Joseph Fourier, pilier de la physique mathématique (1768 – 1830)

La propagation de la chaleur est un phénomène sur lequel s’était penché Jean-Baptiste Biot, spéculant sur le modèle mathématique à employer pour l’expliquer. C’est Joseph Fourier, un autre physicien et mathématicien français, qui va finalement résoudre cette énigme.

Jean Baptiste Joseph Fourier — de son nom complet — naît le 21 mars 1768 à Auxerre. Il entre au collège militaire de sa ville natale, avant d’intégrer en 1794 l’École normale nouvellement fondée. Il y enseignera dès l’année suivante, avant de rejoindre l’École polytechnique. Il effectue ensuite des travaux archéologiques pour Napoléon en Egypte à partir de 1798, analysant rigoureusement divers monuments.

Ses grands travaux commencent en 1807 ; il élabore un traité qu’il peaufine jusqu’en 1822 : Théorie analytique de la chaleur. Il y donne une expression de la propagation de la chaleur sous forme d’équation différentielle, déterminée expérimentalement. Deuxième grande avancée, cette fois pour les mathématiques : il donne une solution à son équation sous forme de séries trigonométriques — composés de termes en sinus et cosinus ; c’est la première utilisation des séries de Fourier. La transformation de Fourier, utilisée pour obtenir ces séries, est un autre outil conséquent laissé aux mathématiques. Fourier est aussi le premier à parler d’effet de serre dans un article écrit en 1824, expliquant comment la terre est chauffée progressivement par les gaz de l’atmosphère.

 

La particularité de son travail est qu’il ne s’attarde pas sur la nature théorique de la chaleur : il n’étudie que ce qui est observable. C’est le principe de la physique mathématique lancée par Newton : utiliser les mathématiques avant tout comme un modèle pour des explications physiques. La transformation de Fourier est depuis devenue incontournable en théorie du signal, utilisée notamment pour la compression d’image JPEG, ou les réseaux de téléphone 3G et 4G. On peut retrouver Fourier sur la Fée Électricité, à droite, entre Ohm et Seebeck.

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