Thomson William - Lord Kelvin

William Thomson, mieux connu sous le nom de Lord Kelvin, (Belfast, 26 juin 1824 - Largs, 17 décembre 1907), 1er baron Kelvin, est un physicien britannique d'origine irlandaise reconnu pour ses travaux en thermodynamique.

Une des innovations de Kelvin est l'introduction d'un « zéro absolu » correspondant à l'absence absolue d'agitation thermique et de pression d'un gaz, dont il avait remarqué les variations liées selon un rapport linéaire. Il a laissé son nom à l'échelle de température, dite absolue, ou température « thermodynamique », mesurée en kelvins.

Travaux et recherches

Deuxième principe de la thermodynamique

Le deuxième principe de la thermodynamique possède un énoncé historique, dit de Thomson :

« Soit un cycle monotherme. Il ne peut être moteur. »

Cela interdisait l'hypothèse des moteurs perpétuels de deuxième espèce, dont l'image classique présentée aux étudiants est la suivante : la mer à 15 °C est un réservoir potentiel d'énergie fantastique, si on pouvait en tirer un travail : un navire avancerait ainsi, laissant derrière lui un sillage d'eau plus froide. Mais cela est interdit en vertu de ce deuxième principe.

Électricité

Ces mêmes études lui permirent d'étudier la conduction électrique des câbles sous-marins : il est promoteur de la grande construction du premier câble transatlantique.

En revanche, il se heurta aux études de Maxwell sur l'éther : il se refusait à l'idée d'une propagation « transverse », sans propagation « longitudinale », dans ce milieu.

Son étude de l'influence de la température sur la conduction électrique lui permit également de découvrir l'effet Thomson, ainsi que la relation entre l'effet Peltier et l'effet Seebeck, à la base de la thermoélectricité.

Il est également l'inventeur d'un mécanisme simple et bon marché de production d'électricité statique par influence, nommé le Replenisher.

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Mécanique

On retrouve sa trace dans nombre de théorèmes dits de Thomson, où le théorème de Stokes intervient. Ses mémoires contribueront beaucoup à l'épuration de la théorie des vortex, dont sortira, comme un joyau, l'analyse vectorielle de Gibbs (1839-1903) : les vecteurs sont si familiers de nos jours que cela est un peu occulté. Atomiste, il eut une vision originale de la théorie des atomes à base de nœuds, vortex et quaternions, théorie remarquable, mais sans issue.

Il a aussi construit un des premiers calculateurs analogiques, un prédicateur de marées mécanique appliquant les principes de l'analyse harmonique.

Âge de la Terre

Ses études de la conduction thermique lui firent trouver, vers les années 1850, un temps de refroidissement de la Terre qui, sans conforter les études bibliques, était néanmoins incompatible avec les travaux de Charles Lyell (1797-1875), fondateur des « couches géologiques ». En effet, la théorie de Lyell suggère que la Terre a été façonnée lentement sur une très longue période de temps par des forces toujours existantes.

Or, Lord Kelvin aboutit à un temps bien trop court pour être en accord avec les travaux de Lyell. De ce fait, il fut mal considéré par les pro-darwiniens. Ses études, basées sur le refroidissement de la Terre et sur le gradient de température constaté dans les profondeurs, donnent une fourchette se situant entre 24 et 400 millions d'années. La méconnaissance à cette époque de l'énergie radioactive est souvent considérée comme la cause de l'erreur de Kelvin, mais elle est en fait due au transfert thermique interne dans le manteau par convection, alors que Kelvin avait présumé un transfert de chaleur par conduction thermique.