Traité élémentaire de physique (Haüy)/1803/Chapitre I
I. DES PROPRIÉTÉS
LES PLUS GÉNÉRALES DES CORPS.
2. Parmi les différentes propriétés dont jouissent les corps, les premières qui s’offrent à notre observation sont celles qui tiennent de plus près à la nature même de ces êtres, considérés comme de simples assemblages de particules matérielles. On peut les réduire aux trois suivantes : l’étendue, l’impénétrabilité, la divisibilité.
1. De L’Étendue.
3. Les philosophes se sont épuisés en longues discussions, pour rechercher quelle est la véritable notion de l’étendue, et si elle constitue l’essence de la matière. Nous ne connoissons pas assez la nature des corps, pour décider ces sortes de questions, et les véritables physiciens ne s’en occupent plus aujourd’hui. Contens de ce que le rapport de leurs sens leur apprend au sujet de l’étendue, ils conçoivent qu’il y a étendue, partout où il y a contiguité et distinction de parties ; et ce qui les intéresse, c’est de pouvoir mesurer l’étendue, au lieu de s’amuser à la définir ; c’est d’en comparer les différentes parties, et de tirer de cette comparaison des résultats vraiment utiles aux progrès de nos connoissances.
4. La manière dont l’étendue d’un corps est bornée en tous sens, détermine la figure de ce corps ; et l’on peut dire que les figures des corps varient à l’infini, à ne considérer la chose qu’en général, et en réunissant toutes les nuances que peut offrir le tableau de la nature. Mais ces nuances ne font que modifier plus ou moins légèrement les ressemblances frappantes qui existent d’ailleurs entre les êtres de chaque espèce, soit parmi les animaux et les végétaux, soit même parmi un grand nombre de corps inorganiques renfermés dans le sein de la terre ; et pour fixer ici principalement notre attention sur ces derniers dont la considération, sous un certain point de vue, est du ressort de la physique, on remarque qu’un grand nombre de ces corps présentent des figures régulières et déterminées, en sorte que leur seul aspect annonce l’action d’une cause soumise à des lois qui ont leur mesure et leurs limites. Ces corps, que l’on a nommés cristaux, sont terminés par des faces planes, et ont beaucoup d’analogie avec les solides que considèrent les géomètres ; et ainsi dans les minéraux, le caractère de la perfection est attaché à la ligne droite ; les formes arrondies sont dues à des espèces de perturbations qu’ont éprouvées les forces qui sollicitoient les molécules à se réunir, tandis que dans les animaux et dans les végétaux, les contours et les arrondissemens tiennent à l’organisation elle-même, et contribuent à la grâce et à l’élégance des formes.
5. Les physiciens ont conclu de ces observations que les corps cristallisés sont eux-mêmes composés de particules d’une figure déterminée, et plusieurs d’entre eux ont eu recours au microscope, pour essayer de surprendre à la nature le secret des formes élémentaires, en se servant de cet instrument, comme pour assister à la naissance des cristaux. Mais le microscope ne nous apprend ici rien au delà de ce que nous disent nos yeux abandonnés à eux-mêmes ; les plus petits corps qu’il puisse nous faire apercevoir sont des cristaux déjà tout formés, qui ne diffèrent que par leurs dimensions de ceux dont l’accroissement est parvenu à son terme. Nous exposerons plus bas le moyen qui paroît seul susceptible de nous guider relativement aux recherches de ce genre, et de nous offrir, dans ce qui est soumis à nos observations, des indices sinon certains, du moins vraisemblables, des formes qu’affectent ces infiniment petits de la nature, qui échapperont toujours à nos regards.
6. L’étendue d’un corps, considérée relativement à la grandeur de ses dimensions, donne le volume de ce corps. C’est l’équivalent de ce que les géomètres appellent solidité.
Jusqu’ici, nous n’avons considéré que la surface, ou l’enveloppe des corps. Nous allons voir maintenant quelles sont les propriétés qui résultent des parties matérielles renfermées sous cette enveloppe.
7. S’il n’existoit aucun vide dans les corps, la quantité de matière propre des différens corps seroit proportionnelle à leur volume ; mais on sait que l’intérieur des corps est criblé d’une infinité de vacuoles, auxquels on a donné le nom de pores ; et il est même très vraisemblable qu’il y a dans les corps beaucoup plus de vide que de plein. La somme totale des parties matérielles d’un corps, est ce qu’on appelle la masse de ce corps ; et la somme des parties matérielles renfermées sous un volume donné, tel qu’un mètre cube ou un centimètre cube, est ce qu’on appelle la densité du corps : d’où il résulte que la densité est le rapport de la masse au volume, ou, ce qui revient au même, elle est égale à la masse, divisée par le volume. Par exemple, un morceau de bois peut avoir plus de masse qu’un morceau d’or, si son volume l’emporte assez pour cela, sur celui de l’or. Mais le bois a nécessairement moins de densité que l’or, parce qu’il renferme, sous un volume donné, beaucoup moins de parties matérielles.
8. La faculté qu’ont tous les corps de se contracter en se refroidissant, ainsi que nous l’expliquerons dans la suite, fait voir que leurs molécules laissoient entre elles de petits interstices qui leur ont permis de se rapprocher : mais quand même on supposeroit le refroidissement porté à l’extrême, il ne s’ensuit pas que les molécules dussent franchir entièrement les petits espaces qui les séparent, parce qu’il peut y avoir dans leur forme, dans leur arrangement et autres circonstances, une cause d’écartement qui tienne à la nature intime des corps. On voit par là que cette expression de contact immédiat que nous employons souvent, en parlant des molécules des corps, ne doit pas être prise à la lettre ; elle désigne seulement la plus petite distance respective à laquelle les molécules puissent parvenir, eu égard aux circonstances où elles se trouvent.
Les physiciens prouvent la porosité des corps à l’aide de plusieurs expériences fort connues. On fait le vide, au moyen de la machine pneumatique, dans un tube de verre, terminé à sa partie supérieure par un godet de bois, dont le fond a 7 ou 8 millimètres d’épaisseur, et dans lequel on a versé de l’eau. Ce liquide passe à travers les pores du fond, et tombe par gouttes dans l’intérieur du tube. On substitue à celui-ci un autre tube garni en haut d’un flacon de cristal, auquel un morceau de cuir de buffle sert de fond, et qui est rempli de mercure jusqu’à la hauteur de deux doigts. Dès les premiers coups de piston, on aperçoit dans le tube le mercure qui tombe sous la forme d’une pluie argentée.
9. On peut démontrer la même propriété au moyen d’une expérience simple et intéressante, faite sur une pierre dont Newton a parlé au sujet de cette même propriété, parce qu’elle donne lieu à un phénomène particulier de lumière[1].
Cette pierre est du genre de celles que l’on nomme agathes, qui sont demi-transparentes, et assez dures pour étinceler par le choc du briquet. On lui a donné le nom particulier d’hydrophane. Lorsqu’on l’a plongée dans l’eau, on voit s’élever de sa surface des files nombreuses de petites bulles d’air, qui se succèdent sans interruption. Cet air qui occupoit les pores de la pierre, en est délogé par l’eau qui le remplace ; en même temps, la pierre acquiert un nouveau degré de transparence ; et si on la pèse d’abord avant l’expérience, et de nouveau après l’expérience, on trouve que son poids est augmenté d’une quantité sensible. Nous expliquerons la cause physique de la transparence acquise par l’hydrophane, lorsque nous parlerons des phénomènes de la lumière : nous ne le considérons ici que comme offrant un exemple remarquable de la porosité des corps ; et même l’expérience que nous venons de citer, nous apprend ce que ne disent pas les expériences ordinaires, savoir : qu’on ne doit pas considérer les pores comme étant absolument vides de toute matière étrangère, mais plutôt comme étant occupés par l’air, ou par quelqu’autre fluide subtil, disséminé entre les molécules des corps.
Un hydrophane, du poids d’environ 18 décigrammes, dans son état ordinaire, après avoir été soumis à cette expérience, pesoit à peu près 21 décigrammes, d’où il suit que son poids étoit augmenté de ⅙. La pierre perd par le desséchement l’eau dont elle s’étoit imbibée, et reprend en même temps son opacité naturelle.
10. La peau de l’homme et des animaux est criblée d’une infinité de pores par lesquels s’échappent, au moyen de la transpiration, les parties des alimens qui ne contribuent point à la nutrition. Indépendamment de la transpiration sensible, que l’on nomme sueur, et qui est accidentelle, il s’en fait une insensible, qui agit plus ou moins à tous les instans, et que l’on n’auroit pas imaginée être aussi abondante, avant les expériences de Sanctorius. Ce savant célèbre a eu la constance de passer une partie de sa vie dans une balance, où il se pesoit lui-même, pour déterminer les pertes occasionnées par les effets de la transpiration. Il a trouvé que cette espèce d’évacuation nous faisoit perdre, dans l’espace de vingt-quatre heures, environ les ⅝ de la nourriture que nous avions prise.
Dodard, en reprenant depuis ces mêmes expériences, a eu égard à la différence de l’âge, et s’est assuré que l’on transpiroit beaucoup plus dans la jeunesse. Mais les physiciens qui s’étoient occupés de cet objet, n’avoient pas distingué l’effet de la transpiration qui se fait par le poumon, et dont la matière s’échappe au moyen de l’expiration, de l’effet qui est dû à la transpiration cutanée, ou à celle qui a lieu par l’intermède de la peau. Seguin a entrepris, conjointement avec Lavoisier, de déterminer séparément les deux effets ; et après avoir cherché, à l’ordinaire, le résultat de la transpiration totale, il a supprimé celle qui se fait par la peau, en appliquant sur cet organe une enveloppe imperméable à l’humeur qu’il transmet au dehors ; il a obtenu ainsi la quantité de la transpiration pulmonaire, et la moyenne entre les résultats de ses expériences donne 7/11 pour le rapport entre cette quantité et celle de la transpiration cutanée, c’est-à-dire, que l’effet qui provient de la transpiration pulmonaire, est plus que le tiers de l’effet total.
11. Nous n’avons aucun moyen d’estimer la densité absolue des corps. Il faudroit pour cela qu’il existât une matière parfaitement dense, qui pût servir de terme de comparaison, pour déterminer, à l’égard de chaque corps, le rapport entre la quantité de matière propre et la somme des pores. Au défaut d’une pareille matière, nous ne pouvons que comparer entre elles les différentes densités des corps ; ce qui se fait à l’aide du poids, ainsi que nous le dirons bientôt.
2. De l’Impénétrabilité.
12. On entend par impénétrabilité, la faculté qu’a un corps d’exclure tout autre corps du lieu qu’il occupe ; de manière que deux corps mis en contact, ne peuvent jamais occuper moins d’espace que celui qu’ils remplissoient lorsqu’ils étoient séparés. L’impénétrabilité des corps solides n’a pas besoin d’être prouvée ; elle saute, pour ainsi dire, aux yeux ; mais les fluides ayant leurs molécules parfaitement mobiles en tout sens, et qui cèdent à la plus légère pression, leur impénétrabilité ne se manifeste pas d’une manière aussi sensible que celle des corps solides. Prenons l’air pour exemple : tant que ce fluide n’est pas renfermé, son extrême mobilité fait qu’il livre un libre passage à tous les corps qui se meuvent au milieu de lui ; mais dans ce cas il est proprement remplacé et non pas pénétré : car si on le contient par les parois d’un vase, et qu’alors un autre corps se présente pour prendre sa place, sans lui permettre de sortir, il exerce son impénétrabilité à la manière des corps solides. C’est ce dont on se convaincra aisément à l’aide d’une expérience fort simple, et que chacun peut faire. Elle consiste à plonger un vase verticalement, l’orifice en bas, dans un autre vase rempli d’eau jusqu’à une certaine hauteur. La surface de l’eau, qui répond à l’orifice du premier vase, s’abaisse à mesure que ce vase descend lui-même ; et l’on peut rendre cet abaissement plus sensible, au moyen d’une petite lame de liége que l’on fait flotter sur la surface de l’eau. Cependant cette eau n’est pas entièrement exclue par l’air qui occupe le vase plongé ; il s’en élève toujours une certaine quantité qui augmente à mesure que le vase descend à une plus grande profondeur. Mais il est aisé de voir que cette ascension provient de ce que l’air étant un fluide compressible, son volume se resserre dans un plus petit espace, par l’effet de la compression que l’eau environnante exerce sur lui de toutes parts, en vertu de son poids. Nous devons prévenir ici une difficulté qui paroît résulter de ce que, quand on a mêlé certains corps, le volume du mélange est moindre que la somme des volumes pris séparément. C’est ce qui arrive, par exemple, lorsqu’on mêle à parties égales de l’alkohol avec de l’eau ; c’est ce qui a lieu encore lorsqu’on allie par la fusion le cuivre avec le zinc, pour former le métal composé, que l’on appelle cuivre jaune, ou laiton. On observe qu’alors la densité du mélange est augmentée d’environ un dixième. Cette pénétration apparente provient de ce que les molécules des deux corps, en vertu de leurs figures particulières, se rapprochent en général davantage que dans les deux corps pris séparément. Il en résulte dans la figure des pores, un changement qui diminue l’espace égal à la somme de ces pores ; au contraire, dans l’alliage de l’argent et du cuivre, il se fait une sorte de raréfaction, en sorte que le volume du mélange est un peu plus grand que la somme des volumes des deux corps, avant la fusion.
3. De la Divisibilité.
13. Le mot de divisibilité restreint à sa simple signification, ne présente rien qui ne soit parfaitement connu, puisque tous les corps ont des parties que l’on conçoit aisément comme étant séparables les unes des autres. Mais la matière est-elle réellement divisible à l’infini, en sorte que sa division n’admette aucunes bornes possibles ? ou bien est-elle composée, en dernier résultat, de molécules indivisibles, et que l’on doive regarder comme simples ? Nouvelle source de discussions interminables entre les partisans des deux opinions, où l’esprit humain a exercé toute sa subtilité pour trouver des argumens en faveur de chacune, et des difficultés contre l’autre : après avoir beaucoup disputé, beaucoup écrit, le tout au sujet d’un atome, on n’en a pas été plus avancé, et la solution de la question elle-même n’auroit pas fait faire à la science un pas de plus. On a banni de la physique, toutes ces questions stériles pour le progrès de nos connoissances. Au lieu de chercher si les corps pouvoient être divisés à l’infini, on les a analysés autant qu’ils pouvoient l’être, et on a tiré de ces analyses, des connoissances qui ont répandu la lumière sur des faits regardés auparavant comme inexplicables. On a vu sagement que les bornes de l’expérience et de l’observation sont pour nous celles de la nature elle-même.
14. Ce qu’il y a de certain par rapport à la division des corps, c’est qu’il en résulte des parties séparées les unes des autres, dont la finesse étonne notre imagination. Nous pouvons d’abord citer en preuve les matières colorantes, et en particulier le carmin, qui est une espèce de poudre que l’on retire de l’insecte nommé communément cochenille. On délaye une petite quantité de cette poudre, du poids de 5 centigrammes (un peu moins d’un grain), au fond d’un vase, dans lequel on verse ensuite 15 kilogrammes ou environ 30 livres d’eau. La couleur s’étend de manière qu’elle devient sensible dans tout le volume de l’eau. Le poids de cette eau étant trois cent mille fois plus grand que celui des cinq centigrammes de carmin, si l’on suppose que chaque centigramme contienne seulement deux molécules de principe colorant, on aura trois millions de parties visibles dans cinq centigrammes de carmin.
Les impressions qui se font sur l’odorat, ne sont pas moins propres que celles qui affectent la vue à nous faire juger de l’extrême division à laquelle se prête la matière. Il est des corps dont le poids est à peine sensiblement altéré après un long intervalle de temps, pendant lequel tous ceux qui se trouvent à une certaine distance ne cessent de ressentir l’action des particules odoriférantes émanées de la substance de ces corps.
On retire d’une poche renfermée dans le corps de certains animaux une substance, à laquelle on a donné le nom de musc, et dont un seul grain répand une forte odeur, pendant un certain nombre d’années, dans un appartement où l’air est souvent renouvelé. Le simple frottement d’un papier qui a servi à envelopper un morceau de la même substance, suffit pour rendre un habit odorant pendant plusieurs jours.
15. Les procédés des arts peuvent nous donner une idée d’autant plus juste de la même propriété, qu’ici les résultats sont susceptibles d’être soumis au calcul. Suivant l’observation de Boyle, le poids d’un grain d’or, ou d’environ 53 milligrammes, réduit en feuilles, peut couvrir une surface de cinquante pouces carrés, dont chacun aura par conséquent à peu près 27 millimètres de côté : or, on peut concevoir le millimètre divisé en 8 parties visibles, ce qui donne 46 656 petits carrés visibles dans une feuille d’or carrée de 27 millimètres de côté ; et comme le nombre de ces feuilles est de 50, on en conclura qu’une petite masse d’or du poids de 53 milligrammes peut être divisée en plus de deux millions de parties sensibles, j’entends à la vue simple ; car au moyen du microscope, chaque partie redeviendroit une feuille d’or, où l’œil et le calcul trouveroient encore de quoi s’exercer.
La division va beaucoup plus loin dans le travail du tireur d’or. On prend une certaine quantité de feuilles de ce métal, dont le poids peut ne pas excéder celui de 3 décagrammes ou d’environ une once, et l’on en couvre un cylindre d’argent. On fait passer ensuite ce cylindre par différentes filières, et lorsqu’on l’a réduit en un fil aussi délié qu’un cheveu, recouvert dans tous ses points d’une couche d’or extrêmement mince, on l’aplatit entre deux rouleaux d’acier. Dans cet état, il forme une lame, dont la longueur est à peu près égale à 444 mille mètres, qui répondent à 111 lieues de 2 000 toises chacune. Mais cette lame étant revêtue d’une couche d’or sur chacune de ses faces, on peut considérer les deux couches comme deux lames d’or d’une extrême ténuité, et les mettre par la pensée à la suite l’une de l’autre. De plus, la largeur de la lame étant d’environ ¼ de millimètre ou ⅑ de ligne, on peut supposer cette largeur divisée en deux, et ainsi la quantité d’or employée, équivaut à quatre lames dont chacune seroit longue de 444 mille mètres. Maintenant si l’on conçoit que chacun des millimètres renfermés dans cette longueur soit divisé en huit, on aura plus de 14 billions de parties visibles dans une petite masse d’or du poids de 3 décagrammes, et qui équivaut à un cube d’or dont le côté n’auroit pas 12 millimètres ou 5 lignes ⅓ de longueur.
Cette prodigieuse extension dont l’or est susceptible, dépend de sa ductilité jointe à sa grande densité ; deux qualités également précieuses pour les arts dont le but est d’appliquer ce métal sur la surface du bois, du cuivre et autres matières auxquelles il sert à la fois d’abri et d’ornement.
16. Ajoutons un exemple tiré de la substance pierreuse qui porte le nom de mica, et qui se prête avec une grande facilité à l’opération que nous avons appelée division mécanique. Nous sommes parvenus à détacher de la substance dont il s’agit une lame qui, au lieu de la couleur jaunâtre naturelle à la pierre, réfléchissoit le beau bleu, ce qui étoit l’indice d’un extrême degré de ténuité, comme nous l’expliquerons en parlant de la lumière. Ayant calculé l’épaisseur de cette lame d’après une règle indiquée par Newton, et que nous ferons également connoître, nous l’avons trouvée égale à 43 millionièmes de millimètre, ou environ 1,6 millionième de pouce, ce qui suppose que l’on peut obtenir 23 255 lames isolées, en divisant un morceau de mica de l’épaisseur d’un millimètre ou ⅑ de ligne.
17. Nous ne pouvons mieux terminer cet article, qu’en exposant une vue très-sage de Newton, sur les bornes prescrites à la division des corps, dans l’état actuel des choses. Ce grand philosophe pense que l’Être suprême, en créant la matière, l’a composée de diverses espèces de molécules élémentaires, solides, dures, invariables, dont les dimensions, les figures et les différentes qualités étoient assorties aux fins qu’il se proposoit[2]. Or, telle est la fixité de ces molécules, qu’aucuns procédés de l’art, et même aucune des forces existantes dans la nature, ne peuvent ni les diviser, ni les altérer, sans quoi l’essence des corps changeroit avec le temps. Ainsi toutes les modifications que subissent les corps, dépendent uniquement de ce que ces molécules durables se séparent les unes des autres, et se réunissent ensuite de diverses manières pour former de nouvelles combinaisons. Ces différentes molécules sont ainsi les véritables substances simples de la chimie ; et les résultats des opérations qui les présenteroient isolées, seroient le terme des efforts de cette science qui, en attendant, considère comme simples les substances qu’elle n’est pas encore parvenue à décomposer, et place sagement la simplicité à l’endroit où s’arrête l’observation.