KIRCHHOFF GUSTAV (1824-1887)

Gustav Robert Kirchhoff, physicien allemand, né à Königsberg et mort à Berlin, a développé avec Robert Wilhelm Bunsen l'analyse spectrale et découvert la loi du rayonnement qui associe son nom à l'avènement d'une période nouvelle et brillante de la physique moderne. En étudiant le phénomène d'absorption, il a fait de la spectrographie un moyen d'analyse chimique systématique d'application universelle. Par ailleurs, il a déterminé les règles des réseaux électriques et apporté d'importantes contributions à l'électricité et à l'élasticité, ainsi qu'à l'hydrodynamique, la thermodynamique et l'optique. La fécondité de son œuvre illustre de manière exemplaire son type de recherche, qui unit l'expérimentation et la théorie en laissant de côté le souci de l'explication physique.

Premiers travaux sur l'électricité

Kirchhoff étudie les mathématiques et la physique auprès de Franz Neumann, véritable fondateur de la physique mathématique en Allemagne. Dans un premier travail (1845), il établit les lois qui portent son nom pour les réseaux électriques, dont l'électrotechnique fera un important usage (loi des nœuds : la somme des intensités des courants convergeant en un nœud du réseau est égale à la somme des intensités des courants qui en partent ; loi des mailles : dans un circuit fermé, la somme des tensions est égale à la somme algébrique des produits des courants par les résistances élémentaires, une fois choisi le sens du courant).

Après avoir obtenu l'habilitation universitaire en 1848 à Berlin, il est nommé professeur extraordinaire à Breslau en 1850, où il fait la connaissance du chimiste Bunsen, qui apprécie ses qualités particulières d'expérimentateur. Leur collaboration se poursuit à Heidelberg, où il accède à la chaire de physique théorique et expérimentale en 1854.

Par une série de travaux sur l'électricité, dont l'idée directrice est l'action à distance, il étend la théorie de l'électricité et contribue à élaborer la théorie du champ dite de Faraday-Maxwell : en 1849, il montre, d'après des recherches de Rudolph Kohlrausch, l'identité de la force électromotrice (tension) et de la différence de potentiel en électrostatique. (En 1856, Wilhelm Weber et Kohlrausch établissent que le rapport entre les intensités mesurées de courants électromagnétiques et électrostatiques est égal à la vitesse de la lumière.) L'application de ces résultats permet à Kirchhoff, en 1857, par la résolution de l'équation des télégraphistes (équation différentielle des ondes, non homogène, pour la circulation du courant dans les conducteurs), d'annoncer que les ondes électriques se propagent à la vitesse de la lumière dans les fils minces. L'équation des télégraphistes et ses solutions ont acquis une grande importance pour les guides d'ondes, tandis que les équations de milieux conducteurs étendus (1857), considérées comme équations différentielles locales, contiennent en germe la notion d'action à distance en électrodynamique. Elles resteront cependant incomplètes tant qu'elles négligeront le courant de déplacement de Maxwell, qui est à la base de la théorie électromagnétique de la lumière. Kirchhoff applique ces équations à la théorie des oscillations électriques (1864), en déduit, en accord avec les travaux de William Thomson, la formule et les conditions d'apparition des oscillations électriques, qui sont conformes aux résultats expérimentaux de Berend Wilhelm Feddersen.