CLAUSIUS RUDOLF (1822-1888)

Rudolf Julius Emanuel Clausius, l'un des plus grands physiciens du xix^e siècle, est connu principalement pour sa contribution à l'étude de la thermodynamique. Le premier, ce savant allemand formula ce qu'on a coutume d'appeler le deuxième principe et proposa une définition claire de l'entropie. Il est aussi l'un des principaux créateurs de la théorie cinétique des gaz.

Le deuxième principe de la thermodynamique

Né à Köslin, en Poméranie, Clausius fréquenta les universités de Berlin, puis de Halle dont il sortit diplômé en 1848. Professeur jusqu'à sa mort, il fut titulaire de la chaire de physique de l'École royale d'artillerie et du génie à Berlin (1850-1855), puis, simultanément, à l'université et à l'École polytechnique de Zurich (1855-1867), ensuite à l'université de Würzburg (1867-1869), enfin à celle de Bonn, de 1869 à sa mort.

Sa première publication, en 1850 dans les Annalen der Physik de Poggendorff, attira largement l'attention. Il cherchait à y concilier l'idée de l'équivalence entre le travail et la chaleur (qui venait d'être découverte par Joule entre autres) avec les théories de Sadi Carnot – exprimées pour la première fois en 1824, mais négligées pendant près de vingt-cinq ans – selon lesquelles le travail fourni par une machine à vapeur résulte simplement d'un transfert ou « chute » de chaleur entre la chaudière (source chaude) et le condenseur (source froide), sans qu'il y ait consommation de chaleur. Comme William Thomson qui, indépendamment et à peu près en même temps, arrivait à une conclusion semblable, Clausius fit remarquer que l'hypothèse de la conservation de la chaleur dans le processus de transfert n'était pas une partie essentielle de la théorie de Carnot. Il établit en fait que, dans une machine idéale, la quantité de chaleur prise à la chaudière doit toujours être supérieure à celle qui est cédée au condenseur, et ce d'une quantité exactement équivalente au travail fourni. Cette importante synthèse effectuée, Clausius, dans la même publication, énonça ce que nous appelons aujourd'hui le deuxième principe de la thermodynamique. C'était la généralisation de la nécessité, déjà établie par Carnot, de la présence, non seulement d'un corps chaud (la chaudière), mais aussi d'un corps froid (le condenseur) pour qu'un travail soit fourni par une machine à vapeur. Clausius reconnut que Carnot exprimait là, dans un contexte limité, une restriction qui, de façon très générale, était applicable à tous les processus de conversion de chaleur en travail. Il en conclut que l'énergie calorifique d'un corps quelconque ne pouvait se transformer en travail qu'en présence d'un autre corps à une température plus basse. Il énonça d'abord cette propriété sous la forme suivante : « Die Wärme kann nicht von selbst (d.h. ohne Kompensation) aus einem kälteren in einen wärmeren Körper übergehen » (« La chaleur ne peut d'elle-même passer d'un corps plus froid à un corps plus chaud »), principe qui, plus tard, recevra la formulation suivante : « Il est impossible à une machine simple, sans l'aide d'un agent extérieur, de transférer de la chaleur d'un corps à un autre se trouvant à une température supérieure. »