2 - LES MULTIPLES VISAGES DE L’ÉNERGIE
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ENERGIE MÉCANIQUE
Même en ce qui concerne la dynamique de processus non-dissipatifs comme les
mouvements des astres, les oscillations d’un pendule non-amorti, les chocs élastiques de solides idéaux ou la dynamique de fluides non-visqueux, la notion d’énergie mécanique, grandeur conservative, n’est apparue clairement qu’au milieu du
XIX
e siècle. De tels processus sont caractérisés par l’évolution des variables décrivant les positions des divers éléments du système. Isaac NEWTON (1642-1727)
trouva entre 1665 et 1667 les équations qui régissent cette évolution ; il les publia
en 1687 dans ses Philosophiæ naturalis principia mathematica. La conservation, au
cours du temps, de la quantité de mouvement fut reconnue très tôt par Christiaan
HUYGENS, physicien et astronome (La Haye 1629-1695), mais il fallut plus d’un siècle
pour montrer que les équations du mouvement conservaient aussi une autre grandeur, l’énergie.
Un premier pas fut accompli grâce à l’établissement par LAGRANGE du « théorème
des forces vives » : le travail reçu par chaque point matériel (de masse m et de
vitesse v) d’un système au cours d’un processus non-dissipatif est égal à la moitié
de l’accroissement de sa force vive mν
2
. Afin de passer de là à la conservation de
l’énergie mécanique, somme des énergies potentielle et cinétique, il restait à reconnaître que les forces appliquées au système dérivent en général d’un potentiel, puis
à identifier leur travail à la diminution d’une certaine fonction des variables de position appelée « énergie potentielle », enfin à baptiser « énergie cinétique » la moitié
de la force vive.
Ces étapes furent entravées par l’absence d’un vocabulaire adéquat. Sans doute en
raison du rôle central que NEWTON faisait jouer à la force dans sa formulation des
équations de la dynamique, le mot de force fut longtemps employé non seulement
dans son sens actuel mais aussi (accompagné éventuellement d’un adjectif tel que
« vive ») pour désigner une énergie, ainsi que le mot de puissance. MAYER écrit
ainsi en 1842 que « les plantes absorbent une forme de puissance, la lumière, et
en produisent une autre, la différence chimique ». Le terme de travail dans son
acception scientifique ne fut proposé qu’en 1821 par COULOMB. L’introduction en
physique du mot energy date de 1807 ; elle est due à Thomas YOUNG, physiologiste, physicien et linguiste anglais (1773-1829) ayant découvert le mécanisme de
l’accommodation par l’œil, les interférences, les lois de l’élasticité, et concurrent
passionné de CHAMPOLLION. Mais ce vocable n’avait encore qu’un sens vague.
Encore en 1847, lorsque HELMHOLTZ découvrit (voir plus loin) la généralité et l’importance de la conservation de l’énergie (sous toutes ses formes), il intitula le livre
même où il l’énonçait Über die Erhaltung der Kraft. C’est en 1850 que William
THOMSON proposa d’employer « energy » au lieu de « force ». William RANKINE,
ingénieur et physicien écossais (1820-1872) ayant perfectionné la machine à vapeur,
parvint enfin en 1853 à formuler en termes modernes la conservation de l’énergie
mécanique (potentielle plus cinétique). Le mot « énergie » n’apparaît cependant
pas avant 1875 dans la littérature scientifique française.
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ENERGIE MÉCANIQUE
Même en ce qui concerne la dynamique de processus non-dissipatifs comme les
mouvements des astres, les oscillations d’un pendule non-amorti, les chocs élastiques de solides idéaux ou la dynamique de fluides non-visqueux, la notion d’énergie mécanique, grandeur conservative, n’est apparue clairement qu’au milieu du
XIX
e siècle. De tels processus sont caractérisés par l’évolution des variables décrivant les positions des divers éléments du système. Isaac NEWTON (1642-1727)
trouva entre 1665 et 1667 les équations qui régissent cette évolution ; il les publia
en 1687 dans ses Philosophiæ naturalis principia mathematica. La conservation, au
cours du temps, de la quantité de mouvement fut reconnue très tôt par Christiaan
HUYGENS, physicien et astronome (La Haye 1629-1695), mais il fallut plus d’un siècle
pour montrer que les équations du mouvement conservaient aussi une autre grandeur, l’énergie.
Un premier pas fut accompli grâce à l’établissement par LAGRANGE du « théorème
des forces vives » : le travail reçu par chaque point matériel (de masse m et de
vitesse v) d’un système au cours d’un processus non-dissipatif est égal à la moitié
de l’accroissement de sa force vive mν
2
. Afin de passer de là à la conservation de
l’énergie mécanique, somme des énergies potentielle et cinétique, il restait à reconnaître que les forces appliquées au système dérivent en général d’un potentiel, puis
à identifier leur travail à la diminution d’une certaine fonction des variables de position appelée « énergie potentielle », enfin à baptiser « énergie cinétique » la moitié
de la force vive.
Ces étapes furent entravées par l’absence d’un vocabulaire adéquat. Sans doute en
raison du rôle central que NEWTON faisait jouer à la force dans sa formulation des
équations de la dynamique, le mot de force fut longtemps employé non seulement
dans son sens actuel mais aussi (accompagné éventuellement d’un adjectif tel que
« vive ») pour désigner une énergie, ainsi que le mot de puissance. MAYER écrit
ainsi en 1842 que « les plantes absorbent une forme de puissance, la lumière, et
en produisent une autre, la différence chimique ». Le terme de travail dans son
acception scientifique ne fut proposé qu’en 1821 par COULOMB. L’introduction en
physique du mot energy date de 1807 ; elle est due à Thomas YOUNG, physiologiste, physicien et linguiste anglais (1773-1829) ayant découvert le mécanisme de
l’accommodation par l’œil, les interférences, les lois de l’élasticité, et concurrent
passionné de CHAMPOLLION. Mais ce vocable n’avait encore qu’un sens vague.
Encore en 1847, lorsque HELMHOLTZ découvrit (voir plus loin) la généralité et l’importance de la conservation de l’énergie (sous toutes ses formes), il intitula le livre
même où il l’énonçait Über die Erhaltung der Kraft. C’est en 1850 que William
THOMSON proposa d’employer « energy » au lieu de « force ». William RANKINE,
ingénieur et physicien écossais (1820-1872) ayant perfectionné la machine à vapeur,
parvint enfin en 1853 à formuler en termes modernes la conservation de l’énergie
mécanique (potentielle plus cinétique). Le mot « énergie » n’apparaît cependant
pas avant 1875 dans la littérature scientifique française.