Histoire des Météores/Chapitre 3
Influence de la chaleur sur la vie en général. — Théorie de la chaleur. — Température. — Le froid et le chaud. — Lois de la chaleur. — Corps bons ou mauvais conducteurs de la chaleur. — Dilatation et contraction. — Nombreuses applications. — Nature du feu. — Son origine et son histoire. — Le corps humain rendu incombustible. — Production artificielle du froid.
I.
La chaleur est seule capable de développer les premiers germes de la vie.
Quand l’hiver a plongé la nature entière dans un état qui ressemble à la mort, il suffit de la douce température que la saison ramène pour la réveiller et ranimer toutes les forces engourdies.
Chaque printemps vient, comme le souffle inépuisable de la divinité, répandre la vie sur notre globe ; sous son influence, tout s’émeut : nos champs dénudés se couvrent de verdure et de fleurs, les hôtes sémillants de nos bois font retentir leurs bruyants concerts, la brise embaumée nous apporte ses arômes bienfaisants ; tout frémit, tout bourdonne, tout chante.
Plus on s’approche des pôles et plus on semble s’avancer dans l’empire de la mort ; on finit même par rencontrer des régions où il n’existe aucune espèce de plantes ni d’insectes, et qui ne peuvent être habitées que par des baleines, des ours ou autres créatures capables d’engendrer de la chaleur, et de la conserver assez puissamment pour lutter contre les glaces et les frimas de ces contrées.
La chaleur donne la vie, et la vie développe la chaleur ; il serait assez difficile de déterminer laquelle est la cause et laquelle est l’effet ; car partout où il y a vie, il y a plus ou moins de chaleur, et un lien indestructible unit ensemble ces deux phénomènes.
II.
Deux théories rivales ont partagé les opinions sur la nature de la chaleur : la théorie matérielle et la théorie mécanique ou dynamique.
Tout récemment encore, la théorie matérielle ne rencontrait que des partisans ; elle n’avait pour adversaires qu’un petit nombre d’hommes éminents.
Elle regarde la chaleur comme étant une sorte de matière, un fluide subtil, pénétrant intimement les corps, et qu’elle désigne sous le nom de calorique, pour distinguer la cause de l’effet, que l’on nomme chaleur. Elle en donne cette définition : une substance dont l’entrée dans nos corps cause la sensation du chaud, et sa sortie la sensation du froid.
La théorie mécanique de la chaleur, universellement admise aujourd’hui, écarte l’idée de matérialité : la chaleur n’est pas de la matière ; c’est un mouvement des dernières particules, des molécules, des atomes des corps.
Ce mouvement ou la chaleur, se communique sans cesse d’un corps à un autre et à l’éther, qui le propage à travers l’espace, en sorte que tous les corps émettent continuellement de la chaleur en même temps qu’ils en reçoivent du milieu qui les environne.
Si, par cet échange continuel, ils gagnent plus de chaleur qu’ils n’en perdent, leur température s’élève ; s’ils en perdent autant qu’ils en gagnent, leur température reste stationnaire ; et s’ils en perdent plus qu’ils n’en gagnent, leur température baisse.
Cet agent tend donc sans cesse à se mettre en équilibre ; c’est pour cela que la chaleur des corps renfermés dans une même enceinte varie, jusqu’à ce que cet équilibre se soit établi entre eux et entre les parois de l’enceinte. C’est cet état d’équilibre qu’on désigne sous le nom de température.
Il n’y a pas de corps absolument privés de chaleur ; il n’y a par conséquent pas de corps absolument froids. Les corps que nous appelons froids, peuvent produire sur des corps plus froids encore, des phénomènes tout à fait semblables à ceux que les corps chauds produisent sur des corps moins chauds.
Le même objet ne variant pas de température peut donc nous paraître froid dans un moment et chaud dans un autre, suivant la température extérieure de notre corps. Nous éprouvons une sensation de chaleur quand, l’hiver, nous pénétrons dans une cave, tandis que c’est de la fraîcheur ou du froid que nous sentons quand nous y pénétrons pendant l’été. Cependant, la température de ces lieux est à peu près constante ; mais, en hiver, notre corps extérieurement plus froid reçoit de l’enceinte où il pénètre plus de chaleur qu’il n’en donne, et, dans l’été, au contraire, il en perd plus qu’il n’en gagne.
Si l’on prend un verre d’eau chaude et un verre d’eau froide, et que l’on mêle une partie de chacun dans un troisième verre, et qu’ensuite on mette un doigt dans l’eau froide et un doigt dans l’eau chaude, puis successivement ces deux doigts dans l’eau mélangée, le doigt qui a été dans l’eau chaude éprouvera une sensation de froid, et celui qui a été dans l’eau froide, une sensation de chaleur. Ceci suffit pour nous expliquer tous les phénomènes de température.
III.
Il y a donc un rayonnement calorifique comme il y a un rayonnement lumineux, et ces rayonnements obéissent à une même loi.
Les intensités de la chaleur sont en raison inverse des carrés des distances.
Par exemple, si les distances sont 1, 2, 3, 4, etc., les quantités de chaleur reçues aux distances 2, 3, 4, etc., seront 4 fois, 9 fois, 16 fois, etc., moindres qu’à la distance 1.
Ce sont les académiciens de Florence qui trouvèrent, il y a près de deux siècles, que le calorique se réfléchit comme la lumière, et qu’un miroir concave le concentre à son foyer. En substituant des boules de neige à des corps échauffés, ils allèrent même jusqu’à prouver qu’on peut former des foyers frigorifiques par voie de réflexion.
Mariotte a découvert qu’il existe différentes espèces de calorique rayonnant ; que celui dont les rayons solaires sont accompagnés traverse tous les milieux diaphanes aussi facilement que le fait la lumière ; tandis que la chaleur qui émane d’une matière fortement échauffée, mais encore obscure, ainsi que celle qui se trouve mêlée aux rayons lumineux d’un corps médiocrement incandescent, sont arrêtées presque en totalité dans leur trajet au travers de la lame de verre la plus transparente.
Les ouvriers fondeurs qui ne regardaient la matière incandescente de leurs fourneaux qu’à travers un verre de vitre ordinaire, pensant, à l’aide de cet artifice, arrêter seulement la chaleur qui eût brûlé leurs yeux, avaient donc raison contre les railleries des prétendus savants.
Plus tard, on découvrit dans la lumière solaire des rayons calorifiques obscurs dont l’existence ne saurait être constatée qu’avec le thermomètre, et qui peuvent être complètement séparés des rayons lumineux à l’aide du prisme.
Il y a donc des corps diaphanes, c’est-à-dire qui sont traversés par les rayons lumineux, et il y en a qui sont diathermanes, c’est-à-dire traversés par les rayons calorifiques.
Les mêmes corps n’ont pas toujours ces deux propriétés au même degré : l’eau, par exemple, laisse passer moins de chaleur que l’huile ; un morceau de cristal d’un décimètre d’épaisseur transmet plus de la moitié de la chaleur ; une lame d’alun très transparente, d’un millimètre, n’en laisse passer qu’un sixième.IV.
Il est à remarquer que la chaleur est promptement, facilement reçue et transmise par certains corps, tandis qu’elle ne l’est presque pas par d’autres. Ainsi elle n’échauffe que très peu les surfaces bien polies, elle est réfléchie par elles presque en totalité ; mais lorsque ces rayons tombent sur des surfaces ternes ou dépolies, ils sont la plupart absorbés et échauffent le corps qui les reçoit.
Un miroir métallique, par exemple, renvoie la chaleur presque entièrement, tandis que si l’on couvre sa surface d’une légère couche de noir de fumée il l’absorbe promptement.
Une bouilloire d’argent bruni, remplie d’eau et mise au milieu de charbons ardents, s’échauffe très lentement ; mais si l’on expose préalablement sa surface extérieure au-dessus de la fumée, de manière à la noircir, réchauffement est ensuite très rapide.
Si l’on soumet deux thermomètres, dont les boules soient revêtues, l’une d’un morceau d’étoffe noire et l’autre d’un morceau d’étoffe blanche, aux rayons de la même source de chaleur, le mercure, qui par sa dilatation marque l’augmentation de calorique, augmentera plus rapidement de volume dans le thermomètre dont la boule est revêtue de l’étoffe noire que dans l’autre.
Si l’on étend sur une surface glacée, sur de la neige par exemple, exposée aux rayons du soleil, deux couvertures, l’une noire et l’autre blanche, la neige diminuera sensiblement sous la couverture noire, tandis qu’elle ne diminuera presque pas sous la blanche.
On voit donc que non seulement la chaleur se répand à la surface des corps, mais qu’elle pénètre dans leur intérieur, et cela en plus ou moins grande quantité et plus ou moins promptement selon leur nature.
Tous les corps dans lesquels la chaleur se propage facilement sont appelés bons conducteurs de la chaleur ; ceux dans lesquels elle se propage difficilement sont appelés mauvais conducteurs.
Les métaux sont de bons conducteurs de la chaleur ; mais les gaz, les liquides, la porcelaine, la terre à poterie la conduisent moins bien. Le charbon et les diverses espèces de bois lorsqu’ils sont secs, le verre, les résines, etc., la conduisent moins encore. Mais rien ne la transmet moins que les substances formées de filaments très fins, de petites écailles ou parcelles qui se touchent par très peu de points, comme le cuir, la laine en flocons, la soie en brins, le duvet, etc.
Tout le monde sait qu’on peut faire rougir un morceau de charbon, même fort court, par une de ses extrémités, et le tenir à la main par l’autre, sans se brûler, tandis que l’on ne pourrait faire la même chose avec une tige de fer de même longueur.
Il est un moyen facile et à la portée de tout le monde d’apprécier la conductibilité de différents corps : en prenant, par exemple, des tiges métalliques parfaitement égales, en les enduisant de cire à l’une de leurs extrémités et les plongeant ensuite dans un bain chaud par l’extrémité opposée, on voit facilement quelle est la tige qui fait le plus vite fondre la cire, et par conséquent le métal qui est le meilleur conducteur du calorique.
Fig. 10. — Appareil d’Ingenhousz modifié par M. Jamin[3].
Un autre moyen, aussi à la portée de tout le monde, consiste à chauffer une plaque métallique et à la mettre au-dessous du corps à examiner, puis à poser au-dessus de ce corps le thermomètre. Plus la chaleur met de temps à traverser le corps essayé, plus celui-ci la conduit mal. On peut ainsi s’assurer du peu de conductibilité des étoffes de soie, de laine, etc.
L’expérience constate pareillement que les corps qui se distinguent par un plus grand pouvoir absorbant, possèdent aussi un pouvoir rayonnant plus considérable ; par conséquent les corps qui s’échauffent le plus vite sont aussi ceux qui se refroidissent de même.
V.
De ces propriétés résultent une foule d’applications utiles et intéressantes.
Lors donc qu’un corps est destiné à dépenser de la chaleur ou à en recevoir, il faut que sa surface soit noircie, dépolie ou recouverte d’un corps qui remplisse ces conditions ; une feuille de papier gris, une toile fine, etc., suffisent. S’il est au contraire destiné à recevoir le moins possible de chaleur et à en perdre le moins possible, il faut que sa surface ait le plus beau poli ou qu’elle soit recouverte d’un corps ayant cette propriété.
Il est dangereux de poser les pieds nus sur le carreau, tandis que le parquet n’offre pas le même inconvénient; et cela parce que les carreaux possèdent une conductibilité capable de produire subitement dans cette partie du corps un abaissement considérable de température ; cette propriété n’existe pas au même degré dans le parquet.
Les poêles qui doivent conserver longtemps la chaleur sont faits en briques ; ceux en tôle s’échauffent vite, mais se refroidissent de même.
C’est parce que la laine est mauvais conducteur, que pendant l’été on enveloppe de couvertures de laine fort épaisses la glace qu’on veut transporter ; ces couvertures empêchent la chaleur extérieure de parvenir jusqu’à la glace.
Sous le rapport du calorique, les habits blancs sont préférables, en toutes saisons, aux habits noirs. En été, ils absorbent moins la chaleur du soleil, en hiver, ils rayonnent moins la chaleur du corps.
En multipliant autour d’un corps chaud les enveloppes métalliques polies, on retarde considérablement son refroidissement ; en plaçant un corps froid dans les mêmes conditions, il ne reçoit que fort lentement le calorique de l’extérieur. On a appliqué ces principes à la construction de vases en fer-blanc, formés de plusieurs enveloppes concentriques, propres à conserver la température de diverses substances, et à transporter de la glace durant l’été sans en fondre beaucoup.
Pour faire chauffer promptement un liquide on prendra un vase noirci extérieurement et dépoli ; mais, pour le conserver longtemps chaud, on prendra un vase à surface polie.
Les vases métalliques destinés à être exposés au feu, sont munis ordinairement de manches de bois ou de corne, qui ne propagent point la chaleur.
Quoique mauvais conducteurs, les liquides s’échauffent promptement lorsque leur partie inférieure est en contact avec une surface chaude, car à mesure que la couche liquide appliquée immédiatement sur cette surface s’échauffe, son volume augmente et ses parties deviennent plus légères que les parties supérieures ; alors elles s’élèvent et sont remplacées par d’autres, qui ne tardent pas à éprouver le même effet ; il s’établit ainsi des courants ascendants et d’autres descendants qu’il est facile de constater, en introduisant quelques corps légers dans le liquide, par exemple de la sciure de bois ; dans ces mouvements, toutes les molécules reçoivent la chaleur du fond du vase et la répartissent entre elles.
Si, au contraire, la chaleur est communiquée par la partie supérieure, les couches chaudes dont le poids spécifique est moindre, ne peuvent être déplacées, et la partie inférieure du vase ne s’échauffe pas. La vaporisation de l’eau a lieu alors sans être précédée du phénomène de l’ébullition.
Pour la même raison, l’eau des lacs et celle de la mer offrent souvent une température plus élevée à leur surface qu’à une certaine profondeur.
Plus mauvais conducteurs que les liquides, les gaz s’échauffent très promptement, en raison aussi de l’extrême mobilité de leurs molécules, qui fait que chacune vient successivement se mettre en communication avec la source de chaleur.
Pour rendre l’air plus mauvais conducteur, il suffit d’entraver le mouvement de ses molécules au moyen de corps légers, tels que des plumes, du coton, etc.
Les fourrures, les édredons, les habits ouatés, etc., forment des vêtements très chauds quoique légers, parce que l’air qu’ils emprisonnent, ne pouvant circuler facilement, reste mauvais conducteur de la chaleur.
Voici un tableau présentant la conductibilité et le pouvoir rayonnant de quelques corps :
| Conductibilité. | Pouvoir rayonnant. | |||
| Or | 1000 | Noir de fumée | 100 | |
| Platine | 981 | Carbonate de plomb | 100 | |
| Argent | 973 | Papier | 98 | |
| Cuivre | 898 | Colle de poisson | 91 | |
| Fer | 374 | Verre | 85 | |
| Zinc | 363 | Encre de Chine | 85 | |
| Étain | 304 | Gomme laque | 72 | |
| Plomb | 180 | Surface métallique polie | 12 | |
| Marbre | 24 | |||
| Porcelaine | 12 | |||
| Terre des fourneaux | 11 | |||
| (Viennent ensuite le bois et le charbon.) | ||||
VI.
En pénétrant les corps, la chaleur augmente leur volume en tous sens : c’est ce que l’on appelle dilatation ; et lorsqu’elle s’en va, ce volume diminue : c’est ce qu’on appelle contraction.
Les solides se dilatent moins que les liquides, et les liquides moins que les vapeurs et les gaz.
La dilatation des gaz est uniforme de 0 à 100 degrés à peu près. Cette régularité de dilatation n’a pas lieu pour les solides ni pour les liquides, surtout dans les degrés voisins de leur changement d’état.
Cependant on remarque la même proportion pour la dilatation entre le mercure et les gaz secs dans les limites de 0 à 100 degrés, et dans ces mêmes limites la dilatation des métaux solides est proportionnelle à celle du mercure.
Les dilatations des autres solides sont généralement inégales ; moindres pour les mêmes différences de température que celles des liquides, et à plus forte raison que celle des gaz.
Il est facile de démontrer que la chaleur dilate les corps en tous sens.
Je prends, par exemple, un anneau de fer et une petite balle de même métal, d’une grosseur telle qu’à la température ordinaire, elle puisse librement passer dans cet anneau.
Si je chauffe cette balle, elle ne passera plus dans l’anneau, quelques soins que l’on prenne de la retourner en tous sens ; elle a donc augmenté de volume. Mais si je la laisse refroidir, ou que je chauffe aussi l’anneau, elle pourra de nouveau y passer.
La connaissance de la dilatation et de la contraction des corps par la chaleur peut être utile dans beaucoup de circonstances. En voici quelques applications :VII.
M. Molard a tiré parti de la puissance de contraction du fer pour rapprocher les murs d’une galerie du Conservatoire, qui menaçaient ruine par leur écartement.
Il fit traverser ces deux murs parallèles par de forts boulons dont les têtes et les écrous s’appuyaient sur de larges rondelles ; il fit chauffer tous ces boulons à la fois, et pendant qu’ils étaient chauds on serra les écrous. Cette manœuvre fut répétée plusieurs fois, et la contraction des boulons, en se refroidissant, eut assez de force pour redresser les murailles, malgré la charge des étages supérieurs.
On sait que la marche d’une horloge dépend de la durée des oscillations du pendule, et celles-ci de la longueur virtuelle de ce pendule, c’est-à-dire de la distance de son axe de suspension à son axe d’oscillation. Or, cette distance se modifie avec la température, qui fait varier la longueur de la tige. Si l’on veut que le pendule donne la mesure exacte du temps, il faudra donc chercher à compenser cette dilatation.
On y parvient en composant un pendule de substances qui se dilatent inégalement pour un même changement de température, et combinées de manière que les effets de la dilatation des unes soient corrigés par les effets de la dilatation des autres, s’effectuant en sens contraire.
Cette compensation est obtenue en multipliant les châssis et en les combinant pour que leurs effets s’ajoutent les uns aux autres. Un assemblage de quatre châssis donne une compensation assez rigoureuse. Les pendules ainsi construits se nomment des pendules compensateurs.
On voit quelquefois des barres de fer, scellées par les deux bouts pendant les grands froids, se courber pendant les grandes chaleurs, par suite de la dilatation. Le zinc est le plus dilatable de tous les métaux ; aussi ne le fixe-t-on pas par tous les points lorsqu’on l’emploie comme couverture de maison ; on accroche l’une dans l’autre, au moyen d’un bourrelet fait exprès, les plaques de zinc ; autrement, les changements de température feraient céder les clous ou ployer le métal.
On doit prendre des précautions pour permettre au métal de se dilater et de se contracter librement, dans l’assemblage des cylindres creux en fonte destinés à la conduite de l’eau, ainsi que dans la construction des rails pour les chemins de fer.
Les ustensiles de verre, les poteries, etc., éclatent lorsqu’on les fait passer brusquement d’une température à une autre très différente. Un pot de terre chauffé brusquement et inégalement est bientôt fêlé ; un ballon en verre doit être chauffé par degrés et bien également partout, pour rester intact ; s’il est trop épais, la chaleur se communique lentement et inégalement, et il se casse ; s’il n’est pas d’égale épaisseur, il y a aussi répartition inégale de chaleur, et par conséquent de dilatation, il se casse de même. Les vases donc, dans lesquels la chaleur se propage avec le plus de facilité, sont les plus résistants ; tels sont parmi les vaisseaux de verre ceux qui sont les plus minces et qui ont partout à peu près la même épaisseur, et parmi les poteries celles dont la matière est plus poreuse. Le charbon que l’on allume éclate et se fendille jusqu’à ce qu’il soit échauffé tout à fait ; il suffit de tenir à la main un bâton de soufre pour produire le même effet. Cela vient de ce que ces matières étant mauvais conducteurs de la chaleur, quelques-unes de leurs parties sont beaucoup plus tôt contractées ou dilatées que les parties voisines, ce qui détermine une dislocation violente entre les molécules et un déchirement entre les différentes parties.
VIII.
Les lois générales de la dilatation et de la contraction présentent des exceptions remarquables.
L’eau, par exemple, a moins de volume à 4 degrés qu’à 3, et moins à 2 qu’à 1, et à 0 liquide beaucoup moins qu’à 0 solide ; en sorte que son maximum de densité se trouve à 4 degrés au-dessus de 0. Ce maximum de densité de l’eau a une grande importance ; car il a été adopté pour définir l’unité de poids dans le système métrique. Cette unité, que l’on appelle gramme, a le même poids qu’un centimètre cube d’eau pure prise à son maximum de densité.
Cette particularité de dilatation à un degré inférieur n’appartient pas exclusivement à l’eau, car le fer fondu, le bismuth, le soufre se dilatent aussi au moment de leur congélation.
On explique ces phénomènes par l’arrangement particulier que prennent les molécules pour former la cristallisation.
L’augmentation du volume de l’eau au moment où elle gèle est une des plus remarquables, et demande de grandes précautions pour éviter les nombreux accidents qu’elle peut occasionner.
Il est nécessaire, par exemple, à l’approche des gelées, de vider les fontaines, les conduits et les autres vases exposés à la température de l’air extérieur ; sans cette précaution, ils peuvent être brisés, quelque solides qu’ils soient ; un effet analogue pourrait être produit par les autres substances dont le volume augmente au moment de leur solidification.
La force de dilatation de l’eau qui passe à l’état de glace est énorme. Hales remplit de ce liquide une bombe qui avait environ un centimètre d’épaisseur. Il ferma l’ouverture avec un bouchon retenu par une forte presse, et fit geler le liquide en l’exposant à un froid artificiel considérable ; la glace n’avait que deux centimètres d’épaisseur lorsque la bombe se fendit en trois morceaux.
Les terribles effets de la poudre à canon ne sont dus qu’à l’expansion subite des gaz à laquelle son inflammation donne lieu, la vapeur chauffée en vase clos est capable de produire des effets plus étonnants encore.
Vauban, en comparant la force de la vapeur à celle de la poudre, a trouvé que 70 kilogrammes d’eau réduite en vapeur pouvaient soulever un poids de 38 milliers ; et il faut, ajoute-t-il, près de 130 kilogrammes de poudre pour produire le même effet.
Les canons, les fusils, les mortiers, etc., sont donc de véritables machines à vapeur ; toute la différence consiste en ce que le choix des matières à convertir en vapeur n’exige pas une chaudière, puisque l’on opère, au point même où l’on a besoin de gaz, leur formation instantanée.
Le courant produit par l’air dilaté de nos foyers entraîne avec lui la fumée et tous les produits volatils de la combustion. Les cheminées à tuyau très étroit sont moins sujettes à fumer que les autres, parce que le courant d’air ascendant s’y trouve plus rapide.
Le courant d’air froid qui se manifeste près des foyers et qui se précipite avec tant de violence dans la bouche des poêles est dû à la même cause.
Les bouches de chaleur que l’on adapte aux poêles et aux cheminées ne sont encore que des courants d’air chaud produit par la dilatation.
Les vasistas placés dans les salles où se tiennent les réunions nombreuses sont destinés à renouveler l’air de ces salles. L’air intérieur, échauffé, et par conséquent dilaté, s’élève vers la partie supérieure de la salle, se déverse et sort par le vasistas, tandis qu’il se trouve remplacé par l’air frais et pur qui arrive du dehors.
C’est aussi sur les propriétés de l’air dilaté que repose ce que l’on nomme les fourneaux d’appel. Dans plusieurs mines, on renouvelle l’air des galeries en établissant un courant semblable à celui de nos cheminées, au moyen d’un fourneau placé à l’ouverture d’un puits. L’air extérieur pénètre dans les galeries par un autre puits, les parcourt dans toute leur longueur, et vient se rendre à l’ouverture du premier.
IX.
Le feu est le développement simultané de chaleur et de lumière produit par la combustion des corps dits combustibles. Pour le physicien ce n’est pas autre chose qu’un degré de température plus élevé que celui du calorique sans lumière.
Les anciens regardaient le feu comme un des quatre éléments. Plusieurs peuples l’adoraient comme une divinité.
Si l’on en croit d’anciennes traditions, il y a eu un temps où une grande partie du genre humain ne savait ce que c’était que le feu. Les Égyptiens, les Phéniciens, les Perses, les Grecs et plusieurs autres nations avouaient qu’originairement leurs ancêtres n’en connaissaient pas l’usage.
Les habitants des îles Mariannes, découvertes en 1521 n’avaient aucune idée du feu, dit-on ; ils furent étrangement surpris quand ils en virent, lors de la descente que Magellan fit parmi eux.
Ils le regardèrent d’abord comme une espèce d’animal qui s’attachait au bois dont il se nourrissait. Les premiers qui s’en approchèrent de trop près s’étant brûlés en donnèrent de la crainte aux autres, et n’osèrent plus le regarder que de loin, de peur, disaient-ils, d’en être mordus et que ce terrible animal ne les brûlât par sa violente respiration ; car c’est l’idée qu’ils se formaient de la flamme et de la chaleur.
La nature offrait cependant aux premiers hommes plusieurs indications sur le feu et plusieurs moyens d’en assurer la découverte.
Sans parler des volcans, on trouve des feux naturels allumés dans presque tous les pays. Le feu est souvent occasionné par la fermentation de certaines matières réunies dans un même lieu, par le choc des cailloux et par le frottement des bois.
Le vent a plus d’une fois embrasé des roseaux et des forêts : c’est à cette cause que les Phéniciens rapportaient la découverte du feu.
On cultive souvent le bambou en haies immenses, au pourtour des grandes habitations. Ces haies sont appelées balisages ; elles produisent un effet des plus grandioses. Le frottement des grands chaumes qui se heurtent dans leur épaisseur divergente, et qui, tout considérables qu’ils sont, n’en demeurent pas moins flexibles, produit quand la tempête agite les balisages un bruit violent, singulier et même effrayant lorsqu’on l’entend pour la première fois. Des incendies considérables, au dire des colons, ont plus d’une fois été produits par le frottement de ces surfaces sèches et polies (fig. 11 et 12).
« Après avoir vainement cherché pendant plusieurs mois, et en diverses saisons, des fleurs de bambou pour enrichir notre herbier, dit Bory de Saint-Vincent, nous en trouvâmes tout à coup en grande quantité, sur les pousses d’un balisage, qui avait été l’année précédente, la proie d’un embrasement attribué au frottement des bambous. »
Les Chinois disent que Sui-Gin-Schi, un de leurs souverains, enseigna la manière d’allumer du feu en frottant fortement deux morceaux de bois et en les faisant tourner l’un sur l’autre. Les Grecs avaient à peu près la même tradition. C’est encore aujourd’hui la méthode la plus usitée chez les sauvages.
La foudre ne porte que trop souvent la flamme sur la terre. Les Égyptiens disaient être redevables de la connaissance du feu à un accident de cette sorte.
X.
Si donc, il a été un temps où presque tous les hommes étaient privés de l’usage du feu, ce n’est pas que cet élément ne se manifestât en bien des manières ; mais c’est qu’on ignorait l’art de s’en servir, d’en avoir à volonté, de le transporter et de le reproduire après qu’il était éteint. Aussi tous les peuples ont-ils regardé ceux à qui ils ont cru être redevables de cette découverte comme les inventeurs des arts, parce qu’en effet il n’y a presque aucun art qui puisse se passer du feu :
Le feu dilate l’air ; des lacs, des mers profondes
En globules roulants il divise les ondes.
Des êtres qu’il dissout, les uns sont transformés
En légères vapeurs, en globes enflammés ;
D’autres réduits en chaux, d’autres réduits en cendre.
Ici, libre en tous sens, il aime à se répandre ;
Là, fixé dans les corps en un profond sommeil,
D’une cause imprévue il attend son réveil.
Une des choses les plus étonnantes, serait de voir le corps humain rendu incombustible ; on doit à la science des expériences très curieuses à ce sujet. En se mouillant préalablement le doigt avec de l’éther, on éprouvera une sensation de froid si on le plonge ensuite dans du plomb fondu. En se mouillant le doigt avec de l’eau, on le plonge impunément dans du suif à plus de 300 degrés. On le trempera de même sans danger dans de l’eau bouillante, après l’avoir humecté d’éther. On peut également plonger la main dans la fonte incandescente, pourvu qu’on l’ait d’abord mouillée avec une solution d’acide sulfureux contenant un peu de sel ammoniac.
M. Boutigny, d’Évreux, rapporte à ce sujet des faits extraordinaires, dans son important et remarquable travail sur l’état sphéroïdal de la matière.
M. Côme, professeur de physique à Laval, et M. Covlet, ont ainsi coupé des jets de fonte avec les doigts ; ils ont plongé les mains dans des moules et dans des creusets remplis de la fonte qui venait de couler d’un wilkinson, et dont le rayonnement était insupportable, même à une assez grande distance. Mme Covlet, qui assistait à ces expériences, permit à sa fille, enfant de huit à dix ans, de mettre la main dans un creuset plein de fonte incandescente. Cet essai fut fait impunément.
« Un Espagnol, Lionetto, dit Julia Fontenelle, se montra à Paris en 1819, et étonna tout le monde par son insensibilité au contact du feu ; il maniait impunément une barre de fer rouge, du plomb fondu ; il buvait de l’huile bouillante, etc. »
Pendant que Lionetto était à Naples, le professeur Sementini remarqua qu’il plaçait sur ses cheveux une plaque de fer rouge, et qu’on en voyait s’élever aussitôt une vapeur épaisse ; que le même effet était produit lorsqu’il passait un fer rouge sur la plante du pied, sur la langue ; qu’il buvait environ le tiers d’une cuillerée d’huile bouillante ; qu’il tenait entre ses dents un fer presque rouge.
Sementini, jaloux de découvrir les procédés de Lionetto, fit quelques expériences sur lui-même, et trouva :
1° Qu’au moyen de frictions avec des acides, particulièrement avec l’acide sulfurique étendu d’eau, la peau devenait insensible à l’action de la chaleur du fer rouge ;
2° Qu’une solution d’alun, évaporée jusqu’à ce qu’elle devînt spongieuse, était encore plus propre à cet effet, en l’employant en friction ;
3° Que les parties du corps rendues insensibles, et frottées avec du savon dur, puis lavées, étaient plus insensibles encore ; on parvenait, par ce moyen, à se frotter avec un fer rouge sans qu’un poil de la peau fût brûlé.
Les mêmes préparations faites sur la langue et sur la bouche produisaient les mêmes résultats.
La cause de cette insensibilité se trouve probablement dans le peu de conductibilité qu’ont les substances intermédiaires pour la chaleur, ou dans l’évaporation de ces substances que déterminent le fer chaud ou l’huile bouillante ; car tout solide qui passe à l’état liquide, ou tout liquide qui passe à l’état de vapeur, absorbe une quantité étonnante de chaleur.
Ces expériences, du reste, ne sont pas nouvelles ; car, Ambroise Paré, chirurgien de Charles IX, dit avoir rendu quelques parties de son corps incombustibles par l’emploi de l’esprit de soufre (acide sulfureux).
XI.
Si ces faits sont intéressants, ceux que nous présente l’étude du froid ne le sont pas moins, nous le verrons plus loin en parlant de la congélation ; cependant disons un mot ici du froid obtenu artificiellement.
Dans une communication à l’Académie des sciences, M. Berthelot a fait remarquer que la production artificielle du froid repose en général sur l’un des trois artifices suivants, isolés ou réunis dans une même action : 1° transformation d’un solide ou d’un liquide en gaz ; par exemple, la vaporisation de l’éther, de l’acide sulfureux, du bicarbonate traité par un acide ; 2° liquéfaction d’un solide au contact d’un liquide ; par exemple solution des sels ou d’un autre solide, acide sulfurique cristallisé et glacé, etc. ; 3° réaction chimique opérée au sein d’un liquide avec formation de substance dont la dissolution absorberait plus de chaleur que celle des composés primitifs ; par exemple, acétates alcalins dissous et acide tartrique dissous, ou bien formation de corps qui se décomposent à mesure au sein de l’eau, tels que les sels des acides faibles, les sels acides, etc.
M. Berthelot fait observer qu’aucun système n’est susceptible de produire un refroidissement comparable à celui d’une masse liquide qui se transforme intégralement en gaz, comme il est facile de le reconnaître par le calcul. Par exemple l’éther, en se vaporisant, produirait un abaissement théorique de 192 degrés au-dessous de la glace fondante, le sulfure de carbone de 530 degrés, l’ammoniaque liquéfié de 460 degrés, le protoxyde d’azote de 440 degrés. Mais le refroidissement s’arrête bien au-dessous de ces termes purement virtuels, et cela dès que la tension de vapeur du liquide devient si faible, que le froid produit dans un temps donné est compensé par le rayonnement ambiant qui réchauffe le système.
En effet, ajoute M. Berthelot, le froid produit par la vaporisation d’un liquide, même dans le vide, ne permet guère d’abaisser la température de plus de 60 à 80 degrés au-dessous du point d’ébullition de ce liquide sous la pression atmosphérique ; on n’est parvenu à 100 degrés que dans un seul cas jusqu’ici, celui de la congélation de l’eau dans le vide. Quoi qu’il en soit, ces chiffres, soit théoriques, soit pratiques, établissent qu’aucun procédé de refroidissement n’est comparable à la vaporisation ; l’industrie est arrivée pratiquement au même résultat. Les sources de froid dont nous disposons dans les gaz liquéfiés, continue M. Berthelot, n’ont pas dit leur dernier mot ; par un emploi mieux dirigé des ressources que la théorie indique, on doit aller beaucoup plus bas qu’on ne l’a fait jusqu’à présent, et approcher davantage de ce zéro absolu, que les doctrines actuelles semblent fixer vers 273 degrés au-dessous de la glace fondante[4].
En effet les prévisions de M. Berthelot n’ont pas tardé à se vérifier. MM. Cailletet et Raoul Pictet dans leurs expériences sur la liquéfaction des gaz, ont obtenu un froid qui dépasse 140 degrés au-dessous de zéro[5].
Avant de faire connaître ces résultats étonnants à l’Académie, M. Dumas, l’éminent secrétaire perpétuel, a donné lecture du passage suivant, extrait des œuvres de Lavoisier, et qui montre comment l’immortel créateur de la chimie moderne avait pressenti les faits qui devaient être réalisés plus tard par Faraday et par ses successeurs :
« … Considérons un moment ce qui arriverait aux différentes substances qui composent le globe si la température en était brusquement changée. Supposons, par exemple, que la Terre se trouvât transportée tout à coup dans une région beaucoup plus chaude du système solaire, dans une région, par exemple, où la chaleur habituelle serait fort supérieure à celle de l’eau bouillante : bientôt l’eau, tous les liquides susceptibles de se vaporiser à des degrés voisins de l’eau bouillante, et plusieurs substances métalliques même, entreraient en expansion et se transformeraient en fluides aériformes, qui deviendraient partie de l’atmosphère.
« Par un effet contraire, si la terre se trouvait tout à coup placée dans des régions très froides, par exemple de Jupiter et de Saturne, l’eau qui forme aujourd’hui nos fleuves et nos mers, et probablement le grand nombre des liquides que nous connaissons, se transformeraient en montagnes solides … L’air, dans cette supposition, ou du moins une partie des substances aériformes qui le composent, cesserait sans doute d’exister dans l’état de fluide invisible, faute d’un degré de chaleur suffisant : il reviendrait donc à l’état de liquidité, et ce changement produirait de nouveaux liquides dont nous n’avons aucune idée[6]. »
Dans un remarquable éloge historique de Faraday, M. Dumas rappelle que l’acide carbonique neigeux, mouillé d’éther, forme un bain à 88 degrés au-dessous de zéro ; que le protoxyde d’azote liquide se maintient à une température constante de 90 degrés au-dessous de zéro. Lorsque l’on active l’évaporation de ces substances en les plaçant dans le vide, on obtient même un abaissement de température qui peut atteindre 100 ou 110 degrés au-dessous de la glace fondante.
Ces liquides ou ces solides, ainsi refroidis, cautérisent la peau comme un fer brûlant. Un métal froid que l’on y plonge produit le bruissement du fer rouge que l’on trempe dans l’eau. Une affusion d’eau froide les transforme tout à coup en gaz, tandis que l’eau se gèle elle-même avec une vive explosion.
Vraiment, on croirait lire quelque passage des Mille et une Nuits. M. Dumas ajoute avec raison et avec esprit : « L’imagination du Dante ne s’est pas élevée au-dessus de la réalité, et le grand poète de l’Italie aurait trouvé, comme on voit, près de nos laboratoires plus d’un trait digne de prendra place dans la description du neuvième cercle de l’enfer, à côté de l’épisode d’Ugolin, et d’ajouter à son horreur. Il est vrai que pour un Florentin, accoutumé au plus doux climat, le séjour éternel dans un bain de glace ordinaire a pu paraître suffisant pour caractériser la plus dure des peines infligées aux réprouvés. »
- ↑ Si l’on place au foyer f d’un de ces miroirs M, une source de chaleur telle, par exemple, qu’un panier en treillis de fer, rempli de charbons ardents, les rayons de chaleur émanés de cette source seront réfléchis parallèlement, mais lorsqu’ils rencontrent l’autre miroir M’ placé en face du premier, ils viennent converger au foyer f de ce second miroir, et y déterminent une élévation de température suffisante pour qu’une substance combustible s’y enflamme promptement.
- ↑ Cet appareil consiste dans une cuve rectangulaire en laiton munie d’un manche en bois, et portant, soudées dans une de ses parois, des tiges métalliques de même grosseur et de même longueur. On trempe toutes ces tiges dans de la cire fondue, et on la laisse se figer sur leur surface. On remplit ensuite la cuve d’eau chaude, et l’on voit la cire fondre, mais sa fusion s’étend à une distance plus ou moins grande suivant que le corps est plus ou moins bon conducteur.
- ↑ La cuve est montée sur quatre pieds, et on la chauffe avec une lampe à alcool pendant toute la durée de l’expérience. Les tiges sont plus longues que dans l’appareil précédent, et afin de pouvoir les espacer assez pour rendre insensibles les effets du rayonnement, on les a distribuées sur les deux grandes faces de la cuve, dont le manche est supprimé. L’expérience se fait ainsi dans de meilleures conditions, et l’on saisit mieux les différences de conductibilité des métaux et des autres substances avec lesquelles les tiges peuvent être faites.
- ↑ Comptes rendus de l’Académie des sciences, 1874.
- ↑ Comptes rendus de l’Académie des sciences, 1878, 1er semestre.
- ↑ Recueil des Mémoires, t. II, p. 804 et suivantes.