À la chasse de la température nulle absolue

Galileo Galilei a vers la fin des années 1500 construit en seau thermique. C’était un tube rempli d'eau avec des corps flottants de presque la même densité. Lorsque la température de l'eau augmentait, la densité d'eau diminuait et quelques de ces poids coulaient mais Galilei n’a pas réussi de concevoir une échelle.

Ces appareilles sont aujourd'hui des objets populaire vendu dans les centres des sciences et des boutiques de gadgets. Il permet d’approximativement afficher la température comme étant entre les corps flottants et les corps coulants. Il a fallu attendre encore 100 ans avant le hollandais Daniel Fahrenheit, (1686–1736), a réussi à créé les premier thermomètres de mercure ou alcool.

Cette innovation a rendu possible de mettre la température sur une échelle qui selon Fahrenheit est de 100 dégrées dans le corps humaine, (98,6 dégrées selon mesures modernes), et de 0 dégrée pour un mélange de sel et glace qui fond. Il a rapidement été contesté par le suédois Anders Celsius qui a fixé le point de congélation à 100 degrés et le point d'ébullition à 0 dégrée. Plus tard Celsius a inversé son échelle.

Parce qu’on pouvait observer que le volume d’un gaz diminue lorsque la température chute, il est devenu naturel de s’imaginer qu'il existerait une température minimale où le volume de gaz aurait diminué à zéro. Le naturaliste français Guillaume Amontons l’estimait en 1703 à environ -240 °C. (Le calcule n’était pas si mauvais et plus de 100 ans passé, en 1848, William Thomson, plus tard nommé Lord Kelvin, a déterminé la valeur correct à -273 dégrées).

En 1780 Laplace et Lavoisier ont conclus que la température absolue serrait entre -1500 et -3000 dégrées. Mais ces hommes ne savaient pas qu’un gaz à basse température se transforme à un liquide. Le volume n’attendra jamais zéro.

Qu’un gaz peut se liquéfier a haut pression a été démontré par le chimiste hollandais Martinus van Marum en 1787. Sous très haut pression il a réussi à transformer l'ammoniac gazeux à un état liquide. Mais tous les gaz ne réagissaient pas de la même manière. Il s'est avéré que chaque gaz avait une température critique au-dessus il ne pouvait pas être liquéfié. Il a fallu attendre le découvert de l'effet Joule-Thomson avec lequel il est devenu possible d’attendre des températures très basses pour cartographier la corrélation entre point de condensation et pression pour divers gaz.  

En 1877 le français Louis-Paul Cailletet a annoncé qu'il avait inventé une nouvelle pompe avec laquelle il pouvait atteindre des pressions extrêmement élevées et qu'il a réussi à produire de l'oxygène liquide, (200 atm, -29 °C).

La chasse vers la température zéro s'est ensuite transformée à une course entre Karol Olszewski et Sygmunt von Wobrewski en Pologne, Heike Kamerlingh Onnes en Allemagne et James Dewar en Angleterre pour devenir le premier à produire de l'hydrogène liquide, (1 atm, –252.5 °C). Dewar, qui avait succédé Michael Faraday dans le sous-sol de la Royal Institution à Londres, a triomphé en 1898. Suit a ses recherches il avait aussi inventé le vase Dewar. C’était une bouteille de doubles parois de verre argenté avec un vide entre les deux. Cela empêchait le transport de chaleur vers l’extérieure et permettait de stocker des gaz liquéfiés. 

Peut-être que Dewar n’a pas pensé que son vase aurait d'autres usage que dans le laboratoire. En tout cas il a ignoré de le breveter. Une entreprise américaine nouvellement formé, Thermos, a saisi l’occasion de déposer des brevets et a commencé une production. Il n’est pas étonnant que Dewar ait poursuivie Thermos en justice mais amèrement pour lui il a perdu le procès.

Mais la quête pour le point zéro ne s'arrêtait pas avec la découverte de hydrogène liquide. Finalement c’est Heike Kamerlingh Onnes qui a remporté la course en produisant l'hélium liquide en 1911, (-269 °C). Il a aussi découvert que la résistance électrique d'un fil de mercure à des températures proches du zéro absolu soudainement chuté à zéro. Cette découverte de la supraconductivité lui a rendu le prix Nobel de physique en 1913.