Du XVIIIᵉ siècle au milieu du XIXᵉ, on croyait que la chaleur était un fluide invisible.
Cette idée est fausse. Pourtant, à l’époque, elle constituait l’hypothèse la plus prudente et la plus rationnelle.
Ce paradoxe est au cœur de l’histoire qui suit — et il est bien plus instructif que de simplement savoir qui avait raison.
D’abord, une expérience de cuisine
Avant d’aborder l’histoire, il convient de clarifier une distinction que le langage courant confond constamment.
Une tasse de thé fraîchement servie est plus chaude qu’une baignoire d’eau tiède : sa température est supérieure. Pourtant, si on les laisse refroidir toutes les deux dans une même pièce, la baignoire réchauffera l’air ambiant bien plus que la tasse. Elle contient une quantité de chaleur nettement plus élevée, tout simplement parce qu’il y a beaucoup plus d’eau.
- La température indique le degré d’agitation ou l’intensité du chaud.
- La chaleur mesure la quantité d’énergie transférée d’un corps à un autre.1
Un petit objet très chaud peut donc contenir moins de chaleur qu’un vaste objet tiède. C’est un phénomène physique dont chacun a déjà fait l’expérience.
Cette distinction est essentielle pour la suite : la théorie exposée ci-après confondait ces deux notions — et la langue que nous parlons en porte encore la trace.
Le calorique
Telle qu’elle a été enseignée pendant plus d’un siècle, la théorie se présentait ainsi.
La chaleur serait une substance : un fluide invisible, dont les molécules se repoussent, et qui s’écoule naturellement des corps chauds vers les corps froids. On l’appelait le calorique. La température, dans ce modèle, représentait tout simplement sa densité — la quantité de calorique par unité de volume.2
L’idée peut sembler farfelue aujourd’hui. Pourtant, ce modèle rendait bien compte de nombreuses observations de l’époque, et il a même permis de calculer comment la chaleur se propage dans les solides, avec des résultats encore valables aujourd’hui.3
Pourquoi c’était la théorie la plus prudente
C’est là le cœur du sujet.
La théorie concurrente affirmait que la chaleur est du mouvement : les particules composant la matière s’agitent, et plus cette agitation est vive, plus la température monte.
Mais cette hypothèse, bien plus ancienne, n’avait pas les succès chiffrés de sa rivale.4
Le calorique, à l’inverse, s’appuyait sur la chimie la plus récente — on se le représentait comme un gaz d’atomes indestructibles — et il expliquait très bien la combustion et la calorimétrie. Ses calculs donnaient la plupart des bons résultats.5
En 1800, quelle démarche était la plus scientifique ? Celle qui donnait des chiffres vérifiables, ou celle qui en restait à une intuition ?
Le modèle faux était le plus rigoureux. Un débat voisin, sur ce qu’on peut admettre sans le voir, se retrouve dans la page consacrée aux atomes (4.2), où de grands savants refusaient encore d’y croire à la fin du XIXᵉ siècle.6
L’expérience de 1798
Benjamin Thompson, connu sous le nom de comte Rumford, supervisait le perçage des canons dans l’arsenal de Munich — une opération consistant à caver des cylindres de bronze massif.7
Il constate que le frottement de l’outil produit une chaleur apparemment inépuisable. Or, si la chaleur était un fluide stocké dans le métal, ce réservoir finirait par se vider.
Pour le prouver, il entoure l’extrémité du canon d’un caisson rempli d’eau et presse contre elle un foret volontairement émoussé, pendant qu’on fait tourner le canon : le foret frotte sans découper la matière. Puis il mesure la montée de la température.8
L’eau finit par bouillir.
Mais l’expérience ne vaut que si Rumford élimine les autres explications, et c’est là qu’elle devient exemplaire. Il recueille les copeaux arrachés au métal, et montre qu’ils ne peuvent pas être la source de la chaleur. Il écarte de la même façon l’air, puis l’eau qui entoure la machine.9
Il remarque enfin ceci, qui est décisif : le frottement semblait pouvoir produire de la chaleur sans fin, sans jamais s’épuiser. Or une substance existe en quantité limitée. On ne peut pas en fabriquer indéfiniment à partir de rien.10
Rumford en conclut que la chaleur n’est pas une substance contenue dans le métal, mais la manifestation du mouvement.
Une nuance s’impose toutefois. Rumford associait la chaleur au mouvement, mais rien n’indique qu’il ait adhéré à une théorie précise des particules en agitation. Il a montré ce que la chaleur n’était pas, bien plus clairement que ce qu’elle était.11
Le retournement
Un dernier rebondissement illustre la complexité du progrès scientifique.
En 1800, l’astronome William Herschel découvre l’existence d’un rayonnement thermique situé au-delà du rouge dans le spectre lumineux : les infrarouges. Cette avancée est détaillée dans la page consacrée au spectre électromagnétique (4.14).12
Cette expérience est aujourd’hui enseignée comme la preuve que nos sens ne perçoivent qu’une fraction de la réalité. C’est vrai — aujourd’hui.
Mais sur le coup, elle a produit l’effet inverse : elle a semblé confirmer la théorie du calorique.13
À cette époque, la lumière était perçue comme un flux de corpuscules. Comme Herschel venait de démontrer que la chaleur traversait le vide exactement comme la lumière, les physiciens en ont conclu que la chaleur était elle aussi composée de particules : des molécules de calorique.14
Ce n’est que dans les années 1820, lorsque la nature ondulatoire de la lumière s’est imposée, que cet argument a perdu son appui.15
Une observation exacte et une mesure rigoureuse ont ainsi servi à consolider une théorie fausse pendant plus de vingt ans.
Les faits ne s’interprètent jamais d’eux-mêmes : un fait ne parle que dans la langue théorique que son époque lui prête.
Nous parlons encore la langue du calorique
Le calorique a été abandonné il y a plus de cent cinquante ans, mais notre langage quotidien en garde les empreintes.
Nous disons encore que la chaleur « s’écoule », qu’elle « passe » d’un corps à un autre, ou qu’elle « s’échappe » d’une maison mal isolée. Plus frappant encore : l’unité d’énergie indiquée sur nos emballages alimentaires s’appelle toujours la calorie — un mot apparu dans des cours donnés à Paris entre 1819 et 1824, en plein règne du calorique.16
C’est le vocabulaire d’un fluide. Il a survécu à la théorie qui l’a engendré. Les physiciens maîtrisent ces nuances et effectuent des calculs rigoureux, mais ces termes restent des fantômes linguistiques d’idées obsolètes.
Le sens du temps
La thermodynamique introduit un concept unique et troublant en physique.
Si l’on filme le choc de deux boules de billard et que l’on passe la séquence à l’envers, la scène reste parfaitement crédible. La quasi-totalité des lois de la mécanique classique sont réversibles par rapport au temps.
La chaleur fait exception. Une tasse de thé chaud refroidit spontanément dans une pièce tiède ; jamais une tasse tiède ne se réchauffera d’elle-même en refroidissant l’air autour d’elle. Le transfert thermique s’effectue toujours du chaud vers le froid, et jamais en sens inverse sans apport d’énergie externe.17
C’est, à une exception près connue des seuls spécialistes des particules, la seule loi fondamentale de la physique qui distingue le passé du futur — et c’est elle qui explique pourquoi l’énergie se dégrade inéluctablement, comme l’explique la page consacrée à l’énergie (4.8).18
Note 1
We also saw in Temperature, Kinetic Theory, and the Gas Laws that temperature is proportional to the (average) kinetic energy of atoms and molecules. […] Heat is the spontaneous transfer of energy due to a temperature difference.
Nous avons aussi vu dans « Temperature, Kinetic Theory, and the Gas Laws » que la température est proportionnelle à l’énergie cinétique (moyenne) des atomes et des molécules. […] La chaleur est le transfert spontané d’énergie dû à une différence de température.
Urone, Paul Peter et Hinrichs, Roger, College Physics 2e, OpenStax (Rice University), 2022, section 14.1 « Heat »
Note 2
Perhaps heat was another of these invisible fluids? […] For example, since it tended to flow from hot bodies into cold bodies and spread throughout the body, presumably its particles repelled each other, just like those of the electrical fluid.
Peut-être la chaleur était-elle un autre de ces fluides invisibles ? […] Par exemple, puisqu’il tendait à s’écouler des corps chauds vers les corps froids et à se répandre dans tout le corps, ses particules se repoussaient sans doute les unes les autres, tout comme celles du fluide électrique.
Fowler, Michael, « Early Attempts to Understand Heat: Is It a Fluid, or What? », notes de cours (Physics 152), University of Virginia
Note 3
But the caloric theory did much more: the whole theory of heat flow in solids, including important problems like the cooling of the earth over geological time, were analyzed quantitatively using sophisticated mathematical techniques developed in France (by Fourier and others) applied to the caloric theory, and these methods and results are all still good.
Mais la théorie du calorique a fait bien davantage : toute la théorie de la propagation de la chaleur dans les solides, y compris des problèmes importants comme le refroidissement de la Terre au fil des temps géologiques, a été analysée quantitativement grâce à des techniques mathématiques sophistiquées mises au point en France (par Fourier et d’autres) appliquées à la théorie du calorique, et ces méthodes et résultats sont toujours valables.
Fowler, Michael, « Teaching Heat: The Rise and Fall of the Caloric Theory », notes de cours, University of Virginia
Note 4
indeed the mechanical theory of heat is by far the more ancient of the two. […] Then with the rise of the atomic theory and the discovery of oxygen, many quantitative things could be explained by the idea that heat was a gas of indestructible atoms. […] Thus, in contrast to the old-fashioned dynamical theory, the caloric theory of heat used a few basic ideas of the up-to-date atomic theory and could explain beautifully the facts of combustion and calorimetry.
Ainsi, contrairement à la vieille théorie dynamique, la théorie calorique de la chaleur reprenait quelques idées fondamentales de la théorie atomique la plus récente et pouvait expliquer à merveille les faits de la combustion et de la calorimétrie.
Mendoza, Eric, « A Sketch for a History of Early Thermodynamics », Physics Today, vol. 14, n° 2, février 1961, p. 32 et suiv.
Note 5
The mathematics predicted most of the correct results […] Then with the rise of the atomic theory and the discovery of oxygen, many quantitative things could be explained by the idea that heat was a gas of indestructible atoms. […] Thus, in contrast to the old-fashioned dynamical theory, the caloric theory of heat used a few basic ideas of the up-to-date atomic theory and could explain beautifully the facts of combustion and calorimetry.
Les calculs prédisaient la plupart des résultats exacts […] Puis, avec l’essor de la théorie atomique et la découverte de l’oxygène, bien des faits quantitatifs purent s’expliquer par l’idée que la chaleur était un gaz d’atomes indestructibles. […] Ainsi, contrairement à la vieille théorie dynamique, la théorie calorique de la chaleur reprenait quelques idées fondamentales de la théorie atomique la plus récente et pouvait expliquer à merveille les faits de la combustion et de la calorimétrie.
Mendoza, Eric, « A Sketch for a History of Early Thermodynamics », Physics Today, vol. 14, n° 2, février 1961, p. 32 et suiv.
Note 6
I have now the honour to present it with the results of the experiments I have made in order to determine the mechanical equivalent of heat with exactness.
J’ai maintenant l’honneur de lui présenter les résultats des expériences que j’ai faites afin de déterminer avec exactitude l’équivalent mécanique de la chaleur.
Joule, James Prescott, « On the Mechanical Equivalent of Heat », Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 140, 1850, p. 61-82
Kräfte sind Ursachen, mithin findet auf dieselben volle Anwendung der Grundsatz: causa aequat effectum. […] Kräfte sind also: unzerstörliche, wandelbare, imponderable Objecte.
Les forces sont des causes ; le principe causa aequat effectum s’applique donc pleinement à elles. […] Les forces sont donc des objets indestructibles, convertibles et impondérables.
Mayer, Julius Robert, « Bemerkungen über die Kräfte der unbelebten Natur », Annalen der Chemie und Pharmacie, vol. 42, 1842, p. 233-240
Note 7
Being engaged, lately, in superintending the boring of cannon in the workshops of the military arsenal at Munich, I was struck with the very considerable degree of heat which a brass gun acquires, in a short time, in being bored
Occupé dernièrement à surveiller le forage des canons dans les ateliers de l’arsenal militaire de Munich, je fus frappé du degré de chaleur très considérable qu’acquiert en peu de temps un canon de bronze pendant qu’on le fore
Thompson, Benjamin, comte Rumford, « An Inquiry Concerning the Source of the Heat Which Is Excited by Friction », Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 88, 1798, p. 80-102
Note 8
This cylinder being designed for the express purpose of generating heat by friction, by having a blunt borer forced against its solid bottom at the same time that it should be turned round its axis […] on pouring water into the box, and filling it to the brim, the cylinder would be completely covered, and surrounded on every side, by that fluid. […] seeing so large a quantity of cold water heated, and actually made to boil, without any fire.
Ce cylindre étant conçu dans le but exprès de produire de la chaleur par frottement, au moyen d’un foret émoussé pressé contre son fond plein pendant qu’on le ferait tourner sur son axe […] en versant de l’eau dans la boîte et en la remplissant à ras bord, le cylindre serait entièrement recouvert et entouré de tous côtés par ce liquide. […] en voyant une si grande quantité d’eau froide chauffée, et même portée à ébullition, sans aucun feu.
Thompson, Benjamin, comte Rumford, « An Inquiry Concerning the Source of the Heat Which Is Excited by Friction », Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 88, 1798, p. 80-102
Note 9
From hence it is evident, that the heat produced could not possibly have been furnished at the expence of the latent heat of the metallic chips. […] Having taken away the borer, I now removed the metallic dust, or rather scaly matter, which had been detached from the bottom of the cylinder by the blunt steel borer […] Was it furnished by the air? This could not have been the case; […] Was it furnished by the water which surrounded the machinery? That this could not have been the case is evident;
Il est donc évident que la chaleur produite n’a pas pu être fournie aux dépens de la chaleur latente des copeaux métalliques. […] Ayant retiré le foret, j’enlevai alors la poussière métallique, ou plutôt la matière en écailles, qui avait été détachée du fond du cylindre par le foret d’acier émoussé […] Était-elle fournie par l’air ? Cela ne pouvait pas être le cas ; […] Était-elle fournie par l’eau qui entourait la machine ? Il est évident que cela ne pouvait pas être le cas ;
Thompson, Benjamin, comte Rumford, « An Inquiry Concerning the Source of the Heat Which Is Excited by Friction », Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 88, 1798, p. 80-102
Note 10
given off in a constant stream or flux, in all directions, without interruption or intermission, and without any signs of diminution, or exhaustion. […] the source of the heat generated by friction, in these experiments, appeared evidently to be inexhaustible.
dégagée en un courant ou flux constant, dans toutes les directions, sans interruption ni relâche, et sans aucun signe de diminution ou d’épuisement. […] la source de la chaleur produite par frottement, dans ces expériences, paraissait de toute évidence inépuisable.
Thompson, Benjamin, comte Rumford, « An Inquiry Concerning the Source of the Heat Which Is Excited by Friction », Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 88, 1798, p. 80-102
Note 11
Though Rumford was to come to associate heat with motion, there is no evidence that he was committed to the kinetic theory
Même si Rumford devait en venir à associer la chaleur au mouvement, rien n’indique qu’il adhérait à la théorie cinétique
Young, John B., « Heat, Work and Subtle Fluids: A Commentary on Joule (1850) », Philosophical Transactions of the Royal Society A, vol. 373, 20140348, 2015
Note 12
The first four experiments prove, that there are rays coming from the sun, which are less refrangible than any of those that affect the sight. […] The four last experiments prove, that the maximum of the heating power is vested among the invisible rays
Les quatre premières expériences prouvent qu’il existe des rayons venant du Soleil, moins réfrangibles qu’aucun de ceux qui agissent sur la vue. […] Les quatre dernières expériences prouvent que le maximum du pouvoir calorifique se trouve parmi les rayons invisibles
Herschel, William, « Experiments on the Refrangibility of the Invisible Rays of the Sun », Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 90, 1800, p. 284-292
Note 13
Around 1800, Herschel discovered that on passing sunlight through a prism, and detecting the heat corresponding to the different colors, in fact there was heat transmitted beyond the red. This suggested that radiant heat was caloric particles streaming through space, and no doubt very similar in character to light.
Vers 1800, Herschel découvrit qu’en faisant passer la lumière du soleil à travers un prisme et en détectant la chaleur correspondant aux différentes couleurs, il y avait en fait de la chaleur transmise au-delà du rouge. Cela laissait penser que la chaleur rayonnante était faite de particules de calorique filant à travers l’espace, sans doute de nature très semblable à la lumière.
Fowler, Michael, « Teaching Heat: The Rise and Fall of the Caloric Theory », notes de cours, University of Virginia
Note 14
Before the 1820's, almost everyone believed, following Newton, that light was a stream of particles. Around 1800, Herschel discovered that on passing sunlight through a prism, and detecting the heat corresponding to the different colors, in fact there was heat transmitted beyond the red. This suggested that radiant heat was caloric particles streaming through space, and no doubt very similar in character to light.
Avant les années 1820, presque tout le monde croyait, à la suite de Newton, que la lumière était un flux de particules. Vers 1800, Herschel découvrit qu’en faisant passer la lumière du soleil à travers un prisme et en détectant la chaleur correspondant aux différentes couleurs, il y avait en fait de la chaleur transmise au-delà du rouge. Cela laissait penser que la chaleur rayonnante était faite de particules de calorique filant à travers l’espace, et sans doute de nature très semblable à la lumière.
Fowler, Michael, « Teaching Heat: The Rise and Fall of the Caloric Theory », notes de cours, University of Virginia
Note 15
But in the 1820's it was unambiguously established that light was really a wave. Did this mean heat was a wave too? Perhaps the caloric fluid was oscillations in the ether. Things were now very confused.
Mais dans les années 1820, il fut établi sans ambiguïté que la lumière était bien une onde. Cela voulait-il dire que la chaleur était aussi une onde ? Peut-être le fluide calorique était-il des oscillations dans l’éther. Les choses étaient désormais très confuses.
Fowler, Michael, « Teaching Heat: The Rise and Fall of the Caloric Theory », notes de cours, University of Virginia
But in the 1820's it was unambiguously established that light was really a wave. Did this mean heat was a wave too? Perhaps the caloric fluid was oscillations in the ether. Things were now very confused.
Mais dans les années 1820, il fut établi sans ambiguïté que la lumière était bien une onde. Cela voulait-il dire que la chaleur était aussi une onde ? Peut-être le fluide calorique était-il des oscillations dans l’éther. Les choses étaient désormais très confuses.
Fowler, Michael, « Teaching Heat: The Rise and Fall of the Caloric Theory », notes de cours, University of Virginia
Note 16
However, Nicholas Clément introduced Calories in lectures on heat engines that were given in Paris between 1819 and 1824.
Cependant, Nicolas Clément a introduit les calories dans des cours sur les machines thermiques donnés à Paris entre 1819 et 1824.
Clément, Nicolas, cours au Conservatoire des arts et métiers, 1824, cité dans Hargrove, James L., « History of the Calorie in Nutrition », The Journal of Nutrition, vol. 136, 2006, p. 2957-2961
Note 17
We know from common personal experience that heat flows from a hotter object to a colder one. […] Heat never flows spontaneously from a colder object to a hotter object.
Nous savons par expérience personnelle courante que la chaleur passe d’un objet plus chaud à un objet plus froid. […] La chaleur ne passe jamais spontanément d’un objet plus froid à un objet plus chaud.
Ling, Samuel J., Moebs, William et Sanny, Jeff, University Physics, vol. 2, OpenStax, 2016, § 4.1 « Reversible and Irreversible Processes »
Note 18
There is a fourth version of the second law of thermodynamics stated in terms of entropy: The total entropy of a system either increases or remains constant in any process; it never decreases. […] When entropy increases, a certain amount of energy becomes permanently unavailable to do work.
Il existe une quatrième version du second principe de la thermodynamique, formulée en termes d’entropie : l’entropie totale d’un système augmente ou reste constante au cours de toute transformation ; elle ne diminue jamais. […] Quand l’entropie augmente, une certaine quantité d’énergie devient définitivement indisponible pour produire un travail.
Urone, Paul Peter et Hinrichs, Roger, College Physics 2e, OpenStax (Rice University), 2022, section 15.6 « Entropy and the Second Law of Thermodynamics: Disorder and the Unavailability of Energy »
Notes et sources
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Passage La température indique le degré d’agitation […] La chaleur mesure la quantité d’énergie transférée d’un corps à un autre.
We also saw in Temperature, Kinetic Theory, and the Gas Laws that temperature is proportional to the (average) kinetic energy of atoms and molecules. […] Heat is the spontaneous transfer of energy due to a temperature difference.
Traduction de la rédaction Nous avons aussi vu dans « Temperature, Kinetic Theory, and the Gas Laws » que la température est proportionnelle à l’énergie cinétique (moyenne) des atomes et des molécules. […] La chaleur est le transfert spontané d’énergie dû à une différence de température.
Source Urone, Paul Peter et Hinrichs, Roger, College Physics 2e, OpenStax (Rice University), 2022, section 14.1 « Heat », section 14.1 (« Heat »), 1er paragraphe.
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
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Passage La chaleur serait une substance : un fluide invisible, dont les molécules se repoussent, et qui s’écoule naturellement des corps chauds vers les corps froids.
Perhaps heat was another of these invisible fluids? […] For example, since it tended to flow from hot bodies into cold bodies and spread throughout the body, presumably its particles repelled each other, just like those of the electrical fluid.
Traduction de la rédaction Peut-être la chaleur était-elle un autre de ces fluides invisibles ? […] Par exemple, puisqu’il tendait à s’écouler des corps chauds vers les corps froids et à se répandre dans tout le corps, ses particules se repoussaient sans doute les unes les autres, tout comme celles du fluide électrique.
Source Fowler, Michael, « Early Attempts to Understand Heat: Is It a Fluid, or What? », notes de cours (Physics 152), University of Virginia, section « Lavoisier’s Caloric Fluid Theory », 1er paragraphe (1re phrase) et 2ᵉ paragraphe (3ᵉ phrase).
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
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Passage ce modèle rendait bien compte de nombreuses observations de l’époque, et il a même permis de calculer comment la chaleur se propage dans les solides, avec des résultats encore valables aujourd’hui
But the caloric theory did much more: the whole theory of heat flow in solids, including important problems like the cooling of the earth over geological time, were analyzed quantitatively using sophisticated mathematical techniques developed in France (by Fourier and others) applied to the caloric theory, and these methods and results are all still good.
Traduction de la rédaction Mais la théorie du calorique a fait bien davantage : toute la théorie de la propagation de la chaleur dans les solides, y compris des problèmes importants comme le refroidissement de la Terre au fil des temps géologiques, a été analysée quantitativement grâce à des techniques mathématiques sophistiquées mises au point en France (par Fourier et d’autres) appliquées à la théorie du calorique, et ces méthodes et résultats sont toujours valables.
Source Fowler, Michael, « Teaching Heat: The Rise and Fall of the Caloric Theory », notes de cours, University of Virginia, notes « Teaching Heat: the Rise and Fall of the Caloric Theory », passage sur les succès de la théorie du calorique (Newton, Fourier, avant Carnot).
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 24 octobre 2026
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Passage Mais cette hypothèse, bien plus ancienne, n’avait pas les succès chiffrés de sa rivale.
indeed the mechanical theory of heat is by far the more ancient of the two. […] Then with the rise of the atomic theory and the discovery of oxygen, many quantitative things could be explained by the idea that heat was a gas of indestructible atoms. […] Thus, in contrast to the old-fashioned dynamical theory, the caloric theory of heat used a few basic ideas of the up-to-date atomic theory and could explain beautifully the facts of combustion and calorimetry.
Traduction de la rédaction Ainsi, contrairement à la vieille théorie dynamique, la théorie calorique de la chaleur reprenait quelques idées fondamentales de la théorie atomique la plus récente et pouvait expliquer à merveille les faits de la combustion et de la calorimétrie.
Source Mendoza, Eric, « A Sketch for a History of Early Thermodynamics », Physics Today, vol. 14, n° 2, février 1961, p. 32 et suiv., p. 32 (les deux théories ; essor de la théorie atomique), puis p. 33.
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 28 octobre 2026
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Passage Le calorique, à l’inverse, s’appuyait sur la chimie la plus récente — on se le représentait comme un gaz d’atomes indestructibles — et il expliquait très bien la combustion et la calorimétrie. Ses calculs donnaient la plupart des bons résultats.
The mathematics predicted most of the correct results […] Then with the rise of the atomic theory and the discovery of oxygen, many quantitative things could be explained by the idea that heat was a gas of indestructible atoms. […] Thus, in contrast to the old-fashioned dynamical theory, the caloric theory of heat used a few basic ideas of the up-to-date atomic theory and could explain beautifully the facts of combustion and calorimetry.
Traduction de la rédaction Les calculs prédisaient la plupart des résultats exacts […] Puis, avec l’essor de la théorie atomique et la découverte de l’oxygène, bien des faits quantitatifs purent s’expliquer par l’idée que la chaleur était un gaz d’atomes indestructibles. […] Ainsi, contrairement à la vieille théorie dynamique, la théorie calorique de la chaleur reprenait quelques idées fondamentales de la théorie atomique la plus récente et pouvait expliquer à merveille les faits de la combustion et de la calorimétrie.
Source Mendoza, Eric, « A Sketch for a History of Early Thermodynamics », Physics Today, vol. 14, n° 2, février 1961, p. 32 et suiv., p. 32, puis p. 33.
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
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Pour l’ensemble de cette partie
Passage Équivalent mécanique de la chaleur : Rapport de conversion fixe entre le travail mécanique fourni et la chaleur produite.
I have now the honour to present it with the results of the experiments I have made in order to determine the mechanical equivalent of heat with exactness.
Traduction de la rédaction J’ai maintenant l’honneur de lui présenter les résultats des expériences que j’ai faites afin de déterminer avec exactitude l’équivalent mécanique de la chaleur.
Source Joule, James Prescott, « On the Mechanical Equivalent of Heat », Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 140, 1850, p. 61-82, introduction, p. 61.
Domaine public ouvrir la source · vérifié le 24 octobre 2026
Passage une première formulation de la conservation
Kräfte sind Ursachen, mithin findet auf dieselben volle Anwendung der Grundsatz: causa aequat effectum. […] Kräfte sind also: unzerstörliche, wandelbare, imponderable Objecte.
Traduction de la rédaction Les forces sont des causes ; le principe causa aequat effectum s’applique donc pleinement à elles. […] Les forces sont donc des objets indestructibles, convertibles et impondérables.
Source Mayer, Julius Robert, « Bemerkungen über die Kräfte der unbelebten Natur », Annalen der Chemie und Pharmacie, vol. 42, 1842, p. 233-240, p. 3-4 de la réimpression de l’auteur (Mayer, Die Mechanik der Wärme in gesammelten Schriften, J. G. Cotta, 1867), qui renvoie à l’original : Annalen, t. XLII, cahier de mai 1842, p. 233 et suiv..
Domaine public ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
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Passage Benjamin Thompson, connu sous le nom de comte Rumford, supervisait le perçage des canons dans l’arsenal de Munich
Being engaged, lately, in superintending the boring of cannon in the workshops of the military arsenal at Munich, I was struck with the very considerable degree of heat which a brass gun acquires, in a short time, in being bored
Traduction de la rédaction Occupé dernièrement à surveiller le forage des canons dans les ateliers de l’arsenal militaire de Munich, je fus frappé du degré de chaleur très considérable qu’acquiert en peu de temps un canon de bronze pendant qu’on le fore
Source Thompson, Benjamin, comte Rumford, « An Inquiry Concerning the Source of the Heat Which Is Excited by Friction », Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 88, 1798, p. 80-102, p. 81, début du 3e paragraphe du mémoire.
Domaine public ouvrir la source · vérifié le 24 octobre 2026
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Passage il entoure l’extrémité du canon d’un caisson rempli d’eau et presse contre elle un foret volontairement émoussé, pendant qu’on fait tourner le canon […] L’eau finit par bouillir.
This cylinder being designed for the express purpose of generating heat by friction, by having a blunt borer forced against its solid bottom at the same time that it should be turned round its axis […] on pouring water into the box, and filling it to the brim, the cylinder would be completely covered, and surrounded on every side, by that fluid. […] seeing so large a quantity of cold water heated, and actually made to boil, without any fire.
Traduction de la rédaction Ce cylindre étant conçu dans le but exprès de produire de la chaleur par frottement, au moyen d’un foret émoussé pressé contre son fond plein pendant qu’on le ferait tourner sur son axe […] en versant de l’eau dans la boîte et en la remplissant à ras bord, le cylindre serait entièrement recouvert et entouré de tous côtés par ce liquide. […] en voyant une si grande quantité d’eau froide chauffée, et même portée à ébullition, sans aucun feu.
Source Thompson, Benjamin, comte Rumford, « An Inquiry Concerning the Source of the Heat Which Is Excited by Friction », Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 88, 1798, p. 80-102, description du cylindre et du foret émoussé, du caisson d’eau (fig. 3-4), puis récit de l’ébullition.
Domaine public ouvrir la source · vérifié le 9 septembre 2026
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Passage Il recueille les copeaux arrachés au métal, et montre qu’ils ne peuvent pas être la source de la chaleur. Il écarte de la même façon l’air, puis l’eau qui entoure la machine.
From hence it is evident, that the heat produced could not possibly have been furnished at the expence of the latent heat of the metallic chips. […] Having taken away the borer, I now removed the metallic dust, or rather scaly matter, which had been detached from the bottom of the cylinder by the blunt steel borer […] Was it furnished by the air? This could not have been the case; […] Was it furnished by the water which surrounded the machinery? That this could not have been the case is evident;
Traduction de la rédaction Il est donc évident que la chaleur produite n’a pas pu être fournie aux dépens de la chaleur latente des copeaux métalliques. […] Ayant retiré le foret, j’enlevai alors la poussière métallique, ou plutôt la matière en écailles, qui avait été détachée du fond du cylindre par le foret d’acier émoussé […] Était-elle fournie par l’air ? Cela ne pouvait pas être le cas ; […] Était-elle fournie par l’eau qui entourait la machine ? Il est évident que cela ne pouvait pas être le cas ;
Source Thompson, Benjamin, comte Rumford, « An Inquiry Concerning the Source of the Heat Which Is Excited by Friction », Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 88, 1798, p. 80-102, expérience préliminaire sur les copeaux, expérience n° 1, puis discussion finale.
Domaine public ouvrir la source · vérifié le 9 septembre 2026
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Passage le frottement semblait pouvoir produire de la chaleur sans fin, sans jamais s’épuiser
given off in a constant stream or flux, in all directions, without interruption or intermission, and without any signs of diminution, or exhaustion. […] the source of the heat generated by friction, in these experiments, appeared evidently to be inexhaustible.
Traduction de la rédaction dégagée en un courant ou flux constant, dans toutes les directions, sans interruption ni relâche, et sans aucun signe de diminution ou d’épuisement. […] la source de la chaleur produite par frottement, dans ces expériences, paraissait de toute évidence inépuisable.
Source Thompson, Benjamin, comte Rumford, « An Inquiry Concerning the Source of the Heat Which Is Excited by Friction », Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 88, 1798, p. 80-102, discussion finale du mémoire.
Domaine public ouvrir la source · vérifié le 9 septembre 2026
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Passage Rumford associait la chaleur au mouvement, mais rien n’indique qu’il ait adhéré à une théorie précise des particules en agitation.
Though Rumford was to come to associate heat with motion, there is no evidence that he was committed to the kinetic theory
Traduction de la rédaction Même si Rumford devait en venir à associer la chaleur au mouvement, rien n’indique qu’il adhérait à la théorie cinétique
Source Young, John B., « Heat, Work and Subtle Fluids: A Commentary on Joule (1850) », Philosophical Transactions of the Royal Society A, vol. 373, 20140348, 2015, commentaire historique du mémoire.
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 9 septembre 2026
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Passage En 1800, l’astronome William Herschel découvre l’existence d’un rayonnement thermique situé au-delà du rouge
The first four experiments prove, that there are rays coming from the sun, which are less refrangible than any of those that affect the sight. […] The four last experiments prove, that the maximum of the heating power is vested among the invisible rays
Traduction de la rédaction Les quatre premières expériences prouvent qu’il existe des rayons venant du Soleil, moins réfrangibles qu’aucun de ceux qui agissent sur la vue. […] Les quatre dernières expériences prouvent que le maximum du pouvoir calorifique se trouve parmi les rayons invisibles
Source Herschel, William, « Experiments on the Refrangibility of the Invisible Rays of the Sun », Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 90, 1800, p. 284-292, conclusions de l’article, p. 290-291.
Domaine public ouvrir la source · vérifié le 24 octobre 2026
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Passage elle a semblé confirmer la théorie du calorique
Around 1800, Herschel discovered that on passing sunlight through a prism, and detecting the heat corresponding to the different colors, in fact there was heat transmitted beyond the red. This suggested that radiant heat was caloric particles streaming through space, and no doubt very similar in character to light.
Traduction de la rédaction Vers 1800, Herschel découvrit qu’en faisant passer la lumière du soleil à travers un prisme et en détectant la chaleur correspondant aux différentes couleurs, il y avait en fait de la chaleur transmise au-delà du rouge. Cela laissait penser que la chaleur rayonnante était faite de particules de calorique filant à travers l’espace, sans doute de nature très semblable à la lumière.
Source Fowler, Michael, « Teaching Heat: The Rise and Fall of the Caloric Theory », notes de cours, University of Virginia, paragraphe commençant par « In fact, by this time », 3ᵉ et 4ᵉ phrases (passage sur Herschel).
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
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Passage les physiciens en ont conclu que la chaleur était elle aussi composée de particules
Before the 1820's, almost everyone believed, following Newton, that light was a stream of particles. Around 1800, Herschel discovered that on passing sunlight through a prism, and detecting the heat corresponding to the different colors, in fact there was heat transmitted beyond the red. This suggested that radiant heat was caloric particles streaming through space, and no doubt very similar in character to light.
Traduction de la rédaction Avant les années 1820, presque tout le monde croyait, à la suite de Newton, que la lumière était un flux de particules. Vers 1800, Herschel découvrit qu’en faisant passer la lumière du soleil à travers un prisme et en détectant la chaleur correspondant aux différentes couleurs, il y avait en fait de la chaleur transmise au-delà du rouge. Cela laissait penser que la chaleur rayonnante était faite de particules de calorique filant à travers l’espace, et sans doute de nature très semblable à la lumière.
Source Fowler, Michael, « Teaching Heat: The Rise and Fall of the Caloric Theory », notes de cours, University of Virginia, paragraphe commençant par « In fact, by this time », 2ᵉ à 4ᵉ phrases (passage sur les difficultés du calorique).
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
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Passage Ce n’est que dans les années 1820, lorsque la nature ondulatoire de la lumière s’est imposée
But in the 1820's it was unambiguously established that light was really a wave. Did this mean heat was a wave too? Perhaps the caloric fluid was oscillations in the ether. Things were now very confused.
Traduction de la rédaction Mais dans les années 1820, il fut établi sans ambiguïté que la lumière était bien une onde. Cela voulait-il dire que la chaleur était aussi une onde ? Peut-être le fluide calorique était-il des oscillations dans l’éther. Les choses étaient désormais très confuses.
Source Fowler, Michael, « Teaching Heat: The Rise and Fall of the Caloric Theory », notes de cours, University of Virginia, paragraphe commençant par « In fact, by this time », 5ᵉ à 8ᵉ phrases (après le passage sur Herschel).
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
Passage que cet argument a perdu son appui.
But in the 1820's it was unambiguously established that light was really a wave. Did this mean heat was a wave too? Perhaps the caloric fluid was oscillations in the ether. Things were now very confused.
Traduction de la rédaction Mais dans les années 1820, il fut établi sans ambiguïté que la lumière était bien une onde. Cela voulait-il dire que la chaleur était aussi une onde ? Peut-être le fluide calorique était-il des oscillations dans l’éther. Les choses étaient désormais très confuses.
Source Fowler, Michael, « Teaching Heat: The Rise and Fall of the Caloric Theory », notes de cours, University of Virginia, paragraphe commençant par « In fact, by this time », 5ᵉ à 8ᵉ phrases (après le passage sur Herschel).
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
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Passage l’unité d’énergie indiquée sur nos emballages alimentaires s’appelle toujours la calorie — un mot apparu dans des cours donnés à Paris entre 1819 et 1824
However, Nicholas Clément introduced Calories in lectures on heat engines that were given in Paris between 1819 and 1824.
Traduction de la rédaction Cependant, Nicolas Clément a introduit les calories dans des cours sur les machines thermiques donnés à Paris entre 1819 et 1824.
Source Clément, Nicolas, cours au Conservatoire des arts et métiers, 1824, cité dans Hargrove, James L., « History of the Calorie in Nutrition », The Journal of Nutrition, vol. 136, 2006, p. 2957-2961, résumé (abstract), 3e phrase.
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 24 octobre 2026
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Passage Le transfert thermique s’effectue toujours du chaud vers le froid, et jamais en sens inverse sans apport d’énergie externe.
We know from common personal experience that heat flows from a hotter object to a colder one. […] Heat never flows spontaneously from a colder object to a hotter object.
Traduction de la rédaction Nous savons par expérience personnelle courante que la chaleur passe d’un objet plus chaud à un objet plus froid. […] La chaleur ne passe jamais spontanément d’un objet plus froid à un objet plus chaud.
Source Ling, Samuel J., Moebs, William et Sanny, Jeff, University Physics, vol. 2, OpenStax, 2016, § 4.1 « Reversible and Irreversible Processes », § 4.1, paragraphe sur le transfert spontané de chaleur (après la figure 4.3) et énoncé « Second Law of Thermodynamics (Clausius statement) » qui le suit.
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
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Passage c’est elle qui explique pourquoi l’énergie se dégrade
There is a fourth version of the second law of thermodynamics stated in terms of entropy: The total entropy of a system either increases or remains constant in any process; it never decreases. […] When entropy increases, a certain amount of energy becomes permanently unavailable to do work.
Traduction de la rédaction Il existe une quatrième version du second principe de la thermodynamique, formulée en termes d’entropie : l’entropie totale d’un système augmente ou reste constante au cours de toute transformation ; elle ne diminue jamais. […] Quand l’entropie augmente, une certaine quantité d’énergie devient définitivement indisponible pour produire un travail.
Source Urone, Paul Peter et Hinrichs, Roger, College Physics 2e, OpenStax (Rice University), 2022, section 15.6 « Entropy and the Second Law of Thermodynamics: Disorder and the Unavailability of Energy », § 15.6, énoncé du second principe en termes d’entropie (après l’exemple 15.6) et sous-section « Entropy and the Unavailability of Energy to Do Work » (après la figure 15.34).
Accès libre ouvrir la source · vérifié le 27 octobre 2026
Références bibliographiques
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- Atkins, Peter, The Laws of Thermodynamics: A Very Short Introduction, Oxford University Press, 2010, en bibliothèque (le second principe et la flèche du temps).
- Chang, Hasok, Inventing Temperature: Measurement and Scientific Progress, Oxford University Press, 2004, en bibliothèque (la lente construction de la distinction entre chaleur et température).
- Clément, Nicolas, cours au Conservatoire des arts et métiers, 1824, cité dans Hargrove, James L., « History of the Calorie in Nutrition », The Journal of Nutrition, vol. 136, 2006, p. 2957-2961, en accès libre (l’origine du mot « calorie »).
- Fowler, Michael, « Early Attempts to Understand Heat: Is It a Fluid, or What? », notes de cours (Physics 152), University of Virginia, en accès libre (le fluide calorique de Lavoisier, invisible, dont les particules se repoussent et qui va du chaud vers le froid). https://galileo.phys.virginia.edu/classes/152.mf1i.spring02/What%20is%20Heat.htm
- Fowler, Michael, « Teaching Heat: The Rise and Fall of the Caloric Theory », notes de cours, University of Virginia, en accès libre (pourquoi le calorique expliquait bien les observations de son temps). https://galileoandeinstein.phys.virginia.edu/more_stuff/TeachingHeat.htm
- Fox, Robert, The Caloric Theory of Gases from Lavoisier to Regnault, Clarendon Press, 1971, en bibliothèque (l’histoire de référence : la rationalité du calorique, son renforcement par la découverte de l’infrarouge, sa chute).
- Herschel, William, « Experiments on the Refrangibility of the Invisible Rays of the Sun », Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 90, 1800, p. 284-292, domaine public (la découverte du rayonnement au-delà du rouge ; voir l’entrée 4.14).
- Joule, James Prescott, « On the Mechanical Equivalent of Heat », Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 140, 1850, p. 61-82, domaine public (l’équivalent mécanique de la chaleur).
- Ling, Samuel J., Moebs, William et Sanny, Jeff, University Physics, vol. 2, OpenStax, 2016, § 4.1 « Reversible and Irreversible Processes », en accès libre (l’énoncé de Clausius : la chaleur ne passe jamais spontanément du froid vers le chaud). https://openstax.org/books/university-physics-volume-2/pages/4-1-reversible-and-irreversible-processes
- Mayer, Julius Robert, « Bemerkungen über die Kräfte der unbelebten Natur », Annalen der Chemie und Pharmacie, vol. 42, 1842, p. 233-240, domaine public (une première formulation de la conservation).
- Mendoza, Eric, « A Sketch for a History of Early Thermodynamics », Physics Today, vol. 14, n° 2, février 1961, p. 32 et suiv., en accès libre (le calorique, adossé à la théorie atomique et quantitatif, face à une théorie dynamique ancienne et qualitative). https://aip.brightspotcdn.com/PTO.v14.i2.32_1.online.pdf
- Thompson, Benjamin, comte Rumford, « An Inquiry Concerning the Source of the Heat Which Is Excited by Friction », Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 88, 1798, p. 80-102, domaine public (l’alésage des canons, le caisson d’eau, le foret émoussé, l’élimination des explications concurrentes, la chaleur apparemment inépuisable). https://archive.org/details/philtrans03748212
- Urone, Paul Peter et Hinrichs, Roger, College Physics 2e, OpenStax (Rice University), 2022, section 14.1 « Heat », en accès libre (la température, proportionnelle à l’énergie cinétique moyenne des atomes et des molécules ; la chaleur, transfert d’énergie dû à une différence de température). https://openstax.org/books/college-physics-2e/pages/14-1-heat
- Urone, Paul Peter et Hinrichs, Roger, College Physics 2e, OpenStax (Rice University), 2022, section 15.6 « Entropy and the Second Law of Thermodynamics: Disorder and the Unavailability of Energy », en accès libre (le second principe en termes d’entropie ; l’énergie rendue définitivement indisponible pour un travail). https://openstax.org/books/college-physics-2e/pages/15-6-entropy-and-the-second-law-of-thermodynamics-disorder-and-the-unavailability-of-energy
- Young, John B., « Heat, Work and Subtle Fluids: A Commentary on Joule (1850) », Philosophical Transactions of the Royal Society A, vol. 373, 20140348, 2015, en accès libre (l’expérience de Rumford, les objections des partisans du calorique, l’apport de Joule).
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