Jean Baptiste Joseph Fourier, né le 21 mars 1768 à Auxerre et mort le 16 mai 1830 à Paris, est un mathématicien et physicien français, connu pour ses travaux sur la décomposition de fonctions périodiques en séries trigonométriques convergentes appelées séries de Fourier et leur application au problème de la propagation de la chaleur.
Biographie
Il fait ses études à l'École militaire d'Auxerre dirigée alors par les Bénédictins de la Congrégation de Saint-Maur. Destiné à l'état monastique, il préfère s'adonner aux sciences. Il intègre l'École normale supérieure, où il a entre autres comme professeurs Joseph-Louis Lagrange, Gaspard Monge et Pierre-Simon de Laplace, auquel il succède à la chaire à Polytechnique en 1797.
Il participe à la Révolution, manquant de peu de se faire guillotiner durant la Terreur, sauvé de justesse par la chute de Robespierre. En 1798, il prend part à la campagne d'Égypte. Il occupe un haut poste de diplomate et devient secrétaire de l'Institut d'Égypte. À son retour en France en 1802, Napoléon le nomme préfet de l'Isère le 12 février : il est destitué lors de la Restauration.
Fourier est connu pour sa Théorie analytique de la chaleur, paru en 1822. On lui doit aussi plusieurs mémoires ainsi que des Rapports sur les progrès des sciences mathématiques, parus en 1822-1829, et des Éloges de Jean-Baptiste Joseph Delambre, William Herschel et Abraham Breguet. Il est élu membre étranger à la Royal Society le 11 décembre 1823.
C'est à Grenoble qu'il conduit ses expériences sur la propagation de la chaleur qui lui permettront de modéliser l'évolution de la température au travers de séries trigonométriques. Ces travaux, qui apportent une grande amélioration à la modélisation mathématique de phénomènes, ont contribué aux fondements de la thermodynamique. Ils ont ouvert la voie à la théorie des séries de Fourier et des transformées de Fourier. Toutefois, la simplification excessive que ces outils proposent sera très contestée, notamment par Pierre-Simon de Laplace et Joseph-Louis Lagrange.
Fourier est probablement l'un des premiers à avoir proposé, en 1824, une théorie selon laquelle les gaz de l'atmosphère terrestre augmentent la température à sa surface – c'est une première ébauche de l'effet de serre. Ses travaux sur la chaleur le poussèrent à étudier les équilibres énergétiques sur les planètes : elles reçoivent l'énergie sous forme de rayonnement à partir d'un certain nombre de sources – ce qui augmente leur température – mais en perdent également par radiation infrarouge (ce qu'il appelait « chaleur obscure ») d'autant plus que la température est élevée – ce qui tend à diminuer cette dernière. On atteint donc un équilibre, et l'atmosphère favorise les températures plus élevées en limitant les pertes de chaleur. Il ne put cependant déterminer avec précision cet équilibre, et la loi de Stefan-Boltzmann, qui donne la puissance du rayonnement du corps noir, ne sera établie que cinquante ans plus tard.
Alors que l'effet de serre est aujourd'hui à la base de la climatologie, Fourier est fréquemment cité comme le premier à avoir présenté cette notion (voir par exemple John Houghton). Ces citations prennent souvent la date de 1827 comme première évocation de l'effet de serre par Fourier. Pourtant l'article cité en 1827 n'est qu'une nouvelle version de l'article original publié dans les Annales de chimie et de physique en 1824.
Il s'appuyait sur l'expérience de M. de Saussure, consistant à placer une boîte noire sous la lumière du soleil. Quand on place une plaque de verre au-dessus de la boîte, la température à l'intérieur augmente. La radiation infrarouge fut découverte par William Herschel vingt ans après.
Si Fourier avait remarqué que la principale source d'énergie de la Terre était la radiation solaire – c’est-à-dire que l'énergie géothermique n'a que peu d'influence – il a commis l'erreur d'attribuer une contribution majeure à la radiation issue de l'espace interplanétaire.
Hommages
Il fait partie des soixante-douze savants dont le nom est inscrit sur la Tour Eiffel.
Joseph Fourier, « Mémoire sur la distinction des racines imaginaires, et sur l'application des théorèmes d'analyse algébrique aux équations transcendantes qui dépendent de la théorie de la chaleur », dans Mémoires de l'Académie royale des sciences de l'Institut de France, vol. 7, 1827, p. 605-624
Joseph Fourier, « Remarques générales sur l'application du principe de l'analyse algébrique aux équations transcendantes », dans Mémoires de l'Académie des sciences de l'Institut de France, vol. 10, 1827, p. 119-146
Joseph Fourier, « Mémoire d'analyse sur le mouvement de la chaleur dans les fluides », dans Mémoires de l'Académie royale des sciences de l'Institut de France, vol. 12, 1833, p. 507-530
Joseph Fourier, Lacroix et Poisson, « Rapport sur les tontines », dans Mémoires de l'Académie royale des sciences de l'Institut de France, vol. 5, 1821, p. 26-43
Joseph Fourier, Œuvres de Fourier, publiées par les soins de M. Gaston Darboux, vol. 1, Gauthier-Villard et fils, Paris, 1888
