Éd. 1971-1976

Joule (James Prescott) (suite)

Puis il se penche sur les transformations de l’énergie, dont il prévoit la conservation, et étudie successivement les conversions en chaleur de l’énergie électrique et de l’énergie mécanique. En 1841, il formule les lois — qui portent son nom — sur le dégagement de chaleur produit par le passage d’un courant électrique dans un conducteur ; il utilise cet « effet Joule » à la mesure des chaleurs massiques. L’année suivante, il détermine, grâce à une expérience célèbre, l’équivalent mécanique de la calorie : il mesure l’échauffement d’un calorimètre à eau dans lequel tournent des palettes entraînées par la chute de deux poids. Jusqu’en 1849, il reprend cette expérience en lui apportant d’incessants perfectionnements. Il expérimente aussi sur le mercure et sur l’huile de baleine. Il peut alors énoncer le principe de l’équivalence.

En 1851, il interprète la loi de Mariotte par la théorie cinétique des gaz, et calcule la vitesse moyenne des molécules gazeuses. Des recherches effectuées en 1852, en collaboration avec William Thomson*, lui permettent d’affirmer que, pour les gaz parfaits, la détente adiabatique dans le vide s’effectue sans variation de température et que, par suite, leur énergie interne ne dépend pas de leur pression (loi de Joule) ; en revanche, pour les gaz réels, il se produit un léger refroidissement (effet Joule-Thomson).

Membre de la Société royale de Londres en 1850, Joule a publié de nombreux Mémoires, qui ont été réunis en 1884 sous le titre de Scientific Papers.

En souvenir de ce grand savant, le nom de joule a été donné à l’unité de travail mécanique et d’énergie.

R. T.

O. Reynolds, Memoir of James Prescott Joule (Manchester, 1892).

À propos de l’équivalence

Ludvig August Colding,

physicien danois (Holbaek 1815 - Copenhague 1888), l’un des fondateurs de la thermodynamique. En 1843, il a mesuré l’équivalent mécanique de la calorie à l’aide d’expériences sur le frottement.

Gustave Adolphe Hirn,

physicien et industriel français (Logelbach, Haut-Rhin, 1815 - Colmar 1890). Il a construit des machines à vapeur et introduit dès 1855 l’emploi de la surchauffe. Ses mesures de l’équivalent mécanique de la calorie ont utilisé soit l’écrasement du plomb par la chute d’un corps (1858), soit la machine à vapeur.

Julius Robert von Mayer,

physicien et médecin allemand (Heilbronn 1814 - id. 1878). Il semble avoir été le premier à envisager la conservation de l’énergie. Au cours d’un travail sur le métabolisme du corps humain soumis à de hautes températures, il énonça avant Joule l’équivalence de la chaleur et du travail. En évaluant la différence des deux chaleurs massiques des gaz, il calcula en 1842 la valeur de l’équivalent. En 1848, il expliqua l’incandescence des météorites par le frottement.

Benjamin Thompson, comte Rumford,

physicien et chimiste américain (Woburn, Massachusetts, 1753 - Auteuil 1814). Il eut une vie fort agitée, car il fut maître d’école en Amérique, officier dans l’armée anglaise pendant la guerre de l’Indépendance, gouverneur de la Bavière ; il vécut ensuite à Londres, puis en France, où il épousa la veuve de Lavoisier*. Il a imaginé le calorimètre à eau, détruit la théorie du calorique en observant la constance de la masse de la glace qui fond. Il a montré que le frottement des métaux dégage de la chaleur, mais ne modifie pas leur capacité calorifique.

Jourdain

En ar. Nahr al-Urdunn, fleuve du Moyen-Orient.

Le Jourdain prend sa source sur le versant ouest du massif de l’Hermon, en territoire libanais, où il est alimenté par de grosses sources résurgentes. Il coule ensuite dans une dépression nord-sud allongée entre les monts de Palestine à l’ouest et le plateau transjordanien à l’est, raccordant une série de cuvettes occupées par les marais du Houleh, le lac de Tibériade (ou « mer de Galilée », dont les eaux sont douces) et enfin la mer Morte, dont la surface est à 392 m au-dessous du niveau de la mer et qui est profonde de 400 m.

Le débit moyen du Jourdain est relativement régulier dans son cours supérieur, en raison de la constance des sources qui lui donnent naissance (21 m³/s en moyenne, pour des extrêmes mensuels de 5 à 50 m³/s). Mais il devient plus irrégulier vers l’aval. À la sortie du lac de Tibériade, le débit moyen n’est plus que de 17 m³/s, pour des extrêmes mensuels de 2 à 60 m³/s. Il reçoit ensuite des affluents de rive gauche, le Yarmūk (Yarmouk) [15 m³/s] et la Zerqa (Zarqā’h) [1,5 m³/s], que nourrissent les résurgences du plateau transjordanien, et le débit moyen à l’embouchure de la mer Morte est de 37 m³/s. Le régime a été artificiellement régularisé par un barrage — construit pendant le mandat britannique au confluent du Yarmūk — qui utilise comme réservoir le lac de Tibériade, dont les eaux sont lâchées partiellement pendant l’été et relevées pendant l’hiver. Les débits mensuels de basses eaux ne descendent ainsi pas au-dessous de 16 m³/s, pour un maximum de 80 m³/s en mars. Mais ces eaux restent salées (le taux de 7,7 g/l est tout à fait exceptionnel pour un fleuve), ce qui explique la salinité extraordinaire de la mer Morte (288 g/l pour les eaux de surface ; 325 g/l au-dessous de 150 m de profondeur).

Seules étaient utilisées traditionnellement pour l’irrigation dans le fond de la dépression les eaux de la Zarqā’ (5 000 ha) et celles de diverses sources (de 1 000 à 2 000 ha). Un plan général d’utilisation des eaux du fleuve a été élaboré en 1953 (plan Eric Johnston), mais les conditions politiques de la région n’en ont pas permis la réalisation. Chaque État limitrophe a développé son propre système d’irrigation. En Jordanie, sur la rive gauche, un canal capte 4 m³/s dans le Yarmūk et permet d’irriguer 12 000 ha dans l’est du fossé, dans les terrasses pléistocènes auxquelles est appliqué le nom de « Ghor » (Rhawr). Il est prévu que le périmètre pourra être étendu ultérieurement jusqu’à 50 000 ha. D’autre part, Israël utilisait depuis longtemps 11 m³/s, pris dans le secteur à l’amont du lac de Tibériade, pour les irrigations de Galilée. Depuis 1965 a commencé la réalisation d’un plan beaucoup plus important, 10 m³/s, prélevés dans le lac de Tibériade et élevés par pompes (le lac est à 212 m au-dessous du niveau de la mer), sont conduits par un canal jusque dans le sud de la plaine côtière et le désert du Néguev. En outre, 3 m³/s sont utilisés pour des irrigations en aval du lac dans le Ghor occidental. Les États arabes ont édifié des projets pour empêcher la réalisation du système israélien. Ils comptaient ainsi détourner les branches supérieures du fleuve (Ḥāṣbānī en territoire libanais et Bāniyāsī en territoire syrien, de débit atteignant 5 m³/s en moyenne) soit vers le Līṭānī au Liban, soit vers le Yarmūk. La guerre de 1967 a mis un terme à ces ambitions, qui ne sont maintenant plus réalisables et qui auraient d’ailleurs été très coûteuses, tout en n’empêchant pas Israël de puiser 13 m³/s dans le lac de Tibériade, ce qui représente environ le cinquième des ressources en eau de l’État.

X. P.