Il est le fils de Jacobus van der Waals et d’Elisabeth van den Burg.
Johanne van der Waals est à vingt ans d'abord instituteur. Il parvient par un effort solitaire à être admis en tant que professeur de petit collège àDeventer en 1863. Mais le jeune professeur dans l’enseignement moyen est aussi un étudiant puisqu'il assiste avec assiduité de 1862 à 1865 aux cours de l’université de Leyde pendant son temps libre. C'est sur la recommandation d'un professeur qu'il a pu obtenir d'abord un poste d'auxiliaire de façon à le libérer de l'enseignement primaire. L'étudiant tardif et persévérant obtient ses certificats d’enseignement dans lesmathématiques et laphysique. Il peut alors enseigner en 1866 la physique à Deventer et àLa Haye,Pays-Bas. Désormais, l'étudiant ambitieux en physique ne peut plus rien obtenir de l'université et se consacre bénévolement à la recherche.
En 1873, grâce à une nouvelle législation, il est autorisé à passer ses examens. Il soutient sondoctorat avec unethèse intitulée en néerlandaisOver de continuiteit van den gas en vloeistoftiestand (De la continuité des états liquides et gazeux). Cette thèse expose sonéquation d'état ainsi que d’autres résultats sur la continuité du passage d'unétat gazeux à unétat liquide d’un corps. Cette équation d’état est une amélioration de l'équation d'état des gaz parfaits. Elle tient compte deforces intermoléculaires (appeléesforces de van der Waals lorsque leur nature sera mieux déterminée parFritz London en 1930) et aussi du fait que les molécules ont un volume non nulincompressible.
Les modèles calculés à partir de l'équation d'état permettent une meilleure approche du comportement réel des gaz que celle desgaz parfaits, surtout au voisinage de la zone deliquéfaction qui se révèle la plus importante dans la pratique. La thèse cruciale sur ce point est remarquée par les chercheurs des meilleurs laboratoires, et en particulierJames Clerk Maxwell. Elle se propage ensuite rapidement, trouvant un succès rapide dans les milieux scientifiques grâce à sa traduction disponible en allemand dès 1881, en anglais dès 1888 et en français dès 1894.
Or, accepter cette formule pour décrire le comportement des gaz à haute pression c'est accréditer l'idée concomitante de forces moléculaires d'attraction qui agissent à courte portée et de répulsion expliquant le rôle du volume d'encombrement moléculaire. Et ces conceptions sont loin d'être reconnues et dérangent. Aussi, acceptée parfois par défaut comme une équation imparfaite pour reproduire les mesures observées dans la course au froid, elle relance l'intérêt pour l'étude des gaz réels. Les premières modélisations approchées, puis les équations d'état approchées, basées sur l'analyse numérique de cinétique moléculaire, la dépassent et s'imposent ensuite.
Il n'empêche que l’approche de van der Waals a été stimulante pour illustrer les phénomènes detransition de phase, si fondamentaux pour la compréhension des états de la matière et découvrir les mécanismes responsables de la zone de stabilité, demétastabilité et d'instabilité des milieux en équilibre homogène.
Van der Waals profite de l'aubaine de sa subite notoriété : il est élu à l’Académie royale néerlandaise des arts et des sciences en 1875 puis est nommé premier professeur de physique à l’université d'Amsterdam à laquelle il reste fidèle jusqu’à sa retraite en 1907.
Les travaux de van der Waals sur l'équation de l'état d'agrégation des gaz et des liquides lui valent au terme de sa carrière la reconnaissance de lacommunauté scientifique avec l’attribution duprix Nobel de physique en 1910.
Le vieux chercheur a aussi contribué à la théorie moléculaire des mélanges binaires et à l'étude de lacapillarité. Par ses relations amicales avec son compatriotevan 't Hoff sur ces derniers thèmes, il doit sans doute de ne pas avoir été oublié lors des délibérations préalables au Nobel. Il est vrai que les deux chercheurs émérites étaient des figures du renouveau incontournable de la vie scientifique hollandaise, promus de façon internationale et attirés à l'université d'Amsterdam au cours de la seconde moitié de ladécennie 1870.
(en)Biographie sur le site de lafondation Nobel (le bandeau sur la page comprend plusieurs liens relatifs à la remise du prix, dont un document rédigé par la personne lauréate — leNobel Lecture — qui détaille ses apports)
