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Chapitre 1
Un peu d’histoire :
mesurer le degré de chaleur
*
Par Philippe Depondt
Université Pierre et Marie Curie, Paris
Pour Aristote, au iv e siècle avant j.c. en Grèce, le feu
était l’un des quatre constituants de la matière avec
l’eau, l’air et la terre. L’idée de mesurer quelque
chose, le feu ou autre, c’est-à-dire de donner une
valeur numérique à une grandeur, lui était parfaitement étrangère car sa physique était essentiellement
non-mathématique [31] : ses théories étaient basées
sur des observations qualitatives. La synthèse des
idées d’Aristote avec le christianisme a été faite au
xii e siècle par Thomas d’Aquin et ces idées ont été
très largement dominantes dans le monde savant en
Europe jusqu’au début du xvii e siècle (Galilée devra
par exemple se prononcer en grande partie contre
ces idées).
Jusqu’au xvii e siècle, les descriptions du monde sont
donc malheureusement pour l’essentiel restées qualitatives. L’exception présentée par les astronomes
est parlante : pour établir son modèle héliocentrique
dans les premières années du xvi e siècle, Copernic
peut s’appuyer sur des mesures remontant à l’Antiquité, puis sur celles d’astronomes arabes du MoyenÂge. De même, ce sont les mesures remarquablement rigoureuses et précises (moins d’une minute
d’angle) effectuées dans le « laboratoire » moderne
de Tycho Brahé qui ont permis la découverte par
Johannes Kepler de ses trois lois qui constituèrent
un des fondements de la dynamique de Newton.
Dans le cas de la thermodynamique, le philosophe
anglais Francis Bacon, en posant les bases de la méthode de raisonnement inductive au début du xvii e
siècle, prend justement la chaleur comme exemple
pour illustrer son propos. Pour en étudier la nature,
il propose ainsi, dans le Novum Organum, de recenser toutes les observations de phénomènes dans
lesquelles la chaleur apparaît, de phénomènes où
elle n’apparaît pas et enfin de ceux où elle apparaît
« par degré ». Cette méthode reste encore qualitative mais, à peu près au même moment, on assiste à
une explosion des tentatives de mesure réellement
quantitatives de ce « degré de chaleur ».
Il semble que le premier thermomètre ait vu le jour
vers 1605 entre les mains d’un Hollandais nommé
Cornelis Drebbel [39] : basé sur des idées remontant
à Héron d’Alexandrie (i er siècle après j.c.), il était
constitué d’une sphère creuse en verre prolongée
d’un tube orienté vers le bas et plongé dans un liquide coloré. Si la sphère était chauffée, le liquide
était chassé vers le bas par dilatation de l’air, et
au contraire, si elle était refroidie le liquide montait dans le tube : c’était donc un thermomètre à
air (figure 1.5). Ce thermomètre servit un peu plus
tard à suivre la fièvre chez des malades (figure 1.6),
mais il avait l’inconvénient d’être aussi sensible aux
variations de pression atmosphérique qu’à la température.
Figure 1.5 – Thermomètre à air du début du xvii e siècle.
La boule est emplie de gaz dont le volume varie avec
sa température, repoussant l’eau du réservoir en dessous dont la surface est à pression atmosphérique. Le
liquide peut être coloré, et ses variations de hauteur sont
mesurées au moyen d’une graduation. La pression atmosphérique variant avec les conditions météorologiques,
elle affecte les mesures : c’est, en quelque sorte, un barothermomètre.
Gravure par Robert Fludd (1626, domaine public), sélectionnée par
Lamouline 2005 [45]
Vers le milieu du siècle, les thermomètres à liquide
s’avérèrent beaucoup plus fiables et aussi plus faciles d’emploi. La sphère de verre se trouvait désormais placée en bas du dispositif et était remplie
d’un liquide coloré qui montait dans un tube gradué ; ce tube était d’abord ouvert, puis il apparut
qu’en le fermant, on évitait l’évaporation du liquide
(figure 1.7). Ces perfectionnements avaient été fortement soutenus par le grand-duc italien Ferdinand
II de Médicis et ces dispositifs furent ainsi appelés
« thermomètres de Florence ».
Restait le problème des graduations. Le nombre de
graduations était assez variable, les artisans se borThermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen
Chapitre 1
Un peu d’histoire :
mesurer le degré de chaleur
*
Par Philippe Depondt
Université Pierre et Marie Curie, Paris
Pour Aristote, au iv e siècle avant j.c. en Grèce, le feu
était l’un des quatre constituants de la matière avec
l’eau, l’air et la terre. L’idée de mesurer quelque
chose, le feu ou autre, c’est-à-dire de donner une
valeur numérique à une grandeur, lui était parfaitement étrangère car sa physique était essentiellement
non-mathématique [31] : ses théories étaient basées
sur des observations qualitatives. La synthèse des
idées d’Aristote avec le christianisme a été faite au
xii e siècle par Thomas d’Aquin et ces idées ont été
très largement dominantes dans le monde savant en
Europe jusqu’au début du xvii e siècle (Galilée devra
par exemple se prononcer en grande partie contre
ces idées).
Jusqu’au xvii e siècle, les descriptions du monde sont
donc malheureusement pour l’essentiel restées qualitatives. L’exception présentée par les astronomes
est parlante : pour établir son modèle héliocentrique
dans les premières années du xvi e siècle, Copernic
peut s’appuyer sur des mesures remontant à l’Antiquité, puis sur celles d’astronomes arabes du MoyenÂge. De même, ce sont les mesures remarquablement rigoureuses et précises (moins d’une minute
d’angle) effectuées dans le « laboratoire » moderne
de Tycho Brahé qui ont permis la découverte par
Johannes Kepler de ses trois lois qui constituèrent
un des fondements de la dynamique de Newton.
Dans le cas de la thermodynamique, le philosophe
anglais Francis Bacon, en posant les bases de la méthode de raisonnement inductive au début du xvii e
siècle, prend justement la chaleur comme exemple
pour illustrer son propos. Pour en étudier la nature,
il propose ainsi, dans le Novum Organum, de recenser toutes les observations de phénomènes dans
lesquelles la chaleur apparaît, de phénomènes où
elle n’apparaît pas et enfin de ceux où elle apparaît
« par degré ». Cette méthode reste encore qualitative mais, à peu près au même moment, on assiste à
une explosion des tentatives de mesure réellement
quantitatives de ce « degré de chaleur ».
Il semble que le premier thermomètre ait vu le jour
vers 1605 entre les mains d’un Hollandais nommé
Cornelis Drebbel [39] : basé sur des idées remontant
à Héron d’Alexandrie (i er siècle après j.c.), il était
constitué d’une sphère creuse en verre prolongée
d’un tube orienté vers le bas et plongé dans un liquide coloré. Si la sphère était chauffée, le liquide
était chassé vers le bas par dilatation de l’air, et
au contraire, si elle était refroidie le liquide montait dans le tube : c’était donc un thermomètre à
air (figure 1.5). Ce thermomètre servit un peu plus
tard à suivre la fièvre chez des malades (figure 1.6),
mais il avait l’inconvénient d’être aussi sensible aux
variations de pression atmosphérique qu’à la température.
Figure 1.5 – Thermomètre à air du début du xvii e siècle.
La boule est emplie de gaz dont le volume varie avec
sa température, repoussant l’eau du réservoir en dessous dont la surface est à pression atmosphérique. Le
liquide peut être coloré, et ses variations de hauteur sont
mesurées au moyen d’une graduation. La pression atmosphérique variant avec les conditions météorologiques,
elle affecte les mesures : c’est, en quelque sorte, un barothermomètre.
Gravure par Robert Fludd (1626, domaine public), sélectionnée par
Lamouline 2005 [45]
Vers le milieu du siècle, les thermomètres à liquide
s’avérèrent beaucoup plus fiables et aussi plus faciles d’emploi. La sphère de verre se trouvait désormais placée en bas du dispositif et était remplie
d’un liquide coloré qui montait dans un tube gradué ; ce tube était d’abord ouvert, puis il apparut
qu’en le fermant, on évitait l’évaporation du liquide
(figure 1.7). Ces perfectionnements avaient été fortement soutenus par le grand-duc italien Ferdinand
II de Médicis et ces dispositifs furent ainsi appelés
« thermomètres de Florence ».
Restait le problème des graduations. Le nombre de
graduations était assez variable, les artisans se borThermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen