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Chapitre 4
Un peu d’histoire :
Lavoisier et Laplace
s’interrogent sur la nature
de la chaleur
*
Par Philippe Depondt
Université Pierre et Marie Curie, Paris
Les débats sur la nature de la chaleur se sont poursuivis jusqu’à la fin du xix e siècle avec l’acceptation
progressive des théories atomiques. Une étape importante dans cette réflexion est fournie avec une
concision et une éloquence irrésistibles dans le Mémoire sur la chaleur (1780 [1]) des physiciens français Lavoisier et Laplace :
« Les physiciens sont partagés sur la nature de la
chaleur. Plusieurs d’entre eux la regardent comme
un fluide répandu dans toute la nature, et dont les
corps sont plus ou moins pénétrés, à raison de leur
température et de leur disposition particulière à
le retenir ; il peut se combiner avec eux, et, dans
cet état, il cesse d’agir sur le thermomètre et de
se communiquer d’un corps à l’autre, ce n’est que
dans l’état de liberté, qui lui permet de se mettre
en équilibre dans les corps, qu’il forme ce que
nous nommons chaleur libre.
D’autres physiciens pensent que la chaleur n’est
que le résultat des mouvements insensibles des
molécules de la matière. On sait que les corps,
même les plus denses, sont remplis d’un grand
nombre de pores ou de petits vides, dont le volume
peut surpasser considérablement celui de la matière qu’ils renferment ; ces espaces vides laissent
à leurs parties insensibles la liberté d’osciller dans
tous les sens, et il est naturel de penser que ces
parties sont dans une agitation continuelle, qui,
si elle augmente jusqu’à un certain point, peut
les désunir et décomposer les corps ; c’est ce mouvement intestin qui, suivant les physiciens donc
nous parlons, constitue la chaleur.
Pour développer cette hypothèse, nous ferons observer que, dans tous les mouvements dans lesquels il n’y a point de changement brusque, il
existe une loi générale que les géomètres ont désignée sous le nom de principe de la conservation des
forces vives ; cette loi consiste en ce que, dans un
système de corps qui agissent les uns sur les autres
d’une manière quelconque, la force vive, c’est-àdire la somme des produits de chaque masse par le
carré de sa vitesse, est constante. Si les corps sont
animés par des forces accélératrices, la force vive
est égale à ce qu’elle était à l’origine du mouvement, plus à la somme des masses multipliées par
les carrés des vitesses dues à l’action des forces
accélératrices. Dans l’hypothèse que nous examinons, la chaleur est la force vive qui résulte
des mouvements insensibles des molécules d’un
corps ; elle est la somme des produits de la masse
de chaque molécule par le carré de sa vitesse.
Si l’on met en contact deux corps dont la température soit différente, les quantités de mouvements
qu’ils se communiqueront réciproquement seront
d’abord inégales ; la force vive du plus froid augmentera de la même quantité dont la force vive de
l’autre diminuera, et cette augmentation aura lieu
jusqu’à ce que les quantités de mouvement communiquées de part et d’autre soient égales ; dans
cet état la température des corps sera parvenue à
l’uniformité.
Cette manière d’envisager la chaleur explique facilement pourquoi l’impulsion directe des rayons
solaires est inappréciable, tandis qu’ils produisent
une grande chaleur. Leur impulsion est le produit
de leur masse par leur simple vitesse ; or, quoique
cette vitesse soit excessive, leur masse est si petite, que ce produit est presque nul, au lieu que
leur force vive étant le produit de leur masse par
le carré de leur vitesse, la chaleur qu’elle représente est d’un ordre très-supérieur à celui de leur
impulsion directe. Cette impulsion sur un corps
blanc, qui réfléchit abondamment la lumière, est
plus grande que sur un corps noir, et cependant
les rayons solaires communiquent au premier une
moindre chaleur, parce que ces rayons, en se réfléchissant, emportent leur force vive, qu’ils communiquent au corps noir qui les absorbe.
Nous ne déciderons point entre les deux hypothèses précédentes ; plusieurs phénomènes paraissent favorables à la dernière ; tel est, par
exemple, celui de la chaleur que produit le frottement de deux corps solides ; mais il en est d’autres
qui s’expliquent plus simplement dans la première ; peut-être ont-elles lieu toutes deux à la
fois. Quoi qu’il en soit, comme on ne peut former
que ces deux hypothèses sur la nature de la chaleur, on doit admettre les principes qui leur sont
communs ; or, suivant l’une et l’autre, la quanThermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen
Chapitre 4
Un peu d’histoire :
Lavoisier et Laplace
s’interrogent sur la nature
de la chaleur
*
Par Philippe Depondt
Université Pierre et Marie Curie, Paris
Les débats sur la nature de la chaleur se sont poursuivis jusqu’à la fin du xix e siècle avec l’acceptation
progressive des théories atomiques. Une étape importante dans cette réflexion est fournie avec une
concision et une éloquence irrésistibles dans le Mémoire sur la chaleur (1780 [1]) des physiciens français Lavoisier et Laplace :
« Les physiciens sont partagés sur la nature de la
chaleur. Plusieurs d’entre eux la regardent comme
un fluide répandu dans toute la nature, et dont les
corps sont plus ou moins pénétrés, à raison de leur
température et de leur disposition particulière à
le retenir ; il peut se combiner avec eux, et, dans
cet état, il cesse d’agir sur le thermomètre et de
se communiquer d’un corps à l’autre, ce n’est que
dans l’état de liberté, qui lui permet de se mettre
en équilibre dans les corps, qu’il forme ce que
nous nommons chaleur libre.
D’autres physiciens pensent que la chaleur n’est
que le résultat des mouvements insensibles des
molécules de la matière. On sait que les corps,
même les plus denses, sont remplis d’un grand
nombre de pores ou de petits vides, dont le volume
peut surpasser considérablement celui de la matière qu’ils renferment ; ces espaces vides laissent
à leurs parties insensibles la liberté d’osciller dans
tous les sens, et il est naturel de penser que ces
parties sont dans une agitation continuelle, qui,
si elle augmente jusqu’à un certain point, peut
les désunir et décomposer les corps ; c’est ce mouvement intestin qui, suivant les physiciens donc
nous parlons, constitue la chaleur.
Pour développer cette hypothèse, nous ferons observer que, dans tous les mouvements dans lesquels il n’y a point de changement brusque, il
existe une loi générale que les géomètres ont désignée sous le nom de principe de la conservation des
forces vives ; cette loi consiste en ce que, dans un
système de corps qui agissent les uns sur les autres
d’une manière quelconque, la force vive, c’est-àdire la somme des produits de chaque masse par le
carré de sa vitesse, est constante. Si les corps sont
animés par des forces accélératrices, la force vive
est égale à ce qu’elle était à l’origine du mouvement, plus à la somme des masses multipliées par
les carrés des vitesses dues à l’action des forces
accélératrices. Dans l’hypothèse que nous examinons, la chaleur est la force vive qui résulte
des mouvements insensibles des molécules d’un
corps ; elle est la somme des produits de la masse
de chaque molécule par le carré de sa vitesse.
Si l’on met en contact deux corps dont la température soit différente, les quantités de mouvements
qu’ils se communiqueront réciproquement seront
d’abord inégales ; la force vive du plus froid augmentera de la même quantité dont la force vive de
l’autre diminuera, et cette augmentation aura lieu
jusqu’à ce que les quantités de mouvement communiquées de part et d’autre soient égales ; dans
cet état la température des corps sera parvenue à
l’uniformité.
Cette manière d’envisager la chaleur explique facilement pourquoi l’impulsion directe des rayons
solaires est inappréciable, tandis qu’ils produisent
une grande chaleur. Leur impulsion est le produit
de leur masse par leur simple vitesse ; or, quoique
cette vitesse soit excessive, leur masse est si petite, que ce produit est presque nul, au lieu que
leur force vive étant le produit de leur masse par
le carré de leur vitesse, la chaleur qu’elle représente est d’un ordre très-supérieur à celui de leur
impulsion directe. Cette impulsion sur un corps
blanc, qui réfléchit abondamment la lumière, est
plus grande que sur un corps noir, et cependant
les rayons solaires communiquent au premier une
moindre chaleur, parce que ces rayons, en se réfléchissant, emportent leur force vive, qu’ils communiquent au corps noir qui les absorbe.
Nous ne déciderons point entre les deux hypothèses précédentes ; plusieurs phénomènes paraissent favorables à la dernière ; tel est, par
exemple, celui de la chaleur que produit le frottement de deux corps solides ; mais il en est d’autres
qui s’expliquent plus simplement dans la première ; peut-être ont-elles lieu toutes deux à la
fois. Quoi qu’il en soit, comme on ne peut former
que ces deux hypothèses sur la nature de la chaleur, on doit admettre les principes qui leur sont
communs ; or, suivant l’une et l’autre, la quanThermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen