William Thomson, mieux connu sous le nom de Lord Kelvin, (Belfast, 26 juin 1824 - Largs, 17 décembre 1907) est un physicien britannique d'origine irlandaise reconnu pour ses travaux en thermodynamique.

Une des innovations de Kelvin est l'introduction d'un « zéro absolu » correspondant à l'absence absolue d'agitation thermique et de pression d'un gaz, dont il avait remarqué les variations liées selon un rapport linéaire. Il a laissé son nom à l'échelle de température, dite absolue, ou température « thermodynamique », mesurée en kelvins.

Travaux et recherches

Le deuxième principe de la thermodynamique possède un énoncé historique, dit de Thomson :

« Soit un cycle monotherme. Il ne peut être moteur. »

Cela interdisait l'hypothèse des moteurs perpétuels de deuxième espèce, dont l'image classique présentée aux étudiants est la suivante : la mer à 15 °C est un réservoir potentiel d'énergie fantastique, si on pouvait en tirer un travail : un navire avancerait ainsi, laissant derrière lui un sillage d'eau plus froide. Mais cela est interdit en vertu de ce deuxième principe.

Ces mêmes études lui permirent d'étudier la conduction électrique des câbles sous-marins : il est promoteur de la grande construction du premier câble transatlantique. En revanche, il se heurta aux études de Maxwell sur l'éther : il se refusait à l'idée d'une propagation « transverse », sans propagation « longitudinale », dans ce milieu. Son étude de l'influence de la température sur la conduction électrique lui permit également de découvrir l'effet Thomson, ainsi que la relation entre l'effet Peltier et l'effet Seebeck, à la base de la thermoélectricité.

Il est également l'inventeur d'un mécanisme simple et bon marché de production d'électricité statique par influence, nommé le Replenisher.

On retrouve sa trace dans nombre de théorèmes dits de Thomson, où le théorème de Stokes intervient. Ses mémoires contribueront beaucoup à l'épuration de la théorie des vortex, dont sortira, comme un joyau, l'analyse vectorielle de Gibbs (1839-1903) : les vecteurs sont si familiers de nos jours que cela est un peu occulté.

Atomiste, il eut une vision originale de la théorie des atomes à base de nœuds, vortex et quaternions, théorie remarquable, mais sans issue.

Il a aussi construit un des premiers calculateurs analogiques, un prédicteur de marées mécanique appliquant les principes de l'analyse harmonique.

Ses études de la conduction thermique lui firent trouver, vers les années 1850, un temps de refroidissement de la Terre qui, sans conforter les études bibliques, était néanmoins incompatible avec les travaux de Charles Lyell (1797-1875), fondateur des « couches géologiques ». En effet, la théorie de Lyell suggère que la Terre a été façonnée lentement sur une très longue période de temps par des forces toujours existantes or Lord Kelvin aboutit à un temps bien trop court pour être en accord les travaux de Lyell. De ce fait, il fut mal considéré par les pro-darwiniens.

Ses études, basées sur le refroidissement de la Terre et sur le gradient de température constaté dans les profondeurs, donnent une fourchette se situant entre 24 et 400 millions d'années. La méconnaissance à cette époque de l'énergie radioactive est souvent considérée comme la cause de l'erreur de Kelvin, mais elle est en fait due au transfert thermique interne dans le manteau par convection, alors que Kelvin avait présumé un transfert de chaleur par conduction thermique.

Distinctions

Il a été distingué pour être titulaire des décorations ou prix scientifiques, ou membre des conseils ou sociétés savantes qui suivent :

• titulaire de l'Ordre du Mérite (Royaume-Uni), de l'Ordre royal de Victoria,
• membre du Conseil privé du Royaume-Uni,
• membre de la Royal Society, qu'il préside de 1890 à 1895,
• lauréat de la Royal Medal en 1856, de la médaille Copley en 1883,
• membre de la Royal Society of Edinburgh (FRSE).