Pierre Ernest Weiss, né le à Mulhouse (Haut-Rhin) et mort le à LyonArchives municipales de Lyon, arrondissement, année 1940, acte de décès , cote 2E3428, est un physicien français spécialiste du magnétisme, c'est-à-dire des mécanismes qui provoquent l'aimantation des matériaux. Il a cherché en particulier à savoir pourquoi et comment une substance comme le fer peut s'aimanter de façon forte et permanente alors que la plupart des autres matériaux restent inertes ou s'aimantent faiblement et transitoirement quand ils sont mis en présence d'un champ magnétique.

Pierre Weiss a fait d'importantes découvertes théoriques qui l'ont conduit à inventer des électroaimants très puissants. Il a enseigné à Rennes, à Lyon, à l'École polytechnique fédérale de Zurich dont il avait été élève, et enfin à Strasbourg. Dans ces Universités, il a fondé des laboratoires renommés par leurs recherches et par les chercheurs qui s'y sont formés.

Biographie Pierre Weiss est né à Mulhouse le , fils aîné d'Emile Weiss, directeur de filature, et d'Ida Schlumberger. Il a 5 ans lorsque l'Alsace devient allemande. Il fait ses études secondaires à Mulhouse. Il part ensuite faire des études supérieures à l'École polytechnique fédérale de Zurich, où il obtient, en 1887, le diplôme d'ingénieur en mécanique, et la première place du classement de sa promotion. À sa majorité, il choisit la nationalité française. En 1887, il prépare au lycée Saint Louis à Paris le concours d'entrée à l' École normale supérieure où il est admis en 1888. Parallèlement à ses études à l'ENS, il prépare les licences ès-sciences physiques et ès-sciences mathématiques à la Faculté des sciences de Paris. Il obtient l'agrégation en Sciences Physiques en 1893. Il demeure à l'ENS comme agrégé-préparateur et prépare sa thèse de doctorat. Pendant cette période parisienne, il se lie d'amitié avec certains de ses camarades qui deviendront de célèbres mathématiciens, Elie Cartan, Henri Lebesgue et Emile Borel, et de célèbres physiciens, Aimé Cotton, Jean Perrin et Paul Langevin.

En 1895, il est nommé Maître de Conférences à la Faculté des sciences de l'Université de Rennes. En 1896, il soutient sa thèse de doctorat ès-sciences physiques sur devant la Faculté des sciences de l'Université de Paris. Le jury est présidé par Charles Friedel et comprend Edmond Bouty et Henri Pellat.

En , Pierre Weiss se marie à Paris avec Jane Rancès. Leur fille, Nicole (1915-2008), épousera le mathématicien français Henri Cartan.

À cette époque éclate l'Affaire Dreyfus. Selon le témoignage de ses descendants recueilli par Nicolas Ballet, Pierre Weiss se joint aux intellectuels qui défendent Alfred Dreyfus, alsacien né à Mulhouse comme lui. Cette prise de position lui vaut une hostilité difficilement soutenable de la part de ses collègues et de ses étudiants à l'Université de Rennes. Il accepte donc le poste de Maître de Conférence que lui propose l'Université de Lyon en 1899.

thumb|left|upright=1|alt=|Albert Einstein, Paul Ehrenfest, Paul Langevin, Heike Kamerlingh Onnes et Pierre Weiss chez Kamerlingh Onnes à Leyde.

Alors qu'à Lyon Pierre Weiss n'a aucune perspective de devenir professeur, l' École polytechnique fédérale de Zurich lui propose, en 1902, un poste de professeur de physique et de directeur de son Institut de Physique, proposition qu'il accepte. En 1907, il publie le travail qui le rendra célèbre sur la nature du ferromagnétisme et son concept du champ moléculaire. C'est à cette époque qu'il rencontre Albert Einstein et Peter Debye, professeurs à l'Université de Zurich. Durant la première guerre mondiale, il revient en France. Il est affecté Bureau des Inventions pendant deux ans. Il travaille avec Aimé Cotton au développement d'un système de repérage des positions d'artillerie par le son, la méthode Cotton-Weiss.

En 1919, la Kaiser-Wilhelms-Universität de Strasbourg cesse ses activités. Sous le Reich, l'Université a bénéficié d'importants moyens mais, après la guerre, la situation n'est pas brillante. Weiss fait partie de la commission chargée d'évaluer les travaux nécessaires pour réintégrer l'Université de Strasbourg à l'Université française. Le Président de la République, Raymond Poincaré, déclare qu' . C'est ainsi que, en plus des facultés traditionnelles, des Instituts spécialisés sont créés pour favoriser la recherche. C'est dans ce contexte que Pierre Weiss devient professeur de Physique à l'Université de Strasbourg et directeur de l'Institut de Physique. Il recrée à Strasbourg un Institut consacré à la recherche sur le magnétisme, semblable à celui qu'il avait créé à Zurich. Il obtient des postes pour rassembler autour de lui la plupart de ses collaborateurs de Zurich, Gabriel Foëx, Robert Forrer et Edmond Bauer. Devenu veuf en 1919, Pierre Weiss se remarie en 1922 avec la physicienne Marthe Klein (1885-1953). En 1926, Pierre Weiss est élu à l'académie des sciences de Paris. A cette occasion, il publie ses Titres et Travaux.

D'après Francis Perrin, fils de son ami Jean Perrin,

Louis Néel, jeune agrégé sortant de l'Ecole Normale Supérieure, arrive dans son laboratoire pour préparer sa thèse en 1928. Il devient son assistant en 1932 et lui succède à la chaire de Physique de l'Université de Strasbourg en 1937. Louis Néel témoigne de cette période:

En 1939, il ne suit pas le déménagement de l'Université de Strasbourg à Clermont-Ferrand mais suit son ami Jean Perrin à Lyon où il meurt en 1940.

Travaux Recherches fondamentales Pierre Weiss s'intéresse aux propriétés magnétiques de la matière en présence d'un champ magnétique extérieur. Ses recherches s'inscrivent dans une longue série de travaux initiée par Michael Faraday en 1845 et poursuivie par André-Marie Ampère, James Clerk Maxwell, James Ewing, Pierre Curie et Paul Langevin. Ces travaux se développent dans le cadre de la physique classique complétée par la thermodynamique statistique de Ludwig Boltzmann. Pierre Weiss prend le relais des travaux de Curie et Langevin. Il jette les fondements de la théorie du ferromagnétisme qui sera, par la suite, réinterprétée par Werner Heisenberg et Niels Bohr en 1929 dans le cadre de la mécanique quantique. Et c'est Louis Néel, un élève de Pierre Weiss, qui poursuit ces recherches pour lesquelles il obtient le Prix Nobel de Physique en 1970.

Michael Faraday Il est connu depuis l'antiquité que certains minéraux comme la magnétite attire les objets en fer et leur confère même une aimantation permanente. Ces matériaux sont appelés ferromagnétiques. Faraday remarque que, lorsqu'il place une barre de Fer entre les pôles d'un aimant, la barre s'aligne selon les lignes du champ magnétique alors que, quand il place une barre de verre, la barre prend une position perpendiculaire aux lignes de champ. Il considère que, sous l'influence d'un champ magnétique extérieur, les matériaux acquièrent une aimantation. Si cette aimantation est dans le même sens que le champ, il nomme le matériau paramagnétique. Si l'aimantation induite est dans le sens contraire au champ appliqué, il nomme le matériau diamagnétique.

Pierre Curie Dans son travail de thèse publié en 1895, Pierre Curie montre que l'aimantation induite est proportionnelle au champ magnétique extérieur : étant l'aimantation, la susceptibilité magnétique et le champ magnétique extérieur. Le facteur est positif dans les matériaux paramagnétiques ( est dans le sens de ) et négatif dans les matériaux diamagnétiques ( est dans le sens contraire de ).

Curie trouve aussi que l'aimantation des matériaux diamagnétiques est indépendante de la température tandis que l'aimantation des paramagnétiques diminue quand la température augmente: ou bien (loi de Curie)

étant le coefficient de Curie et la température en kelvin. Il découvre aussi que, au-delà d'une certaine température propre à chaque matériau, (température de Curie), il n'y a plus d'aimantation possible dans le sens du champ. Les paramagnétiques deviennent diamagnétiques.

Pierre Curie distingue, parmi les paramagnétiques, des matériaux ferreux qui s'aimantent beaucoup plus que d'autres. Il appelle ces matériaux "ferromagnétiques". Il ne trouve pas d'explication qui rende compte de leur susceptibilité magnétique mille fois plus élevée que celle des paramagnétiques ordinaires. C'est Pierre Weiss qui y consacrera ses recherches et découvrira l'origine du comportement magnétique de ces matériaux.

Premières recherches de Pierre Weiss Les premiers travaux de Pierre Weiss sont contemporains de ceux de Pierre Curie. Bien que plus âgé, Pierre Curie n'a soutenu sa thèse de physique qu'en 1895, à 37 ans, et Pierre Weiss a soutenu la sienne en 1896, 31 ans. Pour sa thèse, Pierre Weiss étudie les propriétés de la magnétite (Fe3O4). Il remarque que l'aimantation d'un cristal isolé dépend de son orientation par rapport au champ magnétique: le cristal de magnétite, bien que de maille cubique, n'est pas isotrope vis-à-vis du champ magnétique.

Weiss découvre par la suite que la pyrrhotite, un sulfure de fer qui cristallise dans le système monoclinique prismatique, ne s'aimante que dans le plan perpendiculaire à l'axe principal du cristal. Il découvre ensuite que, dans ce plan, il y a une direction d'aimantation aisée, selon laquelle la saturation (l'aimantation maximale) est obtenue avec un champ magnétique extérieur relativement faible, et une direction d'aimantation difficile selon laquelle l'aimantation est possible mais la saturation nécessite un champ extérieur 1000 fois plus intense.

Paul Langevin

Paul Langevin avait sept ans de moins que Pierre Weiss dont il avait été l'élève à l'ENS. En 1905, il expose une théorie sur l'origine de l'aimantation des para- et des diamagnétiques. Il reprend l'idée émise par Ampère et Weber: l'aimantation résulte de l'existence de micro-circuits électriques qui créent des aimants microscopiques au sein des matériaux. Il propose que les micro-circuits sont constitués d'électrons tournant sur des orbites fermées au sein des "molécules" de matière. La théorie atomique du noyau entouré d'électrons n'a été formulée qu'en 1913 par Niels Bohr. Lorsque ces micro-aimants sont orientés au hasard, macroscopiquement, le matériau n'est pas aimanté. Lorsqu'ils sont mis dans un champ magnétique extérieur, les micro-aimants s'orientent soit selon la direction et le sens du champ magnétique (paramagnétiques), soit dans la direction mais en sens contraire du champ (diamagnétiques). Lorsque le champ extérieur cesse, les atomes reprennent leur orientation aléatoire, le matériau ne garde aucune aimantation. Dans sa théorie, Langevin présuppose explicitement que les micro-aimants élémentaires s'orientent selon le champ magnétique extérieur mais n'exercent pas d'influence les uns sur les autres.

Pour interpréter la loi de Curie, Langevin considère que l'ensemble des éléments magnétiques du milieu paramagnétique se comporte selon la thermodynamique statistique de Ludwig Boltzmann. Lorsque la température croît, l'agitation thermique croît. L'énergie thermique s'oppose à l'alignement des micro-aimants. A la température de Curie, l'énergie thermique dépasse l'énergie magnétique d'alignement des micro-aimants. Il n'y a plus d'aimantation.

Domaines de Weiss thumb|right|upright=1.5|alt=|Photomicrographie de la surface d'un matériau ferromagnétique montrant les grains du cristal, chacun divisé en plusieurs domaines parallèles à l'axe "facile" d'aimantation