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L’Évolution des alliages

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Revue scientifique – L’évolution des alliages


On connaît la réplique de Swift à un oisif qui prétendait, devant lui, que c’était déroger de travailler : « Dans notre pays, dit l’auteur de Gulliver, l’homme travaille, la femme travaille, le cheval travaille ; le bœuf travaille, l’eau travaille, le feu travaille, la bière travaille : il n’y a que le porc qui ne fasse rien : ce serait donc le seul gentilhomme de l’Angleterre. » Nous savons assez que la noblesse anglaise travaille aussi. Oui, tous travaillent et tout travaille. Et le célèbre humoriste avait raison, plus qu’il ne pensait, de rapprocher à cet égard les hommes et les choses. Tout est en travail, tout peine, tout fatigue dans la nature, à tous les degrés, à tous les échelons. L’immobilité, le repos, ne sont le plus souvent, dans les choses naturelles, qu’une fausse apparence ; le prétendu quiétisme de la matière n’est fait que de notre impuissance à saisir ses agitations intestines. Nous n’apercevons pas, à cause de leur petitesse, les particules fourmillantes qui la composent, et qui, au-dessous de la surface impassible des corps, s’agitent, se déplacent, voyagent, se groupent pour prendre des formes et des positions adaptées aux conditions du milieu. Nous sommes en comparaison de ces élémens microscopiques comme le géant de Swift, au milieu du peuple de Lilliput ; et ce n’est pas encore assez dire.

L’idée de cette agitation particulière n’est pas nouvelle pour nous. Nous sommes, dès le collège, familiarisés avec elle par les théories scientifiques. La doctrine atomique nous enseigne que les choses se passent, en chimie, comme si la matière était divisée en molécules et en atomes. La théorie cinétique fait comprendre la constitution des gaz et les effets de la chaleur à la condition d’imaginer ces particules animées de vifs mouvemens de rotation et de déplacement. La théorie des ondulations fait sortir l’explication des phénomènes lumineux des mouvemens vibratoires particuliers d’un agent spécial : l’éther. Mais, ce ne sont là que des hypothèses ; elles n’ont rien de nécessaire. Ce sont des images des choses ; ce ne sont pas les choses elles-mêmes.

Ici, il ne s’agit point d’hypothèses. Cette agitation intestine, ce travail intérieur, cette activité incessante de la matière, ce sont des faits positifs, c’est une réalité objective. Il est véritable que les corps dérangés de leur équilibre mécanique ou chimique ne le reprennent que plus ou moins lentement. Dans un milieu déterminé et fixe, il leur faut quelquefois des jours et des années pour l’atteindre. A peine y sont-ils arrivés et entrent-ils dans ce repos relatif qu’ils en sont aussitôt dérangés, car le milieu lui-même n’est pas fixe ; il éprouve des variations qui retentissent à leur tour sur le corps considéré ; et ce n’est qu’au bout de ces variations, à la fin des temps, qu’ils atteindront ensemble, dans l’uniformité universelle, un éternel repos.

Nous allons voir que les alliages métalliques éprouvent des changemens physiques et chimiques continuels : ils sont toujours à la recherche d’un équilibre plus ou moins fuyant. Les physiciens, dans ces dernières années, ont appliqué leur attention à ce travail des corps matériels à la poursuite de la stabilité. Wiedemann, Warburg, Tomlinson, à l’étranger ; MM. Duguet, Brillouin, Duhem et Bouasse, en France, ont repris les anciennes études expérimentales de Coulomb et de Wertheim, sur l’élasticité des corps, sur les effets de la torsion, de la traction, de l’écrouissage des métaux, de la trempe et du recuit.

L’activité intestine qui se manifeste dans ces circonstances présente des caractères tout à fait remarquables, que l’on n’a pu s’empêcher de comparer aux phénomènes analogues offerts par les corps vivans. On a ainsi créé, en physique même, une terminologie et des expressions imagées, qui sont empruntées à la biologie.

C’est lord Kelvin qui a parlé le premier de la fatigue des métaux ou de la fatigue d’élasticité ; et, depuis, Bose a fait connaître pour ces mêmes corps la fatigue du tact électrique. Le terme d’accommodation a été employé dans l’étude de la torsion, et précisément pour des phénomènes qui sont inverses de ceux de la fatigue. On a considéré comme faits d’adaptation ceux que présente le verre soumis à une force extérieure qui le fléchit lentement. Les moyens par lesquels une barre d’acier résiste à l’étirement ont été assimilés à des procédés de défense, appropriés à leur but. Et M. Ch.-Ed. Guillaume a parlé, quelque part, de la « résistance héroïque » d’un barreau d’acier au nickel. L’expression de « défense » a encore été prononcée à propos de la manière dont se comportent le chlorure d’argent ou l’iodure d’argent frappés par la lumière, On n’a pas craint de se servir du mot de mémoire concurremment avec celui d’hystérésis pour désigner la façon dont se comportent des corps soumis à l’action du magnétisme ou de la torsion.

Sans doute M. H. Bouasse se déclare, ainsi que les physiciens mathématiciens, contraire à l’emploi de ces expressions imagées. Mais il donne cependant une sorte de crédit suffisant à cette dernière en reconnaissant que : « les propriétés des corps dépendent, à chaque instant, de toutes les modifications antérieures. » N’est-ce pas dire qu’ils gardent, en quelque sorte, le souvenir et l’imprégnation de leur évolution passée ? Et c’est ce que dit expressément Boltzmann : « Le fil tordu se souvient, un certain temps, des déformations subies. Ce souvenir s’efface plus ou moins lentement. »

En somme, ce sont les physiciens eux-mêmes qui ont signalé des rapprochemens entre la manière d’être de beaucoup de corps bruts, et celle des corps vivans. Ces analogies ne peuvent naturellement prétendre, en quoi que ce soit, à servir d’explications. La tendance régulière est de ramener le fait vital au fait physique. C’est toute l’ambition du physiologiste. Mais l’inverse serait déraisonnable, et ce n’est pas ce que l’on prétend faire. Il n’en est pas moins vrai que les analogies sont bonnes à signaler, ne fût-ce que pour ébranler la confiance que l’on accorde, depuis Aristote, à la division des corps de la nature en psuchia et apsuchia, en corps vivans et corps bruts.


I

Le moyen le plus simple de juger de l’activité laborieuse de la matière paraît être de l’observer dans le cas où la liberté de chaque particule n’est pas gênée par le voisinage ou le contact des autres. On regardera donc au microscope des grains de poussière en suspension dans un liquide, des globules d’huile en suspension dans l’eau. — Or, le résultat d’un tel examen est bien connu de tous les micrographes. On constate, si ces granulations sont assez petites, qu’elles ne restent jamais en repos. Elles sont animées d’une sorte de tremblotement incessant. On a sous les yeux le phénomène appelé « mouvement brownien. » Le spectacle de cette agitation a frappé tous les observateurs, depuis l’invention de la loupe ou microscope simple. Mais le botaniste anglais Brown, en 1827, en fit, le premier, l’objet d’une étude suivie et lui laissa son nom. L’explication exacte s’en est fait attendre plus longtemps. Elle a été donnée, en 1894, par le savant physicien de la Faculté de Lyon, M. Gouy.

L’observateur qui, pour la première fois, regarde au microscope une goutte d’eau de rivière ou d’eau de mare est frappé de surprise et d’admiration au spectacle de l’agitation qui se révèle à lui. Des infusoires, des articulés microscopiques, des micro-organismes variés peuplent le champ et l’animent de leurs ébats : mais, en même temps, toutes sortes de particules s’agitent aussi, qui ne sont, en réalité, que des détritus organiques, des poussières minérales, des débris de toute espèce. Bien souvent, les mouvemens singuliers de ces granulations, qui simulent, jusqu’à un certain point, ceux des êtres vivans, ont embarrassé l’observateur ou l’ont induit en erreur ; et les corps qui les manifestent ont été pris pour des animalcules, ou pour des bactéries.

Mais il est, d’ordinaire, assez facile d’éviter cette confusion. Le mouvement brownien est une sorte d’oscillation, de trépidation, qui ne s’accompagne pas de translation : c’est une danse de Saint-Guy incessante. Ce piétinement sur place le distingue des mouvemens de déplacement habituels aux êtres animés. Chaque grain exécute sa danse particulière ; chacun se trémousse pour son compte, indépendamment du voisin. Il y a toutefois, dans l’exécution de toutes ces oscillations individuelles, une sorte d’ordre et de régularité qui tient à ce que leurs amplitudes ne sont pas extrêmement différentes. Les plus grosses particules sont les plus lentes : au-dessus de quatre millièmes de millimètre de diamètre, elles cessent à peu près d’être mobiles. Les plus petites sont les plus alertes. Au dernier degré de petitesse visible au microscope, leur mouvement est extrêmement rapide et ne permet de les apercevoir que par instans. Il est vraisemblable qu’il s’accélérerait encore pour les corps plus petits que le dixième de micron (millième de millimètre) ; mais ceux-ci sont destinés à échapper éternellement à notre vue.

M. Gouy a fait remarquer que le mouvement ne dépendait ni de la nature ni de la forme des particules. La nature du liquide même n’a que peu d’influence ; son degré de viscosité est seul en jeu. Les mouvemens sont plus vifs, en effet, dans l’alcool et l’éther, liquides, très mobiles : ils sont lents dans l’acide sulfurique et la glycérine. Dans l’eau, un grain d’un demi-millième de millimètre de diamètre parcourt, dans une seconde, dix à douze fois sa propre longueur.

Le fait que le mouvement brownien se manifeste dans des liqueurs qui ont bouilli, dans des acides et des alcalis concentrés, dans des solutions toxiques (et à toute température), montre bien que le phénomène n’a point de signification vitale. Le mouvement brownien n’est lié à aucune activité vivante proprement dite.

Le caractère le plus remarquable du phénomène, c’est sa permanence, sa durée indéfinie. Le mouvement ne cesse jamais : la particule n’arrive jamais au repos, à l’équilibre. Les roches granitiques contiennent des cristaux de quartz qui, au moment de leur formation, ont enfermé, dans une cavité parfaitement close, une goutte d’eau dans laquelle s’est trouvée incluse une bulle de gaz. Ces bulles, contemporaines des âges plutoniens, n’ont pas cessé, depuis lors, de manifester le mouvement brownien.

Quelle est la cause de cette éternelle oscillation ? Est-ce la trépidation du sol ? Non. M. Gouy voit le phénomène persister loin du tumulte des villes, dans des conditions où le miroir de mercure du séismographe ne décèle aucune vibration du sol : il ne le voit pas s’accroître lorsque ces vibrations apparaissent et deviennent très appréciables. Rien ne change non plus, si l’on fait varier la lumière, le magnétisme, les influences électriques, en un mot, les circonstances extérieures. Et l’observation aboutit donc à nous mettre en présence de ce paradoxe d’un phénomène qui s’entretient et se perpétue indéfiniment au sein d’un corps, sans cause extérieure connue.

Lorsque nous prenons dans nos mains une lame de quartz à inclusion gazeuse, nous croyons manier un corps parfaitement inerte. Lorsque nous l’aurons posé sur la platine du microscope, et que nous aurons constaté l’agitation de la bulle, nous serons convaincus que cette prétendue inertie n’est qu’une illusion. Le repos n’existe, en apparence, que pour les parties du corps assez grosses pour être distinguées à l’œil nu. Un corps visible quelconque est un amas de molécules ; c’est une foule. Nous le voyons comme nous voyons de loin une foule humaine. Nous n’apercevons que l’ensemble sans pouvoir discerner les individus et leurs mouvemens. Nous avons l’impression d’une masse indivisible, d’un bloc au repos. Mais, dès que la lunette nous rapproche de cette foule, dès que le microscope nous révèle les petits élémens du corps brut, ceux qui ont moins de quatre millièmes de millimètre, alors, nous constatons l’existence des parties constituantes. Plus les parties considérées sont petites, plus grandes sont leur agitation et leurs évolutions.

Dans l’hypothèse cinétique, d’après laquelle les corps sont composés de molécules animées de mouvemens rapides, si nous pouvions apercevoir ces molécules, leur vitesse serait sans doute, comme le veut la théorie, de quelques centaines de mètres par seconde. Pour les derniers objets que nous pouvons apercevoir réellement, la vitesse brownienne n’est que de quelques millièmes de millimètre par seconde. C’est sans doute, conclut M. Gouy, que les particules qui présentent ce mouvement, ces particules de quelques millièmes de millimètre qui nous paraissent si petites, sont encore bien énormes par rapport aux molécules véritables. Dans cette façon de voir, le mouvement brownien n’est qu’un premier degré et une manifestation encore grossière des vibrations moléculaires qu’imagine la théorie cinétique.


II

Dans le mouvement brownien, nous sommes déjà confondus de voir la continuelle agitation, les déplacemens incessans de corps très petits. Mais, enfin, ces petites masses sont isolées, ces petits fragmens sont libres, ces particules matérielles ne sont pas gênées par leurs liaisons avec des particules voisines. Tout autre qu’un physicien pourrait croire que, dans les solides véritables, doués de cohésion, de ténacité, où les parties sont liées les unes aux autres, dont la forme et le volume sont arrêtés, il n’y a plus de mouvemens, de déplacement, d’agitations ou de changemens : c’est une erreur. La physique nous enseigne le contraire ; et, dans ces dernières années spécialement, elle en a fourni des exemples caractéristiques.

Il y a de véritables migrations de particules matérielles à travers les corps solides. Elles s’accomplissent sous l’action de forces diverses agissant de l’extérieur : des pressions, des tractions, des torsions ; d’autres fois, sous l’action de l’électricité ; d’autres fois, sous l’influence de la lumière ; quelquefois, par l’intervention des forces de diffusion. L’observation microscopique des alliages, par MM. H. et A. Le Chatelier, J. Hopkinson, Osmond, Charpy, J.-R. Benoit, et l’étude de leurs propriétés physiques et chimiques par MM. Calvert, Matthiessen, Riche, Roberts Austen, Lodge, Laurie et Ch.-Ed. Guillaume ; les expériences d’électrolyse du verre ; les curieux résultats de Bose sur le tact électrique des métaux, démontrent, d’une manière éclatante, les évolutions chimiques et cinétiques qui s’accomplissent à l’intérieur des corps. — Une expérience d’Obermayer, qui date de 1877, fournit un bon exemple des migrations de corps solides, exécutées sous l’action de la pesanteur. On sait ce qu’est la poix, la « poix noire » dont se servent les cordonniers et les constructeurs de bateaux. C’est une sorte de résine extraite du pin térébinthe et d’autres arbres résineux, fondue dans l’eau, séparée d’une partie plus fluide qui surnage ; elle doit sa couleur au noir de fumée produit par la combustion de filtres de paille et de débris d’écorce. C’est, à la température ordinaire, une masse assez dure que l’ongle ne peut pas toujours rayer. Cependant, si on l’abandonne à elle-même dans un récipient, elle finit par s’affaisser, par s’épandre, comme si elle était un liquide, et par épouser la forme du vase. On pose un morceau de cette matière au-dessus d’une cavité ménagée dans un bloc de bois, et contenant quelques, débris d’une substance légère, telle que le liège. Par-dessus, on met quelques cailloux. Si l’on attend quelques jours, la poix a rempli la cavité en s’y moulant, le liège l’a traversée pour remonter à la surface, les pierres pour gagner le fond. C’est, réalisée cette fois avec des corps solides, l’expérience célèbre de la fiole des trois élémens, dans laquelle on voit les liquides, le mercure, l’huile et l’eau, se superposer par ordre de densité.

La diffusion, qui dissémine les liquides les uns dans les autres, peut aussi faire voyager les solides à travers les solides. L’expérience de W. Roberts Austen, que nous avons rapportée ailleurs [1], en fournit une preuve convaincante. Cet ingénieux physicien superpose à un disque d’or un petit cylindre de plomb et maintient le tout à la température de l’eau bouillante. A 100°, l’un et l’autre métal sont parfaitement solides, puisque l’or ne fond qu’à 1 200° et le plomb à 330°. Et cependant, après que ce contact s’est prolongé un mois et demi, l’analyse montre que l’or a diffusé jusqu’au haut du cylindre de plomb.

L’électrolyse offre un autre moyen de transport, non moins remarquable. Grâce à elle, on peut obliger des métaux, tels que le sodium ou le lithium, à traverser des parois de verre. L’expérience peut être réalisée de la manière suivante. Un ballon qui contient du mercure baigne dans de l’amalgame de sodium. On fait passer le courant du dehors au dedans. Après quelque temps, on constate que le métal a passé à travers la paroi du ballon et qu’il est venu se dissoudre à l’intérieur. La pression mécanique est, elle aussi, capable de faire passer un métal dans un autre. Nous n’avons pas besoin de rappeler l’expérience bien connue de M. Cailletet, qui, en employant des pressions considérables, a fait suinter du mercure au travers d’un bloc de fer. Plus simplement, il a suffi à W. Spring de presser fortement l’un contre l’autre un disque de cuivre et un disque d’étain pour obtenir leur soudure. Il s’est formé, jusqu’à une certaine distance de la surface de contact, un alliage véritable. Une couche de bronze d’une certaine épaisseur a uni les deux métaux l’un à l’autre. Et ceci n’a pu se faire sans que les particules de l’un et l’autre métal se soient compénétrées mutuellement.


III

Un alliage de deux métaux ne peut être considéré qu’exceptionnellement comme un simple mélange. Ce n’est pas non plus dans les conditions ordinaires une combinaison unique et invariable. Le plus souvent, c’est un mélange de composés différens, plus ou moins instables, et qui passent de l’un à l’autre sous des influences physiques diverses. Les élémens d’une telle mixture tendent à se séparer par liquation, lorsque, après l’avoir fondue, on la laisse refroidir. C’est ce qui arrive, par exemple, pour les alliages du cuivre et de l’étain, c’est-à-dire pour les bronzes, mélanges divers des deux métaux eux-mêmes avec les composés qu’ils forment. Quand la coulée de bronze se refroidit dans le moule, le dépôt qui se forme à la surface est riche en cuivre. Il forme cette partie supérieure du lingot que l’on appelle masselotte et que l’on sacrifie parce qu’elle est hétérogène et manque de cohésion. La solidification se propageant de haut en bas, intéresse des couches successives qui sont moins riches en cuivre que les précédentes. Il vient un moment où le métal qui se dépose a la même composition que celui qui forme le bain. On en est arrivé au mélange que l’on nomme eutectique, ou, plus exactement, au composé défini : à partir de là, la solidification s’achèvera, conformément aux lois physiques, sans changement de température. La masse se prendra toute ensemble et formera un lingot régulier. Ces circonstances ont une importance pratique pour l’industrie ; le but du fondeur est, en effet, d’obtenir des lingots parfaitement homogènes.

Les particularités de la solidification des alliages fondus sont liées, comme on le voit, à leur constitution chimique. Elles sont aussi en rapport avec leur constitution physique. Le problème le plus intéressant et le plus nouveau de l’histoire des alliages consiste précisément à fixer les relations qui existent entre leur constitution intime ou chimique et leurs caractères physiques. On professait l’opinion, il y a quelques années, que la composition chimique d’un alliage était une chose, et que sa constitution physique, avec ses propriétés diverses, en était une autre, toute différente. On avait tendance, ainsi, à séparer la condition physique du métal, — qui n’intéresse que la molécule et ne se traduit que par ses arrangemens divers, — de sa condition chimique, qui n’intéresse que l’atome et traduit l’arrangement divers des atomes métalliques à l’intérieur de la molécule de l’alliage.

Dans l’histoire des alliages, on n’accordait d’importance qu’aux circonstances physiques. L’éminent chimiste Boussingault déclarait que, « dans la question touchant à la constitution de l’acier destiné à la fabrication des armes, la chimie est souvent intervenue très inopportunément. » C’est l’opinion à laquelle s’est arrêté Ch. Duguet dans son ouvrage classique sur la déformation des corps solides. Ayant en vue spécialement les fers et les aciers, il déclare que les déformations, les limites d’élasticité, les résistances, dépendent essentiellement du travail mécanique que le métal a subi à froid, c’est-à-dire de l’état moléculaire qu’il a acquis ainsi, et qu’elles sont complètement indépendantes de la composition chimique quantitative.

Cette manière de voir est certainement trop exclusive. Il semble qu’elle tende présentement à se modifier. Ch. Guillaume, dans ses belles études sur les aciers au nickel, rattache les principales particularités de ces alliages à des changemens d’équilibre chimique, probablement plus fréquens, plus nombreux et plus importans qu’on ne le supposait. Déjà, M. Le Chatelier, en 1895, recherchant les combinaisons définies dans les alliages métalliques, signalait celles qui existent dans le bronze ordinaire et dans le bronze d’aluminium. Quelques-unes de ces combinaisons sont dures, cassantes, comme les combinaisons métalliques du phosphore, du soufre et du carbone : elles ne participent en rien à la malléabilité des métaux constituans. Le fait que des métaux mous, comme le cuivre, l’étain, le zinc et l’aluminium, peuvent donner des alliages très durs, doit être rapporté à l’existence de ces combinaisons chimiques, dont les propriétés, comme on le sait, n’ont pas de ressemblance nécessaire avec celles des composans.
IV

Les combinaisons qui existent au sein d’un alliage peuvent varier sous des influences diverses et passer de l’une à l’autre. Beaucoup d’épreuves mécaniques, telles que le tournage, le tréfilage, le laminage, qui provoquent de si grands changemens dans les propriétés des alliages, n’agissent, selon la doctrine nouvelle, qu’en changeant l’équilibre chimique. Quelquefois ces modifications se produisent sous des influences en apparence spontanées ; cela arrive, en particulier, pour les bronzes d’aluminium. D’après M. Le Chatelier, ces altérations doivent faire craindre bien des mécomptes dans l’industrie des alliages de l’aluminium.

On tire un bon parti du microscope et de l’éclairage par réflexion pour découvrir la structure cristalline des alliages. On prépare des plaques de métal, bien polies, et on les traite de façon à faire apparaître les particularités de la structure et à faire ressortir les élémens composans. Il y a pour cela divers procédés. — Celui de Sorby, qui a donné de bons résultats dans l’étude des fers et des aciers, consiste à attaquer légèrement la surface par les acides. — Dans celui de Charpy, approprié aux alliages de cuivre, on dispose la plaque métallique à la place du zinc dans la pile de Daniell. — M. Le Chatelier utilise encore l’action électrique faible, mais, cette fois, en immergeant la plaque dans une solution saline conductrice et chimiquement indifférente, telle que l’azotate d’ammoniaque. — Quelquefois, comme dans le procédé d’Osmond, le polissage prolongé suffit à mettre en relief les élémens les plus durs.

On a pu constater ainsi de profonds changemens de structure cristalline provoqués par les diverses épreuves mécaniques, telles que l’écrouissage et la traction exercée jusqu’à rupture sur des barreaux métalliques. Quelques-uns de ces changemens sont très lents, et ce n’est qu’après des mois et des années qu’ils s’achèvent et que le métal atteint l’équilibre définitif correspondant aux conditions où il est placé. Si l’on peut discuter sur la profondeur des transformations subies : si les uns croient qu’elles atteignent jusqu’à la condition chimique de l’alliage, tandis que les autres en limitent la puissance à des effets physiques, il n’en est pas moins vrai, — et ceci nous ramène à notre sujet, — que la masse de ces métaux est en travail, et qu’elle n’atteint que tardivement la phase du repos complet.
V

Ces opérations par lesquelles on change les propriétés physiques des métaux et par lesquelles on les approprie à la variété des besoins de l’industrie, compression, martelage, laminage, traction et écrouissage, torsion, ont un effet immédiat très apparent : mais elles ont aussi un effet consécutif, lent à se produire, beaucoup moins marqué et moins évident. C’est « l’effet résiduel » ou Nachwirkung des Allemands. Il n’est pas sans importance, même dans les applications pratiques.

Il y a un moyen de supprimer ce travail intérieur et jamais terminé des métaux ouvrés, et l’on peut ajouter de tous les corps fondus : — c’est de les recuire, c’est-à-dire de les échauffer jusqu’à un point plus ou moins voisin de la fusion et de les laisser refroidir graduellement. Le procédé est suffisamment efficace en pratique ; mais, théoriquement, il ne fait qu’atténuer un effet qu’il ne supprime pas entièrement. Le métal même fondu et recuit peut être dans une sorte d’équilibre forcé. Car, si la solidification paraît alors s’être effectuée librement, ce n’est vrai que pour la surface extérieure. Celle-ci, en effet, dès qu’elle est formée, bride le liquide intérieur et y empêche le libre jeu des contractions et des dilatations, de telle sorte que les différens points de la masse sont soumis à des tiraillemens, variables d’ailleurs d’un point à l’autre suivant les hasards du refroidissement.

Cet état d’équilibre forcé se modifie lentement, si bien que le corps subsiste longtemps sous un état qui n’est pourtant pas le plus stable dans les conditions considérées. Le nombre de ces corps hors d’équilibre est aussi grand que celui des matières qui ont été soumises à la fusion. Toutes les roches plutoniennes sont dans ce cas. — Le verre présente une condition du même genre. Les thermomètres placés dans la glace fondante ne reviennent pas toujours au zéro. Ce déplacement du zéro fausse toutes les mesures, si l’on n’a pas soin de le corriger. Et cette correction exige, le plus souvent, une observation prolongée. La théorie des déplacemens du zéro thermométrique n’est pas entièrement établie, mais on peut supposer, avec l’auteur du Traité de Thermométrie, qu’il existe dans le verre, comme dans les alliages, des composés variables suivant les températures. A toute température, un verre donné tend vers une composition déterminée et vers un état d’équilibre correspondant ; mais la température antérieure à laquelle il a été soumis a évidemment une influence sur la rapidité avec laquelle il atteindra son état de repos. — L’effet de variation est d’autant plus marqué que l’on observe des verres de composition plus compliquée. On comprend que ceux qui contiennent en quantités comparables les deux alcalis soude et potasse soient plus sujets à ces modifications que ceux de composition plus simple qui sont à base d’alcali unique.

Lorsqu’une tige cylindrique de métal, encastrée à ses deux extrémités, une éprouvette, — comme l’on dit en métallurgie, — est soumise à une traction puissante, elle subit un allongement souvent considérable, dont une partie disparaît dès que cesse l’effort, et dont l’autre subsiste. L’allongement total est donc la somme d’un « allongement élastique » temporaire et d’un « allongement permanent. » Si l’on continue l’effort, on voit apparaître en un point de la tige un étranglement, une striction. C’est là que la barre se brisera. Le métal, qui était mou dans les autres points, a pris ici l’aspect du métal trempé : il ne s’étire plus, il casse, et la surface de cassure est parsemée de grains brillans.

La barre étranglée étant soumise à l’action du tour et ramenée, par là, à la forme cylindrique, est soumise une seconde fois à la même épreuve. Il se forme un nouvel étranglement en un autre point. Si l’on renouvelle l’expérience un nombre de fois suffisant, le résultat sera une transformation totale de la tige qui aura durci dans toute son étendue. Elle sera, en même temps, devenue incapable de subir un allongement un peu considérable : elle ne pourra guère que se briser, si la traction est assez énergique.

Les aciers au nickel présentent ce phénomène à un degré exagéré. L’alternance des opérations que nous venons de décrire, qui amènent la barre d’acier ordinaire à l’état de trempe, n’est pas nécessaire, avec l’acier au nickel : l’effet est produit au cours d’une seule épreuve. Dès qu’en un point il se manifeste une tendance à l’étranglement, l’alliage durcit en ce point précis ; la striction se marque à peine ; le mouvement s’arrête en ce point pour s’amorcer en un autre point faible, s’y arrêter encore, s’amorcer en un troisième, et ainsi de suite. Et, finalement, on se trouve en présence de ce fait paradoxal, qu’une tige de métal, qui était à l’état mou, qui a pu s’allonger considérablement, est devenue maintenant, dans toute son étendue, dure, fragile, inextensible, comme un acier trempé. C’est à propos de ce fait que M. Ch. Guillaume a prononcé le mot de « résistance héroïque à la rupture. » Les choses se passent, en effet, comme si la barre de ferro-nickel avait renforcé chaque point faible à mesure qu’il était menacé. Ce n’est qu’au bout de ces efforts que la catastrophe inévitable s’est produite.

Ces aciers au nickel peuvent exister sous deux états absolument différens, et nous venons précisément d’assister au passage de l’un à l’autre. Dans le premier état, ils sont d’une dureté médiocre ; ils cèdent à l’action du marteau, c’est-à-dire sont très malléables ; ils ne possèdent pas de propriétés magnétiques, bien que l’un et l’autre des composans les présentent. Il est difficile de considérer, dans ces conditions, l’alliage comme un simple mélange, état dans lequel la propriété magnétique devrait être la moyenne des propriétés des deux corps mélangés.

Dans le second état, au contraire, ces ferro-nickels sont durs, cas-sans, résistans à la traction et fortement magnétiques. Une traction énergique et d’autres actions mécaniques, telles que le laminage, le tournage, font passer le métal de la première condition à la seconde. Le chauffage à la température du rouge cerise, au contraire, les ramène, en sens inverse, de l’état dur et magnétique à l’état mou.

Quand la température change, on constate que ces ferro-nickels s’allongent ou se rétractent, et qu’en même temps ils modifient leur constitution chimique. Mais ces effets, comme ceux qui se passent dans le réservoir de verre du thermomètre, ne sont pas acquis en une fois. Ils se produisent pour une partie rapidement, et lentement pour un petit reste. On voit des barres de ferro-nickel, conservées à la même température, changer graduellement de longueur pendant le cours d’une année tout entière. Peut-on trouver de meilleurs exemples de cette activité intestine qui règne au sein d’une matière si différente de la matière vivante ?


A. DASTRE.


  1. La Vie de la matière. Voyez la Revue du 15 octobre 1902.