Nicolas Léonard Sadi Carnot est un physicien et ingénieur français né le 1er juin 1796 à Paris et mort le 24 août 1832 à Ivry-sur-Seine.
Durant sa courte carrière (il meurt du choléra à l’âge de 36 ans), Sadi Carnot ne publie qu’un seul livre (comme Copernic) : Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance, en 1824, dans lequel il exprime, à l’âge de 27 ans, ce qui s’avérera être le travail de sa vie et un livre important dans l’histoire de la physique.
Dans cet ouvrage, il pose les bases d’une discipline entièrement nouvelle : la thermodynamique. À l’époque d’ailleurs, le terme n’existe pas encore, c’est William Thomson qui l’inventera au milieu du XIXe siècle. Pourtant, c’est bien Sadi Carnot, malgré l’imprécision de certains de ses concepts (son acceptation de la théorie du calorique et de l’axiome de la conservation de la chaleur), qui a découvert cette science aussi fondamentale du point de vue théorique que féconde en applications pratiques.
Sadi Carnot formule l’exposé raisonné du moteur thermique et les principes de base selon lesquels toute centrale énergétique, tout moteur à explosion ou à réaction est aujourd’hui conçu. Plus remarquable, cette genèse se fait alors qu’aucun prédécesseur n’a encore défini la nature et l’étendue du sujet. En s’appuyant sur des préoccupations purement techniciennes, comme l’amélioration des performances de la machine à vapeur, le cheminement intellectuel de Sadi Carnot est original et annonce des évolutions importantes qui interviendront à cette époque charnière pour la science moderne.
Fils aîné de Lazare Carnot (1753-1823), dit « le Grand Carnot » ou « l'organisateur de la Victoire », Sadi Carnot naît à Paris, au palais du Petit-Luxembourg, où son père, l’un des cinq directeurs exécutifs de la République, a ses appartements de fonction. Son prénom lui vient du nom du poète persan Saadi de Shiraz, très admiré de son père.
Au moment de la naissance de Sadi, Lazare Carnot est au faîte de sa carrière. Mathématicien et ingénieur, élève de Gaspard Monge, auteur d’un Essai sur les machines en général (1783), Lazare Carnot est également soldat, meneur d’hommes et révolutionnaire. Élu à l’Assemblée constituante de 1789, puis à la Convention, il vote la mort du roi Louis XVI. Pendant les guerres de la Révolution française, au sein du Comité de salut public, il acquiert son surnom d'« organisateur de la Victoire ». Après avoir été membre du Directoire, il est ministre de la Guerre de Napoléon Bonaparte pendant six mois en 1800, puis ministre de l’intérieur lors des Cent-Jours en 1815. En octobre de la même année, après la défaite de Napoléon, il est exilé en tant que régicide. Il vit en Belgique, en Pologne et en Allemagne, où il meurt, sans jamais rentrer en France.
Sa mère, Sophie Dupont (1764-1813), est issue d’une famille aisée de Saint-Omer.
Sadi Carnot a un frère cadet, Hippolyte Carnot (1801-1888), qui mènera une carrière politique : député de 1839 à 1848, ministre de l’Instruction en 1848, il refusera de soutenir le Second Empire, redeviendra député sous la Troisième République, puis sera élu sénateur inamovible en 1875, ainsi que membre de l’Académie des sciences morales et politiques en 1887. Sadi Carnot est l’oncle de Marie François Sadi Carnot (également couramment appelé Sadi Carnot), fils d'Hippolyte, élu président de la République française en 1887 et assassiné en 1894 par l’anarchiste Sante Geronimo Caserio.
Sadi Carnot ne s'est jamais marié et n’a pas eu de descendance.
À la suite du coup d’État du 4 septembre 1797, Lazare Carnot doit s’expatrier, une situation qui dure jusqu’en janvier 1800 lorsqu’il est gracié par Bonaparte ; durant cette période, Sadi Carnot vit avec sa mère dans la maison familiale de Saint-Omer. En août 1807, Lazare Carnot, rendu à la vie privée par la suppression du Tribunat, décide de s’occuper lui-même de l’éducation de ses deux fils, leur enseignant les mathématiques, les sciences, les langues et la musique.
En 1811, Sadi Carnot entre au lycée Charlemagne, dans la classe préparatoire de Pierre-Louis Marie Bourdon, pour préparer le concours de l’École polytechnique. Ayant atteint le 1er juin 1812 l’âge minimum requis de 16 ans, Sadi Carnot peut en août suivant se présenter au concours, où il est reçu 24e sur 179 et incorporé dans la seconde division le 2 novembre.
En 1812-1813, les cours fonctionnent normalement malgré les revers subis par les armées impériales. Ses professeurs sont Reynaud pour l’analyse, Poisson pour la mécanique, Hachette pour la géométrie descriptive, Louis Jacques Thénard pour la chimie générale et appliquée, Jean-Henri Hassenfratz pour la physique et François Arago pour le calcul infinitésimal et la théorie des machines. Au cours de cette première année, il a également pour répétiteur des hommes tels qu'Alexis Petit pour la physique ou Pierre Louis Dulong pour la chimie dont il utilisera ultérieurement les travaux. Il semble même qu’on ait songé à le faire passer immédiatement dans la section d’artillerie de l’École de Metz en octobre 1813, mais qu'on l'ait finalement considéré comme trop jeune.
La seconde année se révèle moins fructueuse sur le plan de l’enseignement. Fin janvier 1814, l’intégration des élèves dans trois compagnies du corps d’artillerie de la garde nationale interrompt progressivement la marche de l’enseignement. Les 29 et 30 mars 1814, Sadi Carnot, qui est l’un des six caporaux de la compagnie, combat avec le bataillon des polytechniciens et essuie le feu lors d’une escarmouche sans gravité, dans la défense du fort de Vincennes contre les alliés ; c'est sans doute sa seule expérience de bataille. Les cours reprennent le 18 avril, mais Sadi ne rentre que le 12 mai. Le 12 octobre 1814, il est déclaré admissible dans les services publics, 10e de la liste générale des 65 élèves qui demeurent dans sa promotion. Il est classé 5e de la liste particulière des dix élèves admis dans le génie militaire comme élèves sous-lieutenants à l’École d'application de l'artillerie et du génie de Metz. Ainsi s’achève une période-clé dans sa formation, à laquelle il fera référence lors de la publication des Réflexions en signant son œuvre « Sadi Carnot, ancien élève de l’école polytechnique »
Sadi Carnot reçoit son brevet d’élève-officier du génie le 1er octobre 1814 et entre à l’École de Metz dans les derniers jours de 1814 à l’issue d’une permission de détente. Il suit dans cette prestigieuse école d’application, héritière de l’École royale du génie de Mézières, les cours de mathématiques appliquées et de physique de François-Marie Dubuat et Jacques Frédéric Français, ainsi que ceux de Chevreuse pour la chimie appliquée aux arts militaires et la pyrotechnie. Son brevet de lieutenant en second au 2e régiment de sapeur, marquant sa sortie de l’école et son entrée véritable dans la carrière militaire, est daté du 2 avril 1817. Selon la tradition, il bénéficie immédiatement d’un congé de trois mois qu’il prolonge jusqu’au 15 octobre 1817 et dont il passe sans doute la majeure partie dans la maison familiale de Nolay auprès de son oncle, le lieutenant général du génie Carnot de Feulins.
Avec l’avènement de la paix en 1815, il se retrouve astreint à l'existence routinière de la garnison, avec peu de perspectives. En tant que fils d’un chef républicain exilé, il est considéré comme peu sûr ; aussi s’arrange-t-on pour que son lieu d’affectation soit éloigné de Paris.
Sadi Carnot, muté régulièrement, inspecte des fortifications, trace des plans et rédige de nombreux rapports. Mais ses recommandations sont, semble-t-il, ignorées ; sa carrière est en stagnation.
L’ordonnance du 6 mai 1818 porte formation d’un corps royal d’état-major et d’une école d’application pour le service de l’état-major général de l’armée. Le 15 septembre 1818, Sadi Carnot bénéficie d’un congé de six mois pour préparer l’examen d’entrée à Paris.
Par ordonnance du 20 janvier 1819, il est admis à l’état-major de Paris avec le grade de lieutenant et placé en disponibilité ; il perçoit les deux tiers de la solde brute au titre de travailleur scientifique. Logeant près de chez son oncle Joseph dans un petit appartement du quartier populaire du Marais qu’il occupera jusque vers le milieu de 1831, Sadi Carnot suit des cours à la Sorbonne et au Collège de France, mais pas à l’École des mines, pour laquelle il faut une autorisation de l’administration supérieure qu’il n’a jamais sollicitée, et où il aurait pu faire la connaissance du jeune Émile Clapeyron. Il est élève au Conservatoire national des arts et métiers où Clément-Desormes dispense un cours de chimie appliquée aux arts et Jean-Baptiste Say un cours d’économie industrielle. Il fréquente aussi le Jardin des plantes, la Bibliothèque du roi, le musée du Louvre et le Théâtre italien de Paris. Il s’intéresse aux problèmes industriels, visite des ateliers et des usines, étudie la théorie des gaz et les dernières théories d’économie politique. Il laisse des propositions détaillées sur les problèmes courants comme les taxes, mais les mathématiques et les arts le passionnent.