Reflets de la Physique n°56 jan/fév/mar 2018
Reflets de la Physique n°56 jan/fév/mar 2018
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°56 de jan/fév/mar 2018

  • Périodicité : bimestriel

  • Editeur : Société Française de Physique

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 48

  • Taille du fichier PDF : 4,2 Mo

  • Dans ce numéro : dossier sur Pierre-Gilles de Gennes et l'innovation.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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Reinganum détermine l’équation d’état des gaz à partir de forces d’attraction « planétaires », semblables à la gravitation mais en différant par la dépendance avec la distance. D’après lui, la taille des molécules ne joue aucun rôle, de même que dans les processus de dissociation. Ce point de vue marginal est en contradiction avec celui que Boltzmanndéfend dans ses Leçons sur la théorie des gaz qu’Albert lit avec grand intérêt. Pourtant il l’adopte quand il rappelle le 30 avril 1901 à Mileva  : « Je suis très curieux de savoir si nos forces moléculaires conservatives s’appliqueront aux gaz. À condition toutefois que je ne sois pas obligé de faire intervenir la taille des molécules – ce concept mathématiquement si peu clair – dans la formation des trajectoires des molécules qui s’approchent les unes des autres, et que donc chaque molécule puisse être considérée comme un centre de force. » Albert connaît Reinganum (cité par Boltzmann) et écrit même à son patron à Leyde, Heike Kammerlingh Onnes, pour candidater à un poste d’assistant (deux jours avant l’envoi de sa lettre à Grossmann). Rappelons aussi qu’en avril 1901, Albert discute avec Michele de la dissociation. Il a certainement étudié le chapitre du tome II des Leçons qui présente une théorie cinétique de la dissociation moléculaire (par exemple 2HI H 2 + I 2) , capable de reproduire les résultats obtenus sur une base purement entropique par Gibbs et Planck cités explicitement. Pour Boltzmann, la liaison chimique est décrite de façon continue par une énergie d’inter action proportionnelle aux volumes de recouvrement de « domaines relativement petits situés sur la surface des atomes ». Boltzmanninsiste sur le caractère directionnel des interactions et rappelle en conclusion que c’est en vain qu’il « a recherché autrefois à rendre compte […] de la façon dont les molécules se comportent », si on les considère « comme des points matériels » avec « des forces d’attraction ne faisant pas intervenir les forces de percussion ». Einstein a aussi pu 34 Reflets de la Physique n°56 voir dans ce rappel un défi théorique le conduisant à s’intéresser à Reinganum, dont il dira en 1911, reconnaissant implicitement la « fausse route » suivie, que les articles « sont plutôt négligés ». 1902  : l’abandon de la thèse et la continuation d’une lecture critique de BoltzmannFin décembre 1901, Albert s’apprête à soutenir sa thèse, dont il a remis le manuscrit à son directeur, le professeur Alfred Kleiner de l’université de Zurich. Il ne doute alors pas de son succès et écrit à Mileva que par rapport à ses collègues de promotion il aura fini son travail le premier. Mais un mois plus tard, il demande le remboursement de ses droits d’inscription à l’université, suite certainement au rejet du manuscrit (aujourd’hui disparu). Ce rejet pourrait être lié à l’hypothèse faite sur l’absence de rôle de la taille des molécules, et la thèse de 1905 sur leurs dimensions, toujours avec Kleiner, en serait en quelque sorte une confirmation a posteriori. Une publication [9] dans le domaine des solutions diluées, qu’Albert avait mentionnée à Mileva en avril 1901, est très probablement liée au travail remis à Kleiner. Il s’agit en effet d’un article d’électrochimie où les coefficients c α sont introduits pour les ions et les solvants ; mais ne pouvant en déduire leurs valeurs en raison de multiples hypothèses, Einstein termine par des excuses pour n’avoir présenté « qu’un maigre projet pour des recherches laborieuses sans contribuer en quoi que ce soit à leur solution expérimentale. » Le tournant d’Einstein vers la thermodynamique statistique est probablement, comme la « fausse route » de 1901, lié à une lecture critique mais incomplète de Boltzmann. En effet, par les lettres à Mileva on apprend qu’en novembre 1901 il lit Planck et son approche entropique (a) L’entreprise électrotechnique Einstein, Garrone & Cie est établie à Pavie de 1894 à 1896, où la famille réside 11 via Ugo Foscolo avant de s’installer définitivement à Milan. (b) L’étude de ces environnements a permis en particulier de mieux comprendre sa première tentative d’entrer à l’ETH en 1895 sans avoir ni le diplôme ni l’âge requis, ainsi que la rédaction concomitante d’un article étonnant sur l’état de l’éther dans un champ magnétique. (c) Moins connu est le rappel que Besso adresse à Einstein dans une lettre de 1928 à propos des quanta  : « j’ai été ton public pendant les années 1904 et 1905 ; en t’aidant à rédiger tes communications sur le problème des quanta je t’ai privé d’une partie de ta gloire, mais en revanche, je t’ai procuré un ami, Planck ». L’allusion à 1904 fait probablement référence à la toute fin de l’article d’Einstein [11], où les fluctuations d’énergie sont appliquées au rayonnement du corps noir [8]. (d) Carlo Marangoni a été aussi l’assistant du recteur de l’université de Pavie, le physicien Giovanni Cantoni, connu pour avoir donné dès 1867 une interprétation cinétique du mouvement brownien. des processus naturels, et qu’en février 1902 il a rendu à Kleiner un travail se rapportant au livre de Boltzmann. L’origine probable de ce tournant est que Boltzmann, en renvoyant au début du tome I des Leçons le lecteur à des travaux antérieurs qu’Albert n’a pas dû lire [10], ne fait qu’esquisser les liens entre calcul des probabilités, irréversibilité, fonction H, entropie et loi de répartition des énergies. Le jeune Einstein aura besoin d’écrire trois articles pour clarifier ces liens. À la clé, par application dans le troisième [11] des fluctuations d’énergie au rayonnement du corps noir, il y aura les quanta, cf. note (c). ❚ Références 1 J.J. Stachel, Einstein’s Miraculous Year, Five papers that changed the face of physics (2005), Princeton University Press. 2C. Bracco, Quand Albert devient Einstein (2017), CNRS Editions, Paris. 3C. Bracco, «Einstein and Besso : From Zürich to Milan», Rend. Scienze, 148 (2014) 285-322. www.ilasl.org/index.php/Scienze/article/view/178 4 P.Speziali, Albert Einstein, Michele Besso  : Correspondance 1903-1955 (1979), Hermann, Paris. 5 A. Einstein et M. Marić, Lettres d’amour et de sciences (1993), Éditions du Seuil, Paris. 6 A. Einstein, Annal. der Physik 4 (1901) 513-523, traduit dans «Conclusions drawn from the phenomena of capillarity», The Collected Papers of Albert Einstein, vol. 2. [CPAE 2],pp. 9-21, J. Stachel et al. eds., Princeton University Press (1989). http://einsteinpapers.press.princeton.edu/7 M. Reinganum, «Molekuläre Anziehung in schwach comprimierten Gasen», Arch. Néerl. Sci. Ex. et Nat., 5 (1900) [Jubilé pour Lorentz], 574-582. 8C. Bracco et J.P. Provost, «Perspectives on Einstein’s scientific work in Milan», Proc. 14 th Marcel Grossmannmeeting, Bianchi, Jantzen et Ruffini eds., (2017),pp. 3337-3341, World Scientific, Singapore. https://arxiv.org/abs/1508.04917. 9 A. Einstein, Annal. der Phys. 8 (1902) 798-814, traduit dans «On the thermodynamic theory of the difference in potentials between metals and fully dissociated solutions of their salts and on an electrical method for investigating molecular forces» [CPAE 2,pp. 22-40]. 10C. Cercignani, Ludwig Boltzmann : The Man Who Trusted Atoms (1998), Oxford University Press. 11 A. Einstein, Annal. der Physik 14 (1904) 354-362, traduit dans «On the general molecular theory of heat» [CPAE 2,pp. 98-108].
Prise de position Au sein et autour de la SFP La Société Chimique de France (SCF) et la Société Française de Physique (SFP) en collaboration avec sa commission Énergie et Environnement, ont demandé ensemble à l'État d'organiser d'urgence une évaluation scientifique des trajectoires pour le mix énergétique français, selon des critères de faisabilité technologique, économiques, environnementaux et sociétaux. Il nous semble en effet, que cette analyse n'a toujours pas été conduite en France avec le sérieux qu'elle mérite. La prise de position commune ci-dessous a été envoyée en décembre 2017 à Bruno Lemaire, ministre de l’Économie et des Finances, dont le chef de cabinet en a accusé réception. Pour une rationalisation du mix énergétique français Ces dernières années ont été marquées par un débat sur le mix énergétique dont la France devrait se doter pour diminuer son empreinte environnementale. Alors que la France a une des plus faibles émissions de carbone par habitant et par point de PIB des pays membres de l’OCDE en raison du fait que son électricité est quasiment décarbonée, le débat se crispe autour de ce que devrait être son mix et ses usages énergétiques. Pour les scientifiques, qu’ils soient du domaine des sciences physiques, naturelles, humaines ou sociales, il n’y a pas de bonnes ou de mauvaises façons de produire de l’énergie car, quelle que soit la voie choisie, celle-ci a des contraintes scientifiques et technologiques, un impact sanitaire et environnemental, un coût économique et demande une acceptabilité sociale. Pour comparer de façon rationnelle les modes de production de l’énergie, il faut donc pouvoir disposer d’indicateurs communs basés sur l’analyse de cycle de vie des moyens de production et de distribution et en prenant en compte l’ensemble des externalités. Tel n’est pas le cas à l’heure actuelle, et force est de constater que chacun met en avant l’indicateur qui lui est favorable sans jamais évoquer l’argument de la partie adverse. Aujourd’hui, beaucoup de propositions sont faites sur ce que devrait être le mix énergétique de la France dans 10, 20 ou 50 ans. Ces propositions sont souvent fondées sur des modèles de consommation et de production qui n’ont jamais fait l’objet d’évaluation. Ces propositions n’explicitent pas non plus la trajectoire énergétique qui pourrait amener notre pays de la situation actuelle à la situation finale. Le débat sur l’énergie est graduellement sorti du cadre de l’évaluation par les experts pour entrer dans la sphère publique. C’est à la fois heureux et dommageable. C’est heureux, car l’énergie est notre bien commun à tous et tout un chacun a le droit de pouvoir s’exprimer sur la meilleure façon de produire de l’énergie ; c’est dommageable, car la communauté scientifique n’a pas su donner des clefs de lecture facilement accessibles à tous pour comparer les avantages et inconvénients propres à chaque façon de produire l’énergie. Dans le domaine de la production de l’énergie, les constantes de temps sont longues. Nous pensons toutefois que l’État a trop tardé pour évaluer selon les critères scientifiques les différentes trajectoires qui s’offrent à lui. Une telle évaluation n’aurait évidemment pas pour objectif de choisir la trajectoire de la France mais d’éclairer le choix de nos concitoyens et de nos politiques sur les possibilités qui s’offrent à la France. En conséquence, en créant une Commission d’évaluation scientifique pluridisciplinaire qui rapporterait au Gouvernement et au Parlement, la France se doterait d’un outil capable d’identifier les opportunités et d’anticiper les difficultés, que ce soit dans le domaine des sciences physiques et naturelles ou dans celui des sciences humaines et sociales. Gilberte Chambaud Présidente de la Société Chimique de France Michel Spiro Président de la Société Française de Physique Reflets de la Physique n°56 35



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