Peter Joseph William Debye est né le 24 mars 1884 à Maastricht, dans la province hollandaise du Limbourg. Après avoir fait ses études secondaires dans sa ville natale, il entre à 17 ans à l'Université d'Aix-la-Chapelle, où il a comme professeurs notamment A. Sommerfeld et M. Wien, et où il obtient le diplôme d'ingénieur électricien en 1905. L'année suivante, Sommerfeld, qui vient d'être nommé professeur de physique théorique à l'Université de Munich, lui demande de l'accompagner. C'est sous sa direction que Debye entreprend une thèse de doctorat sur "la pression de radiation", qu'il soutient en 1910. En 1911, il remplace pour un an, à l'Université de Zurich, Einstein, qui vient de libérer la chaire de physique théorique. Il n'a alors que 27 ans: c'est durant cette année-là, extrêmement importante dans sa carrière scientifique, qu'il propose les deux théories fondamentales qui vont le faire connaître, l'une sur les chaleurs spécifiques, l'autre sur la polarité des molécules. Revenu en Hollande, il enseigne pendant deux ans à Utrecht, puis, souhaitant confronter sa théorie sur la polarité des molécules avec l'expérimentation, il accepte la chaire de professeur de physique théorique à l'Université de GOttingen, où il a la chance de trouver un laboratoire très bien équipé. Après être xsté cinq ans dans ce poste, il enseigne successivement à Zurich, Leipzig et Berlin, où on lui propose, en 1934, une chaire à l'Université, ainsi que la direction d'un des laboratoires du Kaiser Wilhelm Institut. Mais la montée du nazisme, l'ingérence de la politique dans les préoccupations scientifiques, enfin la pression exercée pour qu'il devienne citoyen allemand, l'incitent à quitter l'Allemagne et, malgré les difficultés soulevées par les autorités de l'époque, il réussit à gagner l'Italie, puis les Etats-Unis. Nommé en 1940 professeur de chimie à l'Université Comell, il finit sa carrière outre-Atlantique après avoir obtenu en 1946 la citoyenneté américaine.

Le champ de recherches de Debye en chimie physique est extrêmement vaste et, comme nous l'avons signalé, sa notoriété a commencé alors qu'il était âgé de 27 ans, dès la publication de ses deux théories.

Ayant utilisé la formule de Planck et admis que les atomes d'un solide vibrent à une fréquence donnée, Einstein, le premier, avait établi une relation entre la "chaleur spécifique" du corps étudié et sa température. Mais aux basses températures des écarts apparaissaient entre les prévisions théoriques et les résultats expérimentaux, les atomes n'étant pas caractérisés par une seule fréquence, mais au contraire par une gamme de fréquences. La théorie de Debye, fondée sur les analogies entre le gaz de phonons et le gaz de photons, conduit à la conclusion qu'aux très basses températures la "chaleur spécifique" C est proportionnelle au cube de la température absolue de toute substance et qu'elle s'annule au zéro absolu.

Plus important encore est la théorie sur les moments dipolaires des molécules, dont le premier mémoire, paru en 1911, a été suivi par beaucoup d'autres jusque dans les années 1950. Cette théorie est à la base des conceptions sur les diélectriques et de la mesure des moments dipolaires qui va devenir un puissant moyen de détermination des structures moléculaires. Le moment permanent de certaines molécules est nul (molécules apolaires); lorsqu'il en est autrement, il s'agit de molécules polaires caractérisées par un dipôle permanent (p,o), c'est-à-dire par un système de deux charges opposées (+ q) dont l'interdistance (a) est de l'ordre de grandeur des dimensions moléculaires, de sorte que mu.o = aq; exprimé en u.e.s., sa valeur avoisine 10-18. En hommage à Debye, l'unité du moment dipolaire (D) porte son nom.

Il a également défini l'une des composantes des forces de Van der Waals. L'étude des fluides met en évidence les forces responsables des écarts par rapport à un fluide parfait. Ces forces, appelées "forces de Van der Waals", ont leur origine, si les molécules sont polaires, dans l'interaction dite de Keesom. En second lieu interviennent les forces de Debye. Le champ créé par une molécule polaire provoque une déformation des charges dans les molécules voisines, et on peut calculer l'énergie d'interaction qui en résulte. A côté de ces forces qui apparaissent seulement entre molécules polaires, sont toujours présentes celles dites de London, dues à la répartition asymétrique (variable dans le temps) des électrons autour du noyau.

En 1913, lorsqu'il arrive à Gottingen où Laue et Bragg viennent de découvrir la diffraction des rayons X, Debye commence à étudier l'influence de la température sur ce phénomène, et met en évidence un facteur important qui relie l'intensité des taches de diffraction, la longueur d'onde, l'angle de diffraction et la température; ce facteur portera son nom. Scherrer, qui se trouve aussi à Gbttingen, entreprend une collaboration très efficace avec Debye et, en 1916, les deux chercheurs publient en commun un remarquable mémoire sur la diffusion des rayons X par les petites particules cristallisées (poudre). Leur méthode va devenir rapidement l'une des plus puissantes pour déterminer la structure de cristaux de haute symétrie. Les recherches dans ce domaine se poursuivront durant des années, aussi bien au plan théorique que pratique.

Durant son séjour zurichois (1920-1927), Debye s'intéresse aux solutions d'électrolytes et publie en 1923, en collaboration avec Hückel, deux mémoires fondamentaux. La théorie qu'il développe domine encore aujourd'hui un certain nombre de nos conceptions sur les interactions ioniques en solution. Elle était d'autant plus importante à l'époque que les points de vue des deux écoles d'Ostwald et de Nemst se trouvaient partagées sur la question. Les uns, considérant que les électrolytes faibles obéissaient à la loi d'action de masse, admettaient que les ions, même chargés, se comportaient comme des particules électriquement neutres. Les autres, travaillant sur les électrolytes forts, considéraient qu'ils avaient un comportement anormal; ils parlaient "d'anomalies des électrolytes forts". Or il était pour le moins surprenant de considérer qu'un sel ou un acide fort en solution aqueuse avait un comportement anormal. Par la suite, seul Lewis et ses collaborateurs réussirent à rendre une cohérence à l'ensemble en introduisant la notion d'activité; mais il s'agissait là d'une systématique qui n'avait pas de support théorique. On avait émis des hypothèses sur des interactions coulombiennes, mais toute tentative d'en déduire une théorie s'était soldée par un échec. En combinant l'équation de Boltzmann (sur la distribution statistique des ions) et celle de Poisson (traduisant le transfert des ions du milieu homogène vers l'atmosphère ionique), puis en tenant compte d'une variation d'énergie du système (s'appliquant d'une part au domaine du continu, d'autre part au domaine du discontinu), Debye détermina le potentiel moyen d'un ion donné qui agit autour de lui. L'équation différentielle qu'il obtint ne put être intégrée que grâce à une simplification qui consistait à considérer des solutions diluées dans des solvants de constante diélectrique élevée, comme l'eau par exemple. Pour les autres solvants, elle restait valable à la limite, c'est-à-dire à dilution infinie.

Cette théorie, qui suscita de nombreuses controverses, fit néanmoins faire un grand pas en avant, et fut confirmée, pour les conditions précisées ci-dessus, par les résultats expérimentaux. Ainsi on put formuler quantitativement les propriétés thermodynamiques des électrolytes en solution; et on put calculer le coefficient d'activité des ions. En effet Debye était parti des hypothèses suivantes: la dissociation est totale, le solvant est un continuum de constante diélectrique identique en tous points, les interactions entre ions sont régies par la loi de Coulomb. Les coefficients d'activité f des ions d'un électrolyte se calculent donc à partir de la relation: Log f +- = -(a)Z+Z-µ0.5. (loi limite de Debye-Hückel à dilution infinie),

où Z+ et Z- sont les charges électriques des deux ions, p. la force ionique (µ= l/2 S Zi Ci 2), et (a) un facteur dont la valeur est de l'ordre de 0,5 pour l'eau.

Le second mémoire de 1923 concemait la conductibilité des solutions ioniques. Debye et Hückel mirent en évidence que la conductibilité était un phénomène irréversible et que, s'il y avait équilibre de dissociation, il ne pouvait être que surimposé au processus fondamental de la conduction du courant. Ils introduisirent la notion de relaxation et celle du mouvement électrophorétique du solvant. Plus tard, Debye et un autre de ses collaborateurs, Falkenhagen, rendirent compte de l'influence du champ électrique appliqué, et prévirent une dispersion de la conductibilité avec la fréquence, ce qui fut vérifié expérimentalement par Wien et Debye.

A partir de 1927, à l'Institut de physique de Leipzig, Debye poursuivit pendant sept ans ses travaux sur les moments dipolaires, les rayons X, les électvolytes forts, et entreprend l'étude de la diffusion de la lumièn: par les ultrasons. Il continua de s'intéresser aux mêmes problèmes à l'Institut Kaiser Wilhelm. C'est pour ces recherches qu'il obtint en 1936 le prix Nobel de chimie.

En 1940, outre-Atlantique, l'industrie de guerre nécessitant d'énormes quantités de caoutchouc synthétique, Debye porta son attention sur la chimie des macromolécules et des solutions colloïdales. Dans les années qui suivirent, il publia une théorie de la diffusion de la lumière par les macromolécules en solution, et proposa une méthode de déteanination de la masse moléculaire et de la forme de ces grosses molécules, montrant expérimentalement qu'avec des systèmes suffisamment purs, les résultats étaient reproductibles. Bien des années après, la technique de Debye restait le meilleur moyen pour étudier les polymères en solution.

Mort à Ithaca, dans l'Etat de New York, le 2 novembre 1966, il a laissé le souvenir d'un grand savant ainsi que d'un bon enseignant, d'un excellent écrivain et conférencier.

Dans la préface de l'un de ses livres, Debye avait écrit: "Notre science est essentiellement un art qui ne peut pas vivre sans l'étincelle de génie d'hommes qui, sensibles aux petits indices, reconnaissent la vérité avant que la preuve n'en ait été faite."

A qui, mieux qu'à lui-même, cette phrase pourrait-elle s'appliquer ?