GIBBS JOSIAH WILLARD (1839-1903)

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Physicien et mathématicien américain, J. W. Gibbs est né à New Haven dans le Connecticut le 11 février 1839 ; il y meurt le 28 avril 1903, après y avoir passé presque toute son existence. Issu d'une famille de lettrés, il poursuit des études de latin et de physique (philosophie naturelle à l'époque), puis il entreprend une carrière de professeur de physique mathématique au Yale College. Il effectue un seul voyage important : en Europe, avec ses sœurs, de 1866 à 1869. Il séjourne successivement à Paris, à Berlin où il suit les leçons de Heinrich Gustav Magnus et à Heidelberg où il rencontre Gustav Kirchhoff et Herman Ludwig Helmholtz. Il laisse le souvenir d'un savant d'une modestie proverbiale et d'une extraordinaire puissance d'investigation scientifique. Son œuvre remarquablement compacte – elle ne dépasse guère mille pages – fut d'abord peu connue. Aujourd'hui, elle est considérée comme un monument au sein des contributions scientifiques du xixe siècle. Les deux principales publications datent de 1876-1878 et de 1902. La première s'intitule On the Equilibrium of Heterogeneous Substances et est comparée, en importance, par son traducteur Henry Le Chatelier (1899) à la chimie pondérale créée par Antoine Laurent Lavoisier. La seconde, jugée plus originale encore par son commentateur, Marcel Brillouin (1925), est intitulée Elementary Principles in Statistical Mechanics, et est comparée, pour son génie, à la mécanique analytique de Joseph Louis Lagrange.

Josiah Willars Gibbs

Photographie : Josiah Willars Gibbs

Le physicien et mathématicien américain Josiah Willard Gibbs (1839-1903), professeur de physique mathématique au Yale College, est considéré comme le fondateur de la mécanique statistique. 

Crédits : Hulton Getty

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Bien que les exposés de Gibbs se distinguent par une exceptionnelle clarté, et la façon dont l'idée essentielle y est toujours soigneusement dégagée, le premier des deux mémoires n'a guère retenu tout d'abord l'attention des chimistes de son époque, peu accoutumés au langage rigoureux des sciences exactes. La richesse des méthodes thermodynamiques sur lesquelles il s'appuie en a fait cependant une base unifiée de la théorie physico-chimique des états d'équilibre et de leur stabilité. La plupart des lois qui se rapportent à cette discipline, et qui portèrent d'abord d'autres noms, furent redécouvertes ultérieurement au sein de ce premier mémoire. Il en est ainsi, par exemple, de la loi des phases donnant la variance des systèmes en équilibre, longtemps attribuée à Bakkuis Roozeboom ; également des lois dites de Van't Hoff et aussi de Le Chatelier, relatives aux déplacements d'équilibre à température constante et à pression constante. Il en est encore de même, des critères de stabilité de l'équilibre, dont le théorème de modération dit de Braun et Le Chatelier. En bref, la plupart des propriétés qui relèvent à présent de la thermodynamique chimique des états d'équilibre, telles que la pression osmotique, l'influence de la tension superficielle, celle des déformations élastiques, la loi relative à l'entropie des mélanges gazeux et le paradoxe de Gibbs associé, ont ce même mémoire pour origine. Seules les contributions du physicien français Pierre Duhem (1861-1916) présentent une importance comparable dans le même domaine. Dans ses méthodes d'exposition, J. W. Gibbs montre une préférence marquée pour les représentations géométriques plutôt que pour les modèles mécaniques. C'est visiblement cette disposition d'esprit qui l'a conduit à développer, dans deux communications antérieures à la précédente, un exposé complet des diagrammes et des surfaces thermodynamiques qui contribua largement à la diffusion de leur emploi auprès des praticiens. Au diagramme pression-volume de Clapeyron vinrent ainsi s'ajouter une série de représentations variées, telles que le diagramme température-entropie ou enthalpie-entropie, qui offrent fréquemment des avantages de commodité ou de clarté sur le précédent. C'est ainsi que l'intervention du diagramme volume-entropie a permis de remplacer par un triangle l'état triple d'un corps pur, représenté par un simple point dans les axes température-pression. De même, l'étude des processus thermodynamiques, par l'intermédiaire des propriétés géométriques des surfaces, a largement contribué à l'illustration des conditions d'équilibre et de stabilité des phases coexistantes au sein de systèmes à un ou plusieurs constituants. Elle a suscité à cette occasion un large élan de l'école hollandaise, conduite par J. D. Van der Waals (1837-1923), en faveur des représentations graph [...]

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  • : professeur émérite de la faculté des sciences à l'université de Bruxelles, président d'honneur de l'Institut international du froid, membre de l'Académie royale

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Pour citer l’article

Paul GLANSDORFF, « GIBBS JOSIAH WILLARD - (1839-1903) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 28 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/josiah-willard-gibbs/