Josiah Willard Gibbs

Il naît au sein d'une famille profondément ancrée dans le milieu académique. Son père, Josiah Willard Gibbs Sr., est professeur de théologie à l'Université Yale et linguiste reconnu, notamment pour son rôle dans la traduction des langues africaines lors de l'affaire de l'Amistad (L'abolition de l'esclavage). L'environnement intellectuel qui entoure Gibbs dès l'enfance favorise un développement académique précoce et rigoureux. 

Il entre à Yale en 1854 et obtient son diplôme en 1858, se distinguant par une solide formation en mathématiques et en sciences naturelles. Il poursuit ses études à Yale dans le cadre du premier doctorat en ingénierie mécanique décerné aux États-Unis, qu'il reçoit en 1863. Durant cette période, il travaille principalement sur des problèmes pratiques d'ingénierie, mais manifeste déjà une inclination marquée pour l'abstraction mathématique et la rigueur théorique. Un de ses premiers travaux concerne un mécanisme de roue dentée différentielle, montrant une capacité à allier précision mathématique et application technique.

À partir de 1863, Gibbs reste à Yale comme tuteur assistant en sciences naturelles, mais il ne publie encore aucun travail scientifique d'envergure. Il mène une vie discrète, caractérisée par une grande rigueur intellectuelle et indépendance de pensée. En 1866, il obtient une bourse lui permettant de partir étudier en Europe. Il séjourne d'abord à Paris, puis à Berlin et enfin à Heidelberg, où il suit les cours de Helmholtz et de Kirchhoff, parmi d'autres figures majeures de la physique théorique européenne. Durant ces trois années, il s'imprègne des méthodes analytiques avancées utilisées en Europe, et il développe une compréhension profonde des liens entre la thermodynamique, la mécanique et les fondements mathématiques de la physique.

Il rentre aux États-Unis en 1869 sans avoir publié d'article, mais avec une vision claire de la manière dont la physique devait s'exprimer à travers le langage mathématique. En 1871, Yale crée pour lui une chaire non rémunérée de professeur de physique mathématique — une discipline encore peu reconnue aux États-Unis. À cette époque, il commence enfin à publier des travaux majeurs. Son isolement relatif par rapport aux centres scientifiques européens ne freine en rien son ambition de construire une synthèse rigoureuse des lois de la thermodynamique et de la mécanique, entreprise qu'il mènera à son apogée dans les années suivantes.

À partir de 1872, Josiah Willard Gibbs entre dans la phase la plus productive et la plus influente de sa carrière scientifique. Malgré son isolement relatif aux États-Unis, loin des grands centres européens de la recherche théorique, il amorce la rédaction de travaux fondamentaux qui vont profondément transformer la thermodynamique, la chimie physique et la mécanique statistique. Dès cette année-là, il entame la publication de sa série d'articles les plus célèbres : On the Equilibrium of Heterogeneous Substances, parus entre 1875 et 1878 dans les Transactions of the Connecticut Academy of Arts and Sciences. Ces travaux, qui totalisent près de 300 pages, fondent la thermodynamique chimique moderne et introduisent des concepts tels que l'énergie libre de Gibbs, le potentiel chimique, les conditions de l'équilibre chimique et de phase, et le formalisme des ensembles.

Gibbs y développe une approche rigoureusement mathématique de la thermodynamique, qu'il fairt reposer sur la notion d'état d'équilibre comme condition d'extremum de certaines fonctions thermodynamiques. Il applique des méthodes différentielles avancées pour formaliser le comportement des systèmes multiphasés et multiconstituants, et introduit des surfaces géométriques pour représenter l'énergie libre dans l'espace des variables intensives. Ces représentations, bien qu'austères, sont d'une grande puissance prédictive, et permettent de généraliser la théorie des équilibres chimiques et physiques à une multitude de systèmes.

Malgré la portée de ses travaux, Gibbs reste largement méconnu en dehors des cercles spécialisés pendant plusieurs années. Son style est austère, son écriture dense, et son public limité. Ce n'est qu'avec la traduction en français par Le Chatelier, puis en allemand par Wilhelm Ostwald, que son influence commence à s'étendre en Europe à la fin des années 1880. Les chimistes européens reconnaissent alors l'importance décisive de ses formulations pour la compréhension des réactions chimiques et des phénomènes de phase. Gibbs devient ainsi une figure fondatrice de la physico-chimie, bien qu'il n'ait jamais été chimiste de formation.

À partir des années 1880, Gibbs étend ses intérêts à la mécanique statistique, qu'il conçoit comme un fondement microscopique de la thermodynamique. Il introduit les notions d'ensemble canonique et microcanonique, et établit les liens entre les distributions statistiques des états microscopiques d'un système et ses propriétés thermodynamiques macroscopiques. Dans son traité de 1902, Elementary Principles in Statistical Mechanics, il formalise l'approche qui sera plus tard reprise et popularisée par Boltzmann et Maxwell, avec un raffinement mathématique supérieur. Il définit la fonction de distribution comme outil central pour dériver les grandeurs thermodynamiques, anticipant des décennies de développements ultérieurs dans la théorie des gaz et des systèmes complexes.

Malgré la reconnaissance croissante de ses pairs, Gibbs reste fidèle à Yale, où il enseigne avec rigueur mais sans grande notoriété publique. Son mode de vie reste simple, presque ascétique, consacré presque exclusivement à la recherche et à l'enseignement. Il ne se marie pas, n'a pas d'enfants, et évite les controverses académiques. Il refuse plusieurs postes prestigieux pour rester dans son environnement de travail à New Haven. En 1901, il est enfin honoré à grande échelle lorsqu'il reçoit la médaille Copley de la Royal Society de Londres, une des plus hautes distinctions scientifiques de l'époque.

Josiah Willard Gibbs meurt  en 1903 à l'âge de 64 ans. À sa mort, ses contributions sont encore insuffisamment comprises dans leur ampleur aux États-Unis, mais elles auront une influence décisive sur le développement de la physique du XX^e siècle.