La conduction de la chaleur : Aspects historiques

Dans cet article, après avoir rappelé la définition actuelle du terme « chaleur » on résume son évolution en se focalisant sur le mode de la conduction thermique. La notion de chaleur a été discutée dès l’antiquité que ce soit en Orient ou en Occident. D’abord basée sur les sensations de chaud et de froid la notion de chaleur a longtemps été confondue avec celle de température. Deux types de théories se sont développées parallèlement, les théories substantialistes et les théories mécanistes. Nous suivons la progression de ces deux types de théories depuis l’antiquité pour arriver aux théories actuelles. A l’origine étaient les catégorisations aristotéliciennes, puis on cite la théorie du phlogistique, celles du calorique et de l’éther pour lesquelles la chaleur est une substance mais on montre que dès l’antiquité le mouvement des corpuscules matériels a été également associé à la chaleur. Néanmoins, de nombreux chercheurs de la fin du 18ème siècle et du début du 19ème n’ont pas voulu prendre partie, comme Fourier, qui a formalisé la conduction dans son travail de pionnier et qui reste la référence. L’interprétation corpusculaire est désormais reconnue et a suivi l’évolution du reste de la physique avec l’apparition de la mécanique quantique. La conduction thermique a été ainsi associée aux interactions entre les particules ainsi qu’aux vibrations atomiques dans les solides. Dans ce contexte, l’introduction de la quasi-particule phonon a permis une grande partie des développements actuels.

In this article, after reminding the present definition of the term « heat », its evolution is summarized with focusing on the mode of heat conduction. The notion of heat has been discussed from antiquity either in East or West. First based on a sensation of hot or cold, the notion of heat for a long time has been confused with that of temperature. Two types of theories have been simultaneously developed, substantialist theories and mechanistic theories. The progression of these two types of theories has been reported from antiquity to present times. At the beginning was the Aristotelian categorization, then the phlogiston theory and, after the theories of caloric and ether for which heat is a substance but, it is shown that as soon as antic times the motion of matter corpuscles also has been associated to heat. Nevertheless, many researchers at the end of the 18th century and the beginning of 19th did not want to take sides, as did Fourier, who has formalized heat conduction in his pioneering work and who is the reference. The corpuscular interpretation is by now accepted and has followed the physics evolution especially with the quantum mechanics. So, heat conduction is associated with particle interactions and with atomic vibrations in solids. In this context, the use of the phonon quasi-particle has contributed to a large part to the present developments.

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