François Massieu

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François Jacques Dominique Massieu
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François Jacques Dominique Massieu (, Vatteville (Seine-Inférieure) - , Paris) est un mathématicien et physicien français.

Polytechnicien (promotion X 1851), élève à l'École des mines (6 étudiants) d'août 1853 à mars 1856, sorti 6e. Titularisé dans le Corps des mines le 10/1/1857.

Biographie[modifier | modifier le code]

François Jacques Dominique Massieu nait en 1832 à Vatteville-la-Rue (aujourd’hui en Seine-Maritime) dans une famille modeste. Il a perdu son père avant sa naissance[1],[2]. Son instituteur détecte sa brillante intelligence et l'encourage à poursuivre ses études à Rouen. En 1851 il entre à l’École Polytechnique et devient ingénieur du Corps des Mines en 1857.

En 1861 il obtient le grade de Docteur ès sciences mathématiques en soutenant deux thèses à la Sorbonne. La même année il est nommé Professeur de Minéralogie et Géologie à l’Université de Rennes, où il restera jusqu'en 1887 lorsqu'il s'installe à Paris en qualité d'Inspecteur général des Mines et Directeur du contrôle technique des chemins de fer de l’État. Décédé en 1896, il est inhumé dans son village natal de Vatteville.

François Massieu a été un savant d'une culture et d'une activité exceptionnelles. Il a accompli des travaux scientifiques remarquables dans des domaines divers, principalement les mathématiques, la physique théorique et la thermodynamique, ce qui ne l'a pas empêché d'enseigner la minéralogie et la géologie pendant plus de 25 ans. En créant la notion de potentiel thermodynamique il a réalisé une avancée importante pour la thermodynamique. Comme Ingénieur des Mines, il a exercé un rôle de conseil entre autres dans la construction de chemins de fer, les adductions d'eau, les réseaux d'égouts.

Œuvres[modifier | modifier le code]

Thèses[modifier | modifier le code]

Pour obtenir le grade de docteur ès sciences mathématiques Massieu soutint en 1861 deux thèses sur des sujets très différents. Elles sont regroupées dans le même ouvrage consultable en ligne[3] ainsi que les analyses détaillées qui en ont été publiées en 1897 dans sa notice nécrologique par Edmond Nivoit[2] et en 2015 par Roger Balian[1].

La première thèse de mécanique analytique est l'étude d'ensembles de points matériels assujettis à demeurer sur une surface donnée. Dans ce travail Massieu recherche des fonctions conservatives au cours du temps, comme c'est le cas pour l'énergie totale. Elles sont dites intégrales première et leur détermination facilite la solution des équations du mouvement. Dans sa seconde thèse Massieu fait la théorie de la propagation des ondes planes dans les cristaux biréfringents. Dans ces travaux il fait preuve d'une grande maîtrise de l'outil mathématique dans ses applications à la physique. C'est cette capacité qui lui permettra de créer la notion de potentiel thermodynamique à la base de la thermodynamique chimique.

Les potentiels thermodynamiques[modifier | modifier le code]

Massieu est le premier à avoir introduit la notion de potentiel thermodynamique qu'il désigne sous le nom de fonction caractéristique.

Les deux grandeurs énergie interne et entropie ont déjà été définies par Carnot et Clausius. L'objectif de Massieu est d'obtenir une fonction unique à partir de laquelle on pourrait calculer toutes les propriétés (comme les capacités thermiques, le coefficient de dilatation, le coefficient de compressibilité, etc.) d'un corps quelconque .

Dans ses deux courtes publications parues en 1869[4], Massieu définit deux fonctions caractéristiques, selon le couple de variables indépendantes choisi :

  • température et volume  : , en notation moderne[5] , fonction de Massieu, avec , énergie de Helmholtz ou énergie libre ;
  • température et pression  : , en notation moderne[5] , fonction de Planck, avec , énergie de Gibbs ou enthalpie libre.

Ces fonctions et sont aussi appelées respectivement première et deuxième fonction de Massieu. Cette dernière est utilisée dans les tables thermodynamiques, quoique sous une forme légèrement modifiée, pour tabuler les grandeurs thermodynamiques des composés purs dans les conditions standards. Massieu a montré qu'un potentiel thermodynamique permet de calculer les autres grandeurs thermodynamiques du composé, par exemple les capacités calorifiques.

En 1876 Massieu présente une autre fonction caractéristique qui n'est autre que , l'opposé de la fonction énergie libre actuelle[1],[6]. La même année Gibbs définit de son côté dans un ouvrage dans lequel il cite les travaux de Massieu[1],[7],[8] :

« Massieu appears to have been the first to solve the problem of representing all the properties of a body of invariable composition which are concerned in reversible processes by means of a single function. »

(trad.  Massieu semble avoir été le premier à avoir résolu le problème de la représentation de toutes les propriétés d'un corps de composition constante impliquées dans les processus réversibles par l'emploi d'une fonction unique.)

La fonction (ou ) est définie en 1882 par Helmholtz[1]. La définition de l'enthalpie est attribuée en 1909 par J. P. Dalton à Kamerlingh Onnes[9].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c, d et e François Massieu et les potentiels thermodynamiques, par Roger Balian, membre de l'Académie des sciences, Histoire des sciences / Évolution des disciplines et histoire des découvertes – avril 2015.
  2. a et b Notice sur la vie et les Travaux de M. Massieu, Inspecteur général des mines, par M. E. Nivoit, Ingénieur en chef des Mines, Annales des Mines, 9esérie vol. 11, 1897.
  3. F. Massieu, Sur les intégrales algébriques des problèmes de mécanique. Suivie de Sur le mode de propagation des ondes planes et la surface de l'onde élémentaire dans les cristaux biréfringents à deux axes, Paris, Mallet-Bachelier, (lire en ligne) .
  4. F. Massieu, Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences, vol. 59, 1869, p.  858 et 1057.
  5. a et b Green Book (IUPAC), Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry, page 56, édition 2007.
  6. F. Massieu, Mémoires présentés par divers savants à l'Académie des sciences de l'Institut national de France, t. 22, N° 2, 1876, p.  1-92.Disponible sur Gallica..
  7. (en)J.W. Gibbs, Transactions of the Connecticut Academy of Arts and Sciences, vol. 3, 1876, p.  108-248 et 1878, p.  343-524. On the Equilibrium_of_Heterogeneous_Substances.pdf.
  8. J. Willard Gibbs, traduit par Henry Le Chatelier, « Équilibre des systèmes chimiques »,  éd. G. Carré et C. Naud (Paris), 1899, Disponible sur Gallica
  9. (en)Irmgard K. Howard, « H Is for Enthalpy, Thanks to Heike Kamerlingh Onnes and Alfred W. Porter », J. Chem. Educ., vol. 79, no 6,‎ , p. 697 (DOI 10.1021/ed079p697)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Article connexe[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]