Physicien
hollandais, 1837-1923.
Le
parcours du physicien hollandais van der Waals est assez atypique : d’abord
instituteur, puis professeur dans l’enseignement secondaire, il fréquenta les
cours de l’Université de Leyde pendant son temps libre sans avoir le droit de
passer les examens, faute d’avoir suivi le cursus classique. Les
travaux de van der Waals ont permis des progrès spectaculaires dans la
compréhension des états de la matière.
Suivant des paramètres
mesurables à notre échelle (volume, température, pression), un fluide peut
exister sous forme liquide ou gazeuse… ou les deux à la fois. Les
thermodynamiciens ont proposé de nombreuses « équations d’états » qui visent à
relier ces paramètres. Celle élaborée par van der Waals contient deux
innovations majeures qui permettent d’établir cette loi « macroscopique » à
partir des propriétés des molécules elles-mêmes. Premièrement, les molécules
ont un volume « incompressible » : il faut en tenir compte dans un modèle
réaliste. Deuxièmement, elles établissent entre elles des liaisons (que la
postérité nommera forces de van der Waals). Ces liaisons inter-moléculaires
sont plus faibles que les liaisons chimiques à l’intérieur des molécules mais
de leur intensité dépendra l’état d’un corps pour des conditions données. Prenons
par exemple une série de petites molécules : H2O, NH3, CH4. Dans les conditions
de température et de pression usuelles sur Terre, l’eau existe sous forme
liquide alors que l’ammoniac ou le méthane n’existent que sous forme gazeuse.
C’est parce que l’interaction entre deux molécules d’eau est plus forte que
celle entre deux molécules de méthane. D’autre part, lorsqu’on chauffe un
liquide, on détruit ces liaisons et on permet aux molécules de la surface du
liquide de s’échapper sous forme de vapeur. Ces liaisons existent même entre
des atomes ou des molécules inertes (argon, hélium, di-azote…) mais elles sont
extrêmement faibles. C’est pourquoi il faut descendre à des températures très
basses (où l’agitation de la matière est très réduite) pour les obtenir sous
forme liquide. En se basant sur les travaux de van der Waals, Dewar a été le
premier à liquéfier l’azote en 1898 et Kamerlingh Onnes l’hélium en 1908.
