James Clerk Maxwell, né le à Édimbourg et mort le à Cambridge, est un physicien et mathématicien écossais. Il est principalement connu pour avoir unifié en un seul ensemble d'équations, les équations de Maxwell, l'électricité, le magnétisme et l'induction, en incluant une importante modification du théorème d'Ampère. Ce fut à l'époque le modèle le plus unifié de l'électromagnétisme. Il est également célèbre pour avoir interprété, dans un article scientifique, la lumière comme étant un phénomène électromagnétique en s'appuyant sur les travaux de Michael Faraday. Il a notamment démontré que les champs électriques et magnétiques se propagent dans l'espace sous la forme d'une onde et à la vitesse de la lumière.
Ces deux découvertes permirent d'importants travaux ultérieurs notamment en relativité restreinte et en mécanique quantique.
Il est également connu pour avoir développé la distribution de Maxwell, une méthode statistique de description de la théorie cinétique des gaz, ainsi que pour avoir réalisé la première photographie en vraie couleur devant les membres de la Royal Institution de Londres..
Maxwell est considéré par de nombreux physiciens comme le scientifique du ayant eu le plus d'influence au . Ses contributions à la science sont considérées par certains comme aussi importantes que celles d'Isaac Newton ou d'Albert EinsteinTolstoy, .. En 1931, pour le centenaire de la naissance de Maxwell, Einstein décrivait les travaux de Maxwell comme les Brainy young James wasn't so daft after all, Patrick McFall, , . Consulté le 13 mars 2008..
Biographie Enfance 1831-1839 James Clerk Maxwell est né le au 14 India Street à Édimbourg, de John Clerk Maxwell, avocat, et de Frances Maxwell (née Cay)Oxford Dictionary of National Biography, .. Le père de Maxwell était un homme aisé apparenté à la famille Clerk de Penicuik (Midlothian), détenteurs de la et dont le frère en était le sixième baronnet.. Il est né John Clerk., ajoutant lui-même le surnom Maxwell après avoir hérité d'une propriété de campagne à Middlebie (Kirkcudbrightshire) de la famille Maxwell, elle-même membre de la pairie. Les parents de Maxwell ne se sont pas rencontrés ni mariés avant d'être entrés dans la trentaineTolstoy, ., ce qui était rare à l'époque, et sa mère avait près de quand il est né. Ils avaient précédemment eu une fille morte en bas âgeCampbell, .. Ses parents appellent leur unique enfant survivant James, un prénom non seulement porté par son grand-père mais aussi par beaucoup de ses aïeux. L'enfant est élevé dans la religion protestante.
Alors que Maxwell est encore jeune, sa famille déménage à Glenlair, une maison de ses parents construite sur la propriété de () de MiddlebieMahon, .. Toutes les indications concordent pour dire que Maxwell avait une curiosité inextinguible dès le plus jeune âgeTolstoy, .. À , tout ce qui bougeait, brillait ou faisait du bruit amenait la question : « À quoi ça sert ? »Mahon, .. Dans une lettre à sa belle-sœur Jane Cay en 1834, son père décrivait sa curiosité intellectuelle innée : Campbell, ..
Éducation 1839-1847 vignette|gauche|L'Edinburgh Academy où Maxwell a été scolarisé. Reconnaissant le potentiel du jeune homme sa mère prend en charge son éducation primaire, ce qui à l'époque victorienne était très souvent le rôle de la femme au foyerTolstoy, .. Elle meurt cependant d'un cancer abdominal en 1839 alors que Maxwell n'a que . L'éducation de James est alors supervisée par John Clerk et sa belle-sœur Jane, les deux jouant un rôle pivot dans la vie de Maxwell. Sa véritable scolarité débute difficilement sous la direction d'un précepteur âgé de . Peu de choses sont connues à propos du jeune homme que John Clerk engagea pour instruire son fils, mis à part qu'il le traitait durement, moquant sa lenteur et son entêtement. John Maxwell renvoie le tuteur en et, après longue réflexion, envoie son fils dans la prestigieuse Edinburgh AcademyCampbell, .. Il habite alors chez sa tante Isabella où sa passion pour le dessin est encouragée par sa cousine Jemima Blackburn, elle-même une artiste talentueuseMahon, ..
James, élevé dans l'isolement de la propriété de son père, ne se sent pas bien en arrivant à l'école à l'âge de Mahon, .. La classe de première année étant pleine, il est scolarisé en deuxième année avec des élèves âgés d'un an de plus que lui. Ses manières et son accent heurté de Galloway sonnent rustique pour les autres garçons et, avec le fait d'arriver le premier jour avec des chaussures et une tunique faites à la maison, lui valent le surnom Mahon, .. Maxwell semble cependant ne pas s'offusquer du qualificatif, le portant sans se plaindre pendant des annéesCampbell, .. Dans les classes supérieures, sa vie sociale et ses résultats scolaires s'améliorent. Très vite, Dafty surprend ses camarades de classe en résolvant des problèmes de mathématiques et de géométrie avec aisance et rapidité. Son isolement social prend fin quand il rencontre et Peter Guthrie Tait, deux garçons du même âge, appelés à devenir eux aussi de brillants élèves. Ils resteront amis toute leur vie.
Maxwell était fasciné par la géométrie, redécouvrant les polyèdres réguliers avant d'avoir reçu un quelconque enseignement formel. Néanmoins l'essentiel de ses talents restent inconnus, et bien qu'il gagne un prix en biographie religieuse en deuxième année, son travail scolaire reste anodin jusqu'à ce que, à l'âge de , il gagne la médaille de mathématiques de l'école et le premier prix en anglais et en poésieCampbell, ..
Pour son premier travail scientifique, à l'âge de , Maxwell écrit un article sur les moyens mécaniques de tracer des courbes mathématiques avec un morceau de ficelle ainsi que les propriétés des ellipses et des courbes à plus de deux foyers. Son travail, Oval Curves, est présenté à la par James Forbes, professeur de philosophie naturelle à l'Université d'Édimbourg, Maxwell étant jugé trop jeune pour le faire lui-mêmeMahon, .. Le travail n'est pas entièrement original, Descartes ayant examiné les propriétés de telles courbes multifocales au , mais Maxwell a simplifié leur construction.
Université d'Édimbourg 1847-1850 vignette|gauche|L'Université d'Édimbourg Maxwell quitte l'école en 1847 à l'âge de 16 ans et suit des cours à l'Université d'ÉdimbourgHarman, Hutchinson Dictionary, .. Ayant la possibilité d'entrer à Cambridge après son premier trimestre, Maxwell décide néanmoins de terminer ses trois trimestres d'études à Édimbourg. La principale raison est l'éloignement de Cambridge qui impliquerait de ne voir son père que deux fois par an. L'autre raison est l'inquiétude pour la suite de sa carrière : il veut devenir scientifique, mais les emplois dans le domaine étant rares à l'époque, il aurait été beaucoup plus difficile d'obtenir un poste dans une université aussi prestigieuse que celle de Cambridge.
L'Université d'Édimbourg accueille alors dans son équipe enseignante des personnalités reconnues. En première année Maxwell a pour professeurs William Hamilton en logique et métaphysique, Philip Kelland en mathématiques et James Forbes en philosophie naturelle. Maxwell ne trouve cependant pas ses cours à Édimbourg particulièrement exigeantsTolstoy, . aussi dégage-t-il le temps de se plonger dans ses propres études personnelles durant son temps libre, particulièrement lors de ses retours à GlenlairCampbell, .. Il peut alors faire des expériences avec des appareils de chimie et d'électromagnétisme improvisés, mais sa préoccupation principale concerne les propriétés de la lumière polariséeMahon, .. Il met en forme des blocs de gélatine, les soumet à diverses contraintes, puis, à l'aide de deux prismes polarisants que lui a offerts William Nicol, il observe les couleurs développées dans la geléeTimoshenko, .. Maxwell vient de découvrir la photoélasticité, une méthode de détermination de la distribution des contraintes à l'intérieur d'une structure physique..
Dans sa dix-huitième année Maxwell contribue à deux articles pour les Transactions of the Royal Society of Edinburgh, l'un d'eux, On the Equilibrium of Elastic Solids, posant les fondations d'une importante découverte réalisée plus tard : la biréfringence temporaire dans un liquide visqueux par une contrainte de cisaillementTimoshenko, .. L'autre article s'intitule Rolling Curves. Comme pour son premier article d'écolier, Oval Curves, Maxwell est considéré comme trop jeune pour monter à la tribune et le présenter lui-même. De ce fait, il est lu à la Royal Society par son professeur KellandGlazebrook, ..
James n'apprend pas que dans les salles de classe ou les laboratoires de l'université. Il réalise aussi des expériences dans un laboratoire improvisé à Glenlair, ou bien à l'aide de livres empruntés à la bibliothèque. Il lit les traités de mathématiciens français, tels Augustin Louis Cauchy, Siméon Denis Poisson et achète en 1849, pour vingt-cinq shillings, la Théorie analytique de la chaleur publiée par Joseph Fourier en 1821. Certains passages de ce traité aident à mieux comprendre pourquoi Maxwell formule, quelques années plus tard, la théorie électromagnétique à l'aide des formes différentielles. L'étude réalisée par Fourier éveille aussi son intérêt pour la thermodynamique.
Cambridge 1850-1856 vignette|redresse|Maxwell jeune au à Cambridge. Il tient à la main l'une de ses roues à couleurs.
En , déjà devenu un mathématicien accompli, Maxwell quitte l'Écosse pour l'Université de Cambridge Il est d'abord admis à Peterhouse, qui attire alors de nombreux mathématiciens talentueux, et où il retrouve son ami Peter Guthrie Tait. Mais avant la fin du premier trimestre il part pour Trinity College, où il pense plus facile d'obtenir une bourse d'étudesGlazebrook, ., et où il peut entrer au contact de brillants universitaires, tant en sciences que dans d'autres matières, un motif très stimulant pour un esprit aussi ouvert que le sien. Un an environ après son entrée à Cambridge, il est invité à rejoindre un groupe d'élite de douze étudiants, connus sous le nom de Cambridge ApostlesGlazebrook, ..
Pour les étudiants brillants en mathématiques, comme Maxwell, Cambridge possédait un atout supplémentaire : le , nom officiel pour désigner l'ensemble des examens de fin d'études dans cette université. En , Maxwell étudie avec William Hopkins, dont les capacités à favoriser le développement du talent mathématique lui ont valu le surnom de , en jargon.. Une part importante de la mise en équations par Maxwell de l'électromagnétisme est réalisée pendant cette période.
En 1854, Maxwell se présente au et est diplômé du Trinity College en mathématiques. Il obtient la deuxième note la plus élevée à l'examen final, arrivant derrière Edward Routh, et gagnant ainsi le titre de Second Wrangler, mais est déclaré ex aequo avec Routh dans l'épreuve la plus exigeante de l'examen du Prix SmithTolstoy, .. Immédiatement après avoir reçu son diplôme, Maxwell lit à la Cambridge Philosophical Society un mémoire inédit, On the Transformation of Surfaces by BendingHarman, The Natural Philosophy, ., sur la déformation des surfaces, qui est un des quelques articles purement mathématiques qu'il publiera jamais et qui démontre son envergure grandissante en tant que mathématicienTolstoy, .. En 1856, il publie On Faraday's Lines of Force, qui traite du concept des lignes de champ de Faraday et constitue le début de son voyage dans l'univers de l'électricité et du magnétisme. Contrairement à Faraday, Maxwell a une excellente formation en mathématiques, grâce à laquelle il s'efforce de donner un contenu formel à ses idées.
Maxwell décide de rester à Trinity et demande à devenir « fellow »Mahon, . une procédure qui dure normalement plusieurs années. Grâce à sa réussite lors des études avant son diplôme, et moyennant quelques cours de soutien ou surveillances d'examen, il serait alors libre de poursuivre ses recherches scientifiques à sa convenance.