thomas Newcomen, qui l'utilise dans les mines de charbon en 1712 pour évacuer l'eau stagnante des galeries souterraines. L'ingénieur écossais James Watt améliore son rendement entre 1763 et 1769, ouvrant la voie à la révolution industrielle. On sait donc alors utiliser la puissance motrice de la chaleur… sans encore la comprendre. Mais la connaissance du concept finira par suivre.
Le chimiste français Antoine Lavoisier, dans son traité de 1770, affirme que la chaleur est due à un fluide invisible et sans masse, le calorique, qui circule entre les molécules et peut passer d'un corps à un autre tout en se conservant. Sur cette base, l'ingénieur français Sadi Carnot, sans le formaliser mathématiquement, conclura en 1824 que le rendement d'une machine à vapeur dépend uniquement de la différence de température entre les réservoirs chaud et froid : plus celle-ci est élevée, plus le transfert de chaleur sera important. Il invente alors ce que Rudolf Clausius appellera en 1850 le second principe de la thermodynamique, terme forgé par William Thomson, le futur Lord Kelvin, l'année précédente : "Toute transformation d'un système thermo-dynamique s'effectue avec augmentation de l'entropie globale [le degré de désorganisation]".
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