Sadi Nicolas Léonard Carnot
Figlio maggiore di Lazare Carnot, ingegnere militare, matematico e politico, noto per il Teorema di Carnot e per gli studi di meccanica (Saggio sulle macchine). Nacque nel palazzo del Petit-Luxembourg in quanto all’epoca della nascita il padre faceva parte del Direttorio (il governo rivoluzionario che durò dal 1795 al 1799). Il nome Sadi gli fu dato perchè il padre ammirava il poeta e filosofo persiano Sa’di di Shiraz (era il nome già dato ad un suo fratello morto pochi mesi dopo la nascita).
Il fratello minore era Hippolyte Carnot, in seguito uomo politico, Ministro dell’educazione e padre di Marie François Sadi Carnot, Presidente della Repubblica francese dal 1887 al 1894, assassinato dall’anarchico italiano Sante Caserio. Il padre divenne Ministro della guerra sotto Napoleone nel 1799 e si dimise nel 1807 per dedicarsi all’istruzione dei due figli ai quali insegnò approfonditamente matematica e scienze, ma anche lingue, arte e musica.
Avendo dimostrato grandi doti e una grande curiosità per la scienza e la tecnica (a quattro anni lo trovarono che si informava sul funzionamento di un mulino ad acqua…), il giovane Sadi venne iscritto, per qualche mese, al Liceo Carlomagno di Parigi per prepararsi all’esame di ammissione all’École Polytechnique, che superò nel 1812 all’età minima possibile di 16 anni! Tra i suoi insegnanti ebbe Poisson, Ampère e Arago.
Si diplomò nel 1814 e, appena prima dell’esame, insieme agli altri studenti chiese di combattere per Napoleone alla difesa, senza successo, di Vincennes contro gli alleati. Scrisse nel dicembre 1813: Sire: Il Paese ha bisogno di tutti i suoi difensori. Gli allievi dell’École, fedeli al loro motto, chiedono il permesso di andare alla frontiera per dividere la gloria degli uomini coraggiosi che si consacrano alla salvezza della Francia. Il battaglione, orgoglioso di aver contribuito alla sconfitta del nemico, tornerà alla scuola per coltivare le scienze e prepararsi a nuovi servizi.
Dopo il diploma si trasferì alla Scuola del Genio di Metz per frequentare il corso biennale di ingegneria militare. Nel 1815 Napoleone tornò dall’esilio per il suo breve governo detto dei “cento giorni” e il padre venne nominato Ministro dell’interno, mettendo Sadi in una imbarazzante situazione all’Accademia militare. Nell’ottobre, dopo la disfatta di Napoleone, il padre fu esiliato in Germania e non tornò mai più in Francia, e l’essere figlio di un esiliato si dimostrò un grande ostacolo per la carriera militare di Sadi che ebbe incarichi secondari e in località remote.
Insoddisfatto del trattamento che riceveva, si dimise per tornare a Parigi, dove frequentò corsi alla Sorbona e al Collège de France interessandosi a problemi industriali ed economici, ma, in particolare, iniziò a studiare il comportamento dei gas. Coltivava tutti gli aspetti del sapere, frequentava assiduamente il Louvre ed altri musei e, ereditando la passione per la musica dalla madre pianista, suonava discretamente il violino che studiò anche teoricamente. Il fratello ricorda come fosse abile anche in vari sport, come ginnastica, scherma, nuoto, danza e persino pattinaggio, e li studiasse approfonditamente anche negli aspetti teorici per migliorarsi.
Fece visita al padre e al fratello a Magdeburgo nel 1821; tra l’altro discussero molto sui motori a vapore che Lazare Carnot aveva avuto l’occasione di studiare sul posto e al ritorno decise che si sarebbe dedicato a sviluppare una teoria dei motori a vapore.
Cominciò così il lavoro che portò ad una trattazione matematica del calore e diede inizio alla termodinamica. Il problema che lo attraeva era quello di progettare un buon motore a vapore. Infatti i motori a vapore avevano già una grande diffusione, ma erano poco efficienti. L’importazione dalla Gran Bretagna di modelli avanzati rivelò una inferiorità tecnica dei francesi e ciò irritava Carnot, come pure la constatazione che i geniali ingegneri inglesi avevano tanto successo senza uno studio scientifico serio del funzionamento dei motori a vapore e del loro rendimento.
Il suo primo saggio del 1822-23 riguardava una teoria matematica del lavoro prodotto da un chilogrammo di vapore, sulla stessa linea di altri lavori di Navier e Petit, anche se si distingueva da questi per l’analisi accurata delle unità di misura e dei concetti usati. Il lavoro non fu mai pubblicato e fu scoperto in forma manoscritta solo nel 1966.
Nell’agosto 1823 Lazare morì, il fratello Hippolyte tornò a Parigi e aiutò Sadi a scrivere il libro che aveva in mente sui motori a vapore per renderlo più comprensibile al pubblico generico.
Nel 1824 Carnot pubblicò il suo unico lavoro Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance che contiene la descrizione del «ciclo di Carnot».
Il libro fu ignorato all’epoca della pubblicazione, anche se quindici giorni dopo la stampa Pierre Girard ne fece un dettagliato e positivo resoconto all’Accademia delle Scienze, pubblicato dalla Revue encyclopédique, che però non colse l’autentica novità delle argomentazioni di Carnot. Divenne famoso, uno dei grandi classici della storia della scienza, solo dopo una riscrittura in forma analitica nel 1834 da parte di Clapeyron e quando le idee contenute in esso furono incorporate nella teoria termodinamica di Clausius e Lord Kelvin.
Non contribuì al successo del libro neppure la personalità di Carnot, introverso, taciturno, poco entusiasta. Molto sensibile ma nello stesso tempo dotato di grande energia, riservato, quasi rude, ma singolarmente coraggioso se era il caso … scrive il fratello che cita un simpatico aneddoto di quando il padre Ministro si trovava da Napoleone, allora Primo Console, e questo per scherzo lanciava sassi verso una barca nella quale alcune signore facevano una gita nel laghetto e il piccolo Sadi lo apostrofò: Bestia di un Primo Console! Smettila di tormentare queste signore! Con gli amici tuttavia non era taciturno e partecipava volentieri alla conversazione: Il tempo passato in allegria è ben speso scrisse una volta.
Di idee repubblicane, come il padre, seguì favorevolmente la rivoluzione del 1830 e si interessò alla vita pubblica in particolare nel settore dell’istruzione, rinunciando tuttavia ad un posto di Ministro che gli era stato offerto.
Nelle Réflexions Carnot si propone di rispondere a due fondamentali domande: primo, se esista un limite superiore alla produzione di lavoro mediante il calore e secondo, quale sia il modo più efficiente di produrre lavoro mediante il calore. Dimostra quindi, nell’ambito della concezione del calore come un fluido (calorico), come il rendimento del suo “motore ideale” dipenda solo dalla differenza di temperatura e non dal fluido impiegato e introduce anche il concetto di reversibilità. Nelle note scritte tra il 1824 e il 1826, mai pubblicate, si vede come egli voglia allontanarsi dalla teoria del calorico e proponga alcuni esperimenti per studiare gli aumenti di temperatura prodotti dall’attrito nei fluidi che verranno realizzati da Joule vent’anni dopo.
Probabilmente avrebbe dato ulteriori importanti contributi allo studio della termodinamica se la sua vita non si fosse interrotta così precocemente: infatti nel giugno 1832 si ammalò e, in tale stato debilitato, fu colto dall’epidemia di colera che colpì Parigi e morì, a 36 anni, dopo un solo giorno di malattia.