11 Août 1854 – Macedonio Melloni, physicien italien

Melloni a connu pour ses importantes études pionnières sur les lumières rayonnantes infrarougesMacedonio Melloni (11 avril 1798 – 11 août 1854) Physicien célèbre pour ses importantes études pionnières sur le comportement de la chaleur rayonnante (rayons infrarouges). Après avoir passé quelque temps à Paris, il a été directeur de l’Observatoire du Vésuve. On se souvient surtout de son banc, un appareil équipé de plusieurs pièces (thermopile, batterie thermoélectrique, etc.) pour l’étude des rayons infrarouges.Macedonio Melloni était un physicien italien, remarquable pour avoir démontré que la chaleur radiante a des propriétés physiques similaires à celles de la lumière.Né à Parme, en 1824, il est nommé professeur à l’Université locale mais est contraint de fuir en France après avoir participé à la révolution de 1831.

En 1839, il se rendit à Naples et fut bientôt nommé directeur de l’Observatoire du Vésuve, poste qu’il occupa jusqu’en 1848.En 1845, il est élu membre étranger de l’Académie royale des sciences de Suède

En 1831, peu de temps après la découverte de la thermoélectricité par Thomas Johann Seebeck, lui et Leopoldo Nobili utilisèrent l’instrument dans des expériences particulièrement concernées par les caractéristiques (en langage moderne) du rayonnement du corps noir transmis par divers matériaux.Il a démontré que les rayons infrarouges, comme la lumière, pouvaient être réfléchis, réfractés, polarisés, etc. Exil politique, Melloni a passé plusieurs années à Paris et, après son retour en Italie, a été directeur de l’Observatoire du Vésuve. Le « banc de Melloni », appareil muni de multiples accessoires pour l’étude des rayons infrarouges, utilisait une thermopile (batterie thermoélectrique) comme détecteur. Il est devenu l’un des instruments essentiels des laboratoires de physique du XIXe siècle.

Macedonio Melloni

Physicien italien qui a été le premier à faire des recherches approfondies sur le rayonnement infrarouge. Sir William Frederick Herschel a découvert le rayonnement infrarouge en 1800, mais la recherche a stagné jusqu’à l’invention d’une thermopile en 1830. Cet instrument était une série de bandes de deux métaux différents qui produisaient du courant électrique lorsqu’une extrémité était chauffée. Melloni a amélioré la thermopile et l’a utilisée pour détecter le rayonnement infrarouge. En 1846, depuis un point d’observation élevé sur le mont Vésuve, il mesure le léger effet chauffant du clair de lune. Il a également montré que le sel gemme, étant transparent à l’infrarouge, faisait des lentilles et des prismes appropriés pour démontrer la réflexion, la réfraction, la polarisation et l’interférence de l’infrarouge de la même manière que la lumière visible.

Thermo multiplicateur de MelloniComment la mesure de la chaleur rayonnante a donné naissance à la science du climat

Il y a quelques mois, j’ai acheté une caméra infrarouge bon marché. C’est un jouet hilarant qui peut être utilisé pour cartographier l’invisible, des canalisations dans les murs aux personnes qui se cachent dans la nuit. Le plaisir que procure encore le fait de jouer avec ces gadgets n’est qu’un rappel de la nature mystérieuse du spectre électromagnétique – et de la surprise qu’il a dû être lors de sa découverte.Une étape importante a été franchie lorsque William Herschel, l’astronome anglo-allemand, a décidé d’établir laquelle des sept couleurs de l’arc-en-ciel de Newton était responsable de la chaleur. Herschel a installé un prisme pour projeter un spectre de lumière solaire et a mesuré l’effet de chaque couleur avec un thermomètre noirci. La température du thermomètre s’élevait à mesure qu’il passait du violet au rouge, mais atteignait en fait un maximum dans une position située au-delà du spectre visible. Herschel a enregistré sa découverte : « la chaleur rayonnante consistera au moins en partie, sinon principalement, si je puis me permettre l’expression, en une lumière invisible ». Personne n’a réalisé l’importance de sa découverte.Tout cela a changé en 1821, lorsque Thomas Johann Seebeck, un physicien estonien travaillant en Allemagne, a découvert un effet curieux : si deux métaux dissemblables étaient réunis en deux points, un courant circulait si les jonctions étaient à des températures différentes. En Italie, le physicien Leopoldo Nobili (1784–1835) a commencé à enquêter. Il a construit une chaîne de barres soudées alternées d’antimoine et de bismuth, qu’il a assemblées en un réseau. Lorsqu’un côté était réchauffé, le courant résultant était mesuré par son galvanomètre « astatique » nouvellement conçu, composé de deux aiguilles à magnétisation opposée suspendues à un fil de torsion, une à l’intérieur d’une bobine et une qui compensait le champ magnétique terrestre. Nobili a proposé son «thermoscope» comme une nouvelle façon de mesurer la température.Pendant qu’il faisait ce travail, Nobili a commencé à correspondre avec Macedonio Melloni. Melloni passait ses étés à la campagne et était devenu fasciné par les saisons et l’alternance du chaud et du froid. Son obsession de la chaleur l’avait conduit à un poste d’enseignant à ce qui est aujourd’hui l’Université de Parme. Lorsqu’il a entendu parler de l’appareil de Nobili, il s’est rendu compte qu’il offrait un moyen de mesurer non pas la température mais l’intensité de la chaleur rayonnante. Avec les encouragements de Nobili, Melloni a commencé à améliorer le thermoscope.

Melloni a assemblé la chaîne antimoine-bismuth en un bloc de 38 barres maximum, chacune de 20 mm de long et d’un millimètre ou deux de diamètre. Isolé avec du papier et soudé en séries alternées, le bloc de tiges reposait dans une petite boîte en cuivre, les faces peintes au noir de fumée pour mieux absorber la chaleur. Deux fils menaient à un galvanomètre de sa propre conception améliorée.La sensibilité et la vitesse de l’appareil de Melloni étaient inégalées et il a découvert que les radiations étaient partout. Il a pu détecter la chaleur d’une personne se tenant à 10 mètres et a montré que les chenilles sont plus chaudes que les papillons. Son premier article était avec Nobili, mais après cela, il a publié seul. Il a montré que différentes surfaces avaient des pouvoirs émissifs différents. Plus important encore, il a pu quantifier la diathermie de différents matériaux solides – leur capacité à transmettre la chaleur. Les blocs de sel gemme étaient complètement transparents et les feuilles de cristal de roche (quartz) absorbaient environ la moitié de la lumière. Le spath d’Islande, les cristaux de calcite utilisés pour polariser la lumière (Chemistry World, juin 2016, p48) et le verre, étaient presque complètement opaques.Malheureusement, les recherches de Melloni ont été perturbées par son activisme politique. Ses opinions radicales l’obligent à fuir Parme en 1831, d’abord pour Genève puis pour Paris. Il visita Londres en 1834, où il reçut la médaille Rumford de la Royal Society sur la recommandation de Michael Faraday, avant de retourner en Italie en 1839. Il mourut du choléra lors d’une épidémie en 1854. Mais l’histoire n’était pas terminée. À la fin des années 1850, le physicien irlandais John Tyndall – successeur de Faraday à la Royal Institution – revisite les travaux de Melloni. Il a mesuré une série de liquides à l’aide de la thermopile, puis a étudié les gaz. La raison en était la suggestion de Joseph Fourier et Claude Pouillet selon laquelle un composant de l’atmosphère était responsable de la fixation de la température à la surface de la Terre.Quelle était cette composante « serre » ? Ayant besoin de fenêtres transparentes, il a posté un message dans Philosophical Magazine demandant du sel gemme. John Herschel, fils de William et astronome royal, lui envoya immédiatement un bloc à partir duquel il avait précédemment fabriqué des lentilles et des prismes pour étudier l’optique de la chaleur rayonnante. Tyndall a cimenté deux disques de sel à chaque extrémité d’un tube, qu’il pouvait remplir de différents gaz. Avec un cube de métal rempli d’eau bouillante à une extrémité comme source de chaleur, il pouvait mesurer la chaleur rayonnante à l’autre avec la pile et le galvanomètre.Mais quand il n’a vu presque aucun changement lorsque son tube était rempli d’air, il a fait une modification exquise. Tyndall a placé une source de chaleur identique de l’autre côté de la pile et, avec le tube sous vide, a réglé le galvanomètre à zéro. Avec cette méthode différentielle, il pouvait mesurer de délicats changements d’intensité dus au gaz dans le tube. Le 24 novembre 1859, Tyndall remplit un tube d’acide carbonique sec et observa une énorme absorption. Il avait identifié le gaz responsable de la serre de Fourier : le CO2.

Aujourd’hui, peu connaissent le nom de Melloni. Mais en rendant visible la « lumière invisible » d’Herschel, il a inventé la science du climat – une discipline qui, comme son père, est passée du scientifique au politique. Peut-être que les caméras infrarouges ne sont pas que des jouets après tout.

https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/people/cp34419/macedonio-melloni

https://www.chemistryworld.com/opinion/mellonis-thermomultiplier/3008435.article

https://todayinsci.com/M/Melloni_Macedonio/MelloniMacedonio-RadiantHeat.htm

https://www.mindsofscience.com/scientist?name=Macedonio%20Melloni

https://todayinsci.com/8/8_11.htm#death