Louis Cailletet, né à Châtillon-sur-Seine le et mort à Paris le , est un chimiste et physicien français. Il a été le premier à liquéfier le dioxygène le . Il a été promu officier de la Légion d'honneur en 1889.
Biographie Après des études à Châtillon-sur-Seine et au lycée Henri IV à Paris, il entre comme auditeur libre, pour l'année 1852-1853, avec son frère Camille, à l'École des mines. Dans les grands laboratoires de physique et de chimie de Paris, Louis Cailletet devient pendant ses études l'ami de nombreux savants, parmi les plus illustres de cette époque : au laboratoire de Chimie de la faculté des Sciences et de Pharmacie : Marcelin Berthelot du Collège de France, Henri Sainte Claire Deville chimiste à l’École normale, Jean Baptiste Dumas secrétaire perpétuel de l’Académie des Sciences, Jules-Célestin Jamin, professeur de physique à l’école Polytechnique. Ces relations, dans le monde scientifique parisien, lui serviront par la suite.
À leurs sorties de l'école des Mines, Louis et Camille feront chacun des voyages d'études en Angleterre, en Allemagne et en Autriche pour visiter de nombreux hauts fourneaux et laminoirs, en 1854 et en 1855. Louis malheureusement ne peut continuer, à son grand regret, les grandes études dont il rêve, son père Jean-Baptiste et son grand-père Claude-Phal Lapérouse vieillissent ; ils ont un besoin urgent de sa présence pour l'usine de Chenecières et le haut-fourneau de Villotte-sur-Ource.
Travaux et recherches Premières recherches et travaux métallurgiques La modernisation des installations et la surveillance des employés seront son premier travail comme ingénieur. Tout en poursuivant ses recherches et ses contacts avec les plus grands chimistes parisiens (Berthelot, Sainte Claire Deville), il travaille aux côtés de son père Jean-Baptiste, maître de forges. Louis commence par étudier la combustion des végétaux dans les fours ; il continue ses recherches en étudiant les propriétés physiques et chimiques du fer dans ses laboratoires de Villotte et Chenecières. vignette|Sur l'emplacement d'un ancien haut fourneau, les Cailletet puis les Suquet installèrent des laminoirs entre 1855 et 1920. Ce site industriel fut transformé par la famille Seytre en fabrique de chaînes pour l'agriculture et la marine à partir de 1930. Il remarque alors sur les tôles des imperfections. Ce sont des cloques qu'on appelle « bouillies ». Louis tente d'en recueillir les gaz occlus. Il constate qu'il s'agit, surtout, d'oxyde de carbone. Poursuivant sa recherche, il se dit que cet oxyde de carbone doit provenir de la réduction, dans les fours, d'acide carbonique ; il doit pénétrer dans le métal par suite de la perméabilité de celui-ci à la température du rouge, « fait alors ignoré ». Pour vérifier la présence d'oxyde de carbone dans les fours, il soutire du gaz de ce four par tube refroidi et constate que l'oxyde de carbone s'y trouve en abondance. Pour montrer la perméabilité du métal à cet oxyde de carbone, il insère dans le four un canon de fusil fermé à une extrémité et dont l'autre extrémité sort du four et est fortement refroidie par un courant d'air. Il constate que par cette dernière extrémité, il sort spontanément du gaz, qui, recueilli dans des éprouvettes et analysé, est bien de l'oxyde de carbone. Une autre expérience ingénieuse a été de mettre dans le four un canon de fusil aplati au laminoir et bouché à ses deux extrémités. Une fois porté au rouge, ce canon de fusil a repris sa forme circulaire sous la pression de l'oxyde de carbone qui pénétrait à travers ses parois. La preuve était faite de la perméabilité du fer et de l'acier par l'oxyde de carbone à la température du rouge.
vignette|Louis Cailletet était un passionné de biologie et de jardinage. Il avait une collection d'orchidées rares, à une époque où la première grande collection fut installée dans les serres du Sénat. Il fit et publia plusieurs études sur l'absorption du gaz carbonique par les plantes, ainsi que sur l'influence des couleurs et des rayons lumineux sur leur développement. Louis Cailletet construit et entretien une serre d'orchidées et de bégonias ; il étudie et publie à l'Académie quelques articles de biologie. Une étude récente fait la synthèse des apports de Cailletet en ce domaine (Duranton H. et Leclerc J.C. () – « Le maître de forges Cailletet et la physiologie végétale », La vie des Sciences, 10 (2)143 - 150).
Entre 1855 et 1900, Louis Cailletet publie un nombre très important d'articles et de mémoires à l’Académie des Sciences, mais également dans les revues scientifiques de son époque, comme le Journal de Physique Théorique et Appliquée, mais aussi des articles de vulgarisation dans La Nature ou le Bulletin d’Encouragement de l’Industrie Nationale.
Malheureusement, son frère Camille, plus doué que son chercheur de frère pour la direction et la gestion de l'entreprise familiale, meurt de tuberculose en 1860. Louis Cailletet se marie avec Berthe Delaunay en à Châteauvillain en Haute-Marne. Son père Jean-Baptiste Cailletet et son grand-père Claude-Phal Lapérouse meurent également quelques années plus tard, en 1865. Louis doit alors assumer pendant encore 20 ans, avec l'aide de sa mère Élise, l'ensemble des tâches de direction de l'usine, (gestion, recherche et commercialisation).
Compressibilité des gaz, recherches sur les manomètres et thermomètres Pour mesurer exactement les hautes pressions et les très basses températures, il lui faut construire des manomètres fiables et des thermomètres précis. Personne avant lui n'avait tenté de mesurer des très basses températures, aucun appareil fiable pour ce type de mesure n'existait alors. Les manomètres du commerce n’étaient pas adaptés à ces très hautes pressions et ils n'étaient pas fiables. Aucun thermomètre ne permettait de mesurer des températures au-dessous de . Louis Cailletet va d’abord passer 15 ans, en marge de ses activités de maître de forges, à mettre au point des appareils de mesure de hautes pressions et très basses températures avant de pouvoir s’attaquer à ce qu’il recherche depuis toujours : la liquéfaction des gaz dits « permanents ». Il établit son premier manomètre à côté de son laboratoire de Châtillon sur la falaise de l’ancien rempart le long du coteau. Comme la dénivellation est trop faible (10 mètres), un nouveau manomètre à tube de mercure est essayé en rade de Toulon ; puis un autre le sera plus tard, dans le puits artésien de la Butte aux Cailles à Paris, alors en cours de forage ; et enfin, il y aura, en 1891, celui de la tour Eiffel avec la collaboration de E. Colardeau et de Ducretet. Ils permettront de vérifier les résultats du physicien Émile Amagat, qui montra que la célèbre loi de Mariotte () n'est exacte que pour des pressions modérées, et qu'à partir d'une certaine limite la compressibilité des gaz n'est plus exactement proportionnelle au volume et à la température. Ce manomètre lui permit également de déterminer des mesures étalons jusqu'à , qui furent aussitôt adoptées par les constructeurs de manomètres du monde entier. Il envoie à chaque fois une note à l'Académie des Sciences et publie ses résultats dans des revues scientifiques.
Dès les années 1860-1870, Louis Cailletet s'intéresse à la compressibilité des gaz en commençant par la perméabilité du fer à l'hydrogène. En 1870, il installe un premier laboratoire à Châtillon-sur-Seine au premier étage d'une ancienne orangerie, où il commence par étudier la loi de Mariotte aux très hautes pressions et basses températures avec une grosse pompe hydraulique, qu'il fait fabriquer à Châtillon par son cousin Célestin Courtois dans son usine de pressoir pour la vigne. Avec ses amis physiciens et chimistes parisiens E. Colardeau et Émile Mathias, Louis Cailletet commence alors par mettre au point des appareils de mesure des hautes pressions et des très basses températures, qui feront l'objet de nombreuses communications à l'Académie. .
Louis et son épouse Berthe passent l’hiver 1870-1871 à Châtillon-sur-Seine dans leur maison de la rue Saint-Jean, accueillant soldats et officiers prussiens.
Liquéfaction du dioxygène et du dioxyde d'azote vignette|244x244px En dans son laboratoire de Châtillon-sur-Seine, il réussit à liquéfier l'acétylène, puis le dioxyde d'azote par le froid intense résultant d'une décompression brusque du gaz fortement comprimé à , puis refroidi à l'aide de différents gaz liquéfiés, dont l'éthylène bouillant à ) à la pression atmosphérique.
La même année il réussit le premier à liquéfier le dioxygène. Il y parvient le en produisant des gouttelettes d'oxygène liquide par une méthode différente de celle utilisée par son collègue genevois Raoul Pictet, en utilisant l'effet Joule-Thomson. Dans sa technique, le dioxygène est comprimé à , puis refroidi à . Il subit ensuite une dilatation brutale ; cette détente de doit, théoriquement, produire un refroidissement de l'ordre de , aboutissant à l'apparition de fines gouttelettes d'oxygène liquide. Dans les années qui suivirent, entre 1878 et 1886, Louis Cailletet a l'idée d'améliorer son système en séparant le tube de liquéfaction de la cuve à mercure, qui congèle à , pour refroidir l'oxygène sous vide à des températures inférieures.
vignette|L'appareil de liquéfaction de Cailletet est composée d'une pompe hydraulique de 0-300 bars, d'une cuve à mercure, d'un tube de liquéfaction avec son système de refroidissement et d'un manomètre.
Cela devrait lui permettre d'obtenir une liquéfaction plus stable et plus importante ; mais ce seront ses confrères polonais, qui le réussiront avant lui. Sa petite pompe hydraulique et son appareil de liquéfaction, composé d'une cuve à mercure et d'un tube de liquéfaction, seront fabriqués et commercialisés par les établissements Ducretet à Paris (Thomson) dès 1878. Elle servit, entre 1878 et 1950, à tous les grands laboratoires de recherche et d'enseignement pour l'étude de la liquéfaction des gaz, comme l'oxygène et l'azote, mais également l'hydrogène par Dewar.
En 1883 deux Polonais, Zygmunt Wróblewski et Karol Olszewski, réussissent une liquéfaction stable de quelques décilitres d'oxygène puis de l'azote. En 1898, l'Anglais Sir James Dewar liquéfie l'hydrogène à et enfin le , Kamerling Onnes réussit le dernier des gaz « récalcitrants », l'hélium, à , à l'université de Leyde aux Pays-Bas
Cette dernière découverte ouvrira le champ d'une nouvelle aventure, celle de la supraconductivité. Avec de nombreux chercheurs et enseignants des universités et grandes écoles parisiennes, comme Colardeau, Mathias, Bouty, Hautefeuille, Cailletet fit de nombreuses recherches et publications en ces domaines. Sa correspondance montre, qu’il est en contact avec de nombreux chercheurs étrangers à travers toute l’Europe : Raoul Pictet à Genève en Suisse, Andrews et Dewar de la Royal Society de Londres en Angleterre, Bleekrrode à La Haye et Onnes de l’université de Leyde aux Pays-Bas ; les professeurs Wróblewski et Olszewski, de l’université de Cracovie en Pologne, suivirent les expériences de Cailletet à Paris, et achetèrent, comme de nombreux chercheurs à travers toute l’Europe, sa machine chez Ducretet dès .