Joseph Fourier


Joseph Fourier
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Joseph Fourier
Image illustrative de l'article Joseph Fourier
Joseph Fourier.
Gravure de Julien Léopold Boilly
Naissance 21 mars 1768
Auxerre (France)
Décès 16 mai 1830
Paris (France)
Nationalité Drapeau de France France
Champs mathématicien, physicien
Institution Polytechnique
Diplômé de École normale supérieure
Renommé pour Série de Fourier, Transformée de Fourier

Jean Baptiste Joseph Fourier, né le 21 mars 1768 à Auxerre et mort le 16 mai 1830 à Paris, est un mathématicien et physicien français, connu pour ses travaux sur la décomposition de fonctions périodiques en séries trigonométriques convergentes appelées séries de Fourier et leur application au problème de la propagation de la chaleur.

Sommaire

Biographie

Né d'un père garçon-tailleur et d'Edmée Germaine Lebègue, il est orphelin de père et de mère à dix ans. L'organiste d'Auxerre, Joseph Pallais, le fait entrer dans le pensionnat qu'il dirige. Recommandé par l'évêque d'Auxerre, il fait ses études à l'École militaire d'Auxerre tenue alors par les Bénédictins de la Congrégation de Saint-Maur. Destiné à l'état monastique, il préfère s'adonner aux sciences pour lesquelles il remporte la plupart des premiers prix[1]. Élève brillant, il y est promu professeur dès l'âge de seize ans et peut dès lors commencer ses recherches personnelles[2]. Il intègre l'École normale supérieure à 26 ans, où il a entre autres comme professeurs Joseph-Louis Lagrange, Gaspard Monge et Pierre-Simon de Laplace, auquel il succède à la chaire à Polytechnique en 1797.

Il participe à la Révolution[3], manquant de peu de se faire guillotiner durant la Terreur, sauvé de justesse par la chute de Robespierre. En 1798, il est désigné pour faire partie de la campagne d'Égypte et quitte Toulon en mai. Il occupe un haut poste de diplomate et devient secrétaire de l'Institut d'Égypte dont il anime la vie scientifique[4]. À son retour en France en 1802, Napoléon le nomme préfet de l'Isère le 12 février.

Tombe de Fourier au Père-Lachaise dans le style éclectique égyptien : buste dans un naos avec des cobras gravés sur les piliers et surmonté par un disque solaire ailé entouré de deux uræus

Il crée en 1810 l'Université Royale de Grenoble dont il devient le recteur, et y remarque Jean-François Champollion. Ils deviennent familiers et animent les soirées de l’hôtel de Lesdiguières au côté des grands Grenoblois[1]. Il ne néglige pas ses fonctions de préfet et permet la construction de la route entre Grenoble et Briançon par le franchissement du col du Lautaret. Il participe également à la vie intellectuelle locale à travers une société savante, l'Académie Delphinale. Il conservera ce poste de préfet jusqu'à l'été 1815 où il démissione et part à Paris.

En 1817, il est élu membre de l'Académie des sciences, dont il devient secrétaire perpétuel pour la section des sciences mathématiques à la mort de Jean-Baptiste Joseph Delambre en 1822. En 1826, il est élu membre de l'Académie française.

Fourier est connu pour sa Théorie analytique de la chaleur[5]. On lui doit aussi plusieurs mémoires ainsi que des Rapports sur les progrès des sciences mathématiques, parus en 1822-1829, et des Éloges de Jean-Baptiste Joseph Delambre, William Herschel et Abraham Breguet. Il est élu membre étranger à la Royal Society le 11 décembre 1823.

Fourier est enterré au cimetière du Père-Lachaise à Paris, à côté de Champollion.

Travaux

Buste de Joseph Fourier au Musée de l'Ancien Évêché de Grenoble

C'est à Grenoble qu'il conduit ses expériences sur la propagation de la chaleur qui lui permettront de modéliser l'évolution de la température au travers de séries trigonométriques. Ces travaux, qui apportent une grande amélioration à la modélisation mathématique de phénomènes, ont contribué aux fondements de la thermodynamique. Ils ont ouvert la voie à la théorie des séries de Fourier et des transformées de Fourier. Toutefois, la simplification excessive que ces outils proposent sera très contestée, notamment par Pierre-Simon de Laplace et Joseph-Louis Lagrange.

Fourier est probablement l'un des premiers à avoir proposé, en 1824, une théorie selon laquelle les gaz de l'atmosphère terrestre augmentent la température à sa surface – c'est une première ébauche de l'effet de serre. Ses travaux sur la chaleur le poussèrent à étudier les équilibres énergétiques sur les planètes : elles reçoivent l'énergie sous forme de rayonnement à partir d'un certain nombre de sources – ce qui augmente leur température – mais en perdent également par radiation infrarouge (ce qu'il appelait « chaleur obscure ») d'autant plus que la température est élevée – ce qui tend à diminuer cette dernière. On atteint donc un équilibre, et l'atmosphère favorise les températures plus élevées en limitant les pertes de chaleur. Il ne put cependant déterminer avec précision cet équilibre, et la loi de Stefan-Boltzmann, qui donne la puissance du rayonnement du corps noir, ne sera établie que cinquante ans plus tard.

Alors que l'effet de serre est aujourd'hui à la base de la climatologie, Fourier est fréquemment cité comme le premier à avoir présenté cette notion (voir par exemple John Houghton). Ces citations prennent souvent la date de 1827 comme première évocation de l'effet de serre par Fourier. Pourtant l'article cité en 1827 n'est qu'une nouvelle version de l'article original publié dans les Annales de chimie et de physique en 1824.

Il s'appuyait sur l'expérience de M. de Saussure, consistant à placer une boîte noire sous la lumière du soleil. Quand on place une plaque de verre au-dessus de la boîte, la température à l'intérieur augmente[6]. La radiation infrarouge fut découverte par William Herschel vingt ans après.

Si Fourier avait remarqué que la principale source d'énergie de la Terre était la radiation solaire – c’est-à-dire que l'énergie géothermique n'a que peu d'influence – il a commis l'erreur d'attribuer une contribution majeure à la radiation issue de l'espace interplanétaire.

Hommages

Œuvres

  • Théorie analytique de la chaleur, Paris, 1822 [détail de l’édition] [lire en ligne] 
  • « Résumé théorique des propriétés de la chaleur rayonnante », dans Annales de chimie et de physique, vol. 27, 1824, p. 236-281 [texte intégral] 
  • « Mémoire sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires », dans Mémoires de l'Académie royale des sciences de l'Institut de France, vol. 7, 1827, p. 569-604 [texte intégral] 
  • « Mémoire sur la distinction des racines imaginaires, et sur l'application des théorèmes d'analyse algébrique aux équations transcendantes qui dépendent de la théorie de la chaleur », dans Mémoires de l'Académie royale des sciences de l'Institut de France, vol. 7, 1827, p. 605-624 [texte intégral] 
  • Analyse des équations déterminées, Paris, Firmin Didot frères, 1831 [lire en ligne] 
  • « Remarques générales sur l'application du principe de l'analyse algébrique aux équations transcendantes », dans Mémoires de l'Académie des sciences de l'Institut de France, vol. 10, 1827, p. 119-146 [texte intégral] 
  • « Mémoire d'analyse sur le mouvement de la chaleur dans les fluides », dans Mémoires de l'Académie royale des sciences de l'Institut de France, vol. 12, 1833, p. 507-530 [texte intégral] 
  • (avec Lacroix et Poisson), « Rapport sur les Tontines », dans Mémoires de l'Académie royale des sciences de l'Institut de France, vol. 5, 1821, p. 26-43 [texte intégral] 
  • Œuvres de Fourier, publiées par les soins de M. Gaston Darboux, vol. 1, Paris, Gauthier-Villard et fils, 1888 
  • Œuvres de Fourier, publiées par les soins de M. Gaston Darboux, vol. 2, Paris, Gauthier-Villard et fils, 1890 [lire en ligne] 

Notes et références

  1. a et b Aspects de l’œuvre de Fourier émission Continent Sciences sur France Culture, 7 février 2011
  2. Il rédige un mémoire sur les équations algébriques à 17 ans.
  3. Il est notamment Président de la Société populaire d'Auxerre
  4. Michel Soutif, Grenoble, carrefour des sciences et de l'industrie, Le Dauphiné libéré, 2005, p. 8 
  5. Œuvres, 1822
  6. Mémoire sur les températures du globe…, p. 585

Annexes

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Bibliographie

Jean Dhombres et Jean-Bernard Robert, Fourier, créateur de la physique mathématique, collection « Un savant, une époque », Belin, 1998 (ISBN 978-2-7011-1213-8)

Articles connexes

Liens externes


Précédé par
Pierre-Édouard Lémontey
Fauteuil 5 de l’Académie française
1826-1830
Suivi par
Victor Cousin


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