QUATRIÈME LEÇON

Les geyien de l'Islande (tut te). — L'équivalent mécanique de la chaleur* — Consommation de chaleur.

Le sol de l'Islande s'élève graduellement des côtes vers le centre, où le niveau général est d'environ 2 000 pieds (600 mètres) au-dessus de la surface de la mer. Sur ce plateau central, comme sur un piédestal, se dressent les jôkull ou montagnes de glace, qui s'étendent des deux côtés dans la direction du nord-est. Les volcans actifs se rangent le long dfe cette chaîne, et les sources thermales suivent la même direction générale, ce qui conduit à penser que ces sources et ces volcans ont une origine commune . Des cônes et des cratères, adossés à ces montagnes, s'échappent d'énormes masses de vapeur, que l'on entend, par intervalles, siffler et mugir; et, lorsque l'issue des vapeurs se trouve à l'ouverture d'une caverne, la résonnance de la caverne donne souvent au bruit produit l'éclat du tonnerre. Plus bas, dans les couches plus poreuses, ce sont des mares fumantes de boue; une pâte alumineuse d'un bleu noir repoussant, sans cesse en ébullition, se soulève de temps en temps en bulles énormes qui crèvent et lancent leur écume gluante à une hauteur de 5 ou 6 mètres. Les glaciers partent en montant de la base des collines ; Au-dessus s'étendent les champs de neige qui couronnent leurs sommets. Des voûtes et des

fentes des glaciers s'échappent de grandes masses -d'eau qui tombent quelquefois en cascades sur des murs de glace et s'étendent sur la contrée, en nappes de plusieurs kilomètres, avant de trouver une issue définitive. Il se forme ainsi de vastéfe marais qui ajoutent leur désespérante mono* tortie à la scène déjà si lugubre qui se déroule sous les yeux du voyageur. Interceptée par les crevasses ou fissures du sol, une partie de cette eau descend jusqu'aux roches brûlantes de l'intérieur du sol; et là, rencontrant les gaz volcaniques qui traversent ces régions souterraines, elles cheminent avec eux pour s'échapper, à la première occasion favorable, en jets de vapeur ou d'eau bouillante.

Le Grand-Geyser est un tube de 3 mètres de diamètre et de 23 mètres de profondeur, surmonté d'un bassin qui mesure 16 mètres du nord au sud et 18 mètres de l'est à l'ouest. L'intérieur du tube et du bassin est revêtu d'une couche siliceuse très-unie, si dure qu'elle résiste aux coups de marteau. La première question qui se présente est celle-ci : « Comment ce tube merveilleux a-t-il été construit? comment ce stuc admirable s'est-il appliqué sur ses parois ? » Un coup d'œil sur la composition de l'eau du geyser nous donnera peut-être la réponse à cette question. On trouve, dans mille parties de cette eau, les substances suivantes :

Silice . 0,5097

Carbonate de soude. . . . 0,1939 Carbonate d'ammoniaque. . 0,0083 .

Sulfate de soude 0,1070

Sulfate de potasse. . . . 0,04-75 Sulfate de magnésie. . . . 0,0042 Chlorure de sodium. . . . 0,2521 Sulfure de sodium. ... . 0,0088 Acide carbonique. . . . 0,0557

Le revêtement djn tube est de la silice provenant évidemment de l'eau ; on pourrait donc conjecturer que l'eau a déposé la silice sur les parois du tube et du bassin. Mais l'eau ne forme pas de dépôt, lors même qu'on la refroidit jusqu'au point de congélation. Mise en bouteille, elle reste des années entières aussi claire que du cristal et sans qu'il se forme le moindre précipité. Un échantillon, apporté de l'Islande et analysé dans cette institution , s'est trouvé absolument exempt de dépôt. Dans cette manière de résoudre la question posée, il faudrait admettre en outre que le puits a été formé par une action étrangère, et que l'eau l'a simplement revêtue à l'intérieur. (On a exposé un dessin du geyser, appartenant à sir Henry Holland, qui a été témoin oculaire de ces merveilleux phénomènes.) On peut s'en rapporter à l'exactitude de ce dessin, qui a été fait d'après une esquisse prise sur place. On voit ici que le bassin du geyser est situé au sommet d'un tertre d'environ J2 mètres de hauteur, et il est évident, à la simple inspection des lieux, que le tertre a été formé par le geyser; donc, en construisant le tertre, la source a aussi formé le tube qui le traverse de part en part ; de là cette conclusion que le geyser est l'architecte de son propre tube. Si nous mettons une certaine quantité d'eau du geyser dans un bassin d'évaporation, voici ce qui arrive : au centre du bassin le liquide ne dépose rien, mais sur les côtés, où il est attiré par l'attraction capillaire et soumis à une évaporation rapide, nous trouvons un dépôt de silice. Un anneau de silice se forme à Tentour du bord, et il faudrait que Tévaporation de l'eau se continuât bien longtemps pour qu'on pût apercevoir un léger trouble au centre du bassin. Cette expérience est la représentation microscopique, s'il m'est permis de m'exprimer ainsi, des opérations de la nature en Islande. Imaginez le cas d'une simple source siliceuse thermale, dont l'eau s'écoule goutte à goutte sur une

pente douce : l'eau ainsi étalée s'évapore rapidement, et de la silice est déposée. Ce dépôt élève graduellement le flanc sur lequel l'eau coule, lui donne du relief, et force enfin l'eau à prendre un autre cours. La même chose a lieu ici : le sol s'est élevé peu à peu, comme il vient d'être dit; la source a dû sans cesse tourner et monter, déposant sa silice, et rendant plus profond le puits qu'elle habite, jusqu'à ce qu'enfin, dans le cours des âges, la simple source ait créé le merveilleux appareil qui a si longtemps embarrassé et étonna le voyageur et le savant.

« Avant une éruption, le tube et le bassin se sont remplis d'eau chaude; des détonations se font entendre par intervalles, et chacune d'elles est suivie d'une violente agitation dans le bassin. L'eau est soulevée dans le tuyau de manière à former un monticule au centre du bassin ; il en résulte un trop-plein qui se déverse. Ces détonations sont dues évidemment à la production de vapeur dans les conduits qui alimentent le tube du geyser; cette vapeur, se mêlant à l'eau plus froide du tube, y est soudainement condensée, et produit les explosions. Dans l'intervalle entre deux éruptions, la température de l'eau s'est élevée graduellement dans le tube; mais, même immédiatement avant une éruption, l'eau n'est à la température de l'ébullition dans aucune partie du tube. Comment donc une éruption peutelle se produire? M. Bunsen a réussi à déterminer la température de l'eau quelques minutes avant une éruption, et ses observations donnent la vraie clef de l'énigme. Un peu audessous du centre il a trouvé que la température de l'eau était à deux degrés au-dessous de son point d'ébullition, c'est-à-dire, à deux degrés au-dessous du point où l'eau entre en ébullition sous la pression atmosphérique, augmentée de la pression de la colonne d'eau superposée. La température réelle à trente pieds (10 mètres) au-dessus du

fond du geyser était de 122' centigrades ; le point d'ébullition sous cette pression est de 124°. Je viens de dire que la détonation et le soulèvement de la colonne du geyser étaient produites par l'arrivée de la vapeur qui vient des conduits souterrains. Ces détonations et le soulèvement de la colonne qui les accompagne sont, comme il a été dit, entendus et observés à divers intervalles avant une éruption. Admettons que la section de l'eau à dix mètres audessus du fond ait été soulevée de deux mètres par l'arrivée d'une masse de vapeur inférieure. Le liquide se répand dans le bassin, il passe par-dessus les bords, et ainsi la section soulevée éprouve une diminution de pression de deux; mètres d'eau; le point d'ébullition sous cette pression diminuée est à 121° ; donc dans sa nouvelle place,sa température actuelle, 422°, est à un degré au-dessus du point d'ébullition. Cet excès de chaleur sert instantanément à engendrer de la vapeur; la colonne est de nouveau soulevée, et l'eau inférieure est déchargée d'une partie de sa pression*, il se forme plus de vapeurs ; depuis le milieu du tube jusqu'en bas, la masse entre soudainement en ébullition, l'eau qui est au-dessus est projetée avec une immense vitesse, et nous avons l'éruption du geyser dans toute sa grandeur. Par son contact avec l'air, l'eau est refroidie; elle retombe dans le bassin, remplit partiellement le tube dans lequel elle s'élève graduellement, et finit par remplir le bassin comme auparavant. On entend des détonations par intervalles, on observe des bouillonnements, mais ce sera seulement quand le tube aura atteint une température assez rapprochée de l'ébullition pour soulever effectivement la colonne d'eau, que nous aurons de nouveau une véritable éruption.

Dans le tube régulièrement formé, l'eau n'atteint nulle part exactement le point d'ébullition. C'est donc dans lés canaux qui alimentent le tube que doit se former la vapeur

productrice des détonations et du soulèvement de la colonne d'eau. Ces canaux ne sont en réalité rien autre chose que la continuation irréguiière du tube lui-même. Le tube est par conséquent la cause unique et suffisante des éruptions. On l'a démontré expérimentalement pendant la leçon. Un tube de fer galvanisé, long de 2 mètres, était surmonté d'un bassin ; on avait placé un foyer au-dessous, et un autre près de son milieu pour imiter réchauffement latéral du tube du geyser. Des éruptions se produisaient à des intervalles de cinq ou six minutes pendant toute la durée de la leçon; l'eau était lancée en l'air, retombait dans le bassin, remplissait le tube, se chauffait de nouveau, était lancée encore et ainsi de suite.

Il suffit d'un moment de réflexion pour comprendre qu'il doit y avoir une limite aux opérations du geyser. Lorsque le tube a atteint une longueur telle que l'eau, dans ses profondeurs inférieures, ne peut plus atteindre son point d'ébullition, en raison de l'accroissement de pression, les éruptions cessent nécessairement. La source, néanmoins, continue de déposer sa silice, et forme un laug ou citerne. Quelques-uns de ces laugs d'Islande ont 40 ou 12 mètres de profondeur. Leur beauté est indescriptible : une vapeur légère ondule à leur surface, l'eau est du plus pur azur, et teinte de ses nuances délicieuses les incrustations fantastiques des parois de la citerne, tandis qu'au' fond on aperçoit souvent la bouche d'un geyser autrefois très-puissant. On trouve en abondance en Islande des traces d'opérations de geysers, autrefois grandioses, aujourd'hui éteints. On voit des tertres dont les puits sont remplis de décombres, parce que l'eau, se frayant de force un passage, s'en échappe en dessous pour aller porter ailleurs le théâtre de son action. Le geyser, en un mot, se montre à nous dans toutes les phases de son existence, 6a jeunesse, son âge mûr, sa vieillesse et sa mort.

Dans sa jeunesse, simple source thermale; dans son âge mûr, colonne é&uptiye; dans sa vieillesse, laug tranquille; sa mort enfin est comme enregistrée par le puits en ruine et le tertre, q.ui témoignent de son activité d'autrefois.

Après le Grand-Geyser, le Strokkur est la source éruptive la plus fameuse de l'Islande. La profondeur de son tube est de 13 mètres. Il n'est pas cylindrique eomme celui du geyser, il a la forme d'un entonnoir. A son ouverture, il a 2 mètres et demi de diamètre, mais il diminue graduellement, et près de son milieu il n'a plus-que 25 centimètres de diamètre. Si l'on bouche le tube en y jetant des pierres et de la tourbe, on le force ainsi à produire des éruptions qui atteignent des hauteurs plus grandes que celles du Grand-Geyser. On a donné pendant la leçon une idée de ce mode d action en fermant avec un bouchon le tube galvanisé de l'expérience précédente. Quelques instants après, le bouchon a été lancé en l'air, il s'est formé subitement de la vapeur qui a élevé l'eau à une hauteur considérable, ce qui a prouvé que le tube suffisait seul à produire le phénomène.

Dans les leçons que j'ai déjà faites, j'ai beaucoup admiré l'attention et la patience de mes jeunes auditeurs. Us sont d'âges assez différents, mais quoique j'aie été obligé d'aborder certaines matières qui ne pouvaient vraiment pas être comprises par les plus jeunes, et de rappeler certains faits élémentaires que les plus âgés savent trop bien, les plus jeunes se sont montrés très-patients quand j'ai parlé pour leurs aînés, et les plus âgés très-complaisants quand je me suis adressé à leurs cadets; Je prie les uns et les autres d'accepter mes remerclments sincères. Aujourd'hui, je parlerai pour tous, en commençant par les plus âgés, car j'ai à expliquer deux expressions abstraites très-employées, quand il est question de la chaleur.

Si on élève 4 kilogramme d'une substance quelconque à

425 mètres au-dessus de la surface de la terre, et qu'on le laisse retomber de cette hauteur, on trouvera toujours la même quantité de chaleur engendrée, et cette quantité de chaleur sera tout juste celle qui est nécessaire et qui suffit; je dis tout juste, rien de plus, rien de moins, pour élever d'un degré centigrade la température d'un kilogramme d'eau. Concevez donc qu'un poids d'un kilogramme toml)e de cette hauteur, 425 mètres, que l'on recueille toute la chaleur engendrée par le choc de ce poids contre la terre, et qu'on la fasse absorber à un kilogramme d'eau, la température de ce kilogramme d'eau sera élevée d'un degré centigrade. Maintenant, par des moyens convenablement choisis, nous pourrons renverser le procédé : nous soulèverons à l'aide de la chaleur le poids d'un kilogramme; nous relèverons à la hauteur de 425 mètres; il faudra pour cela le soustraire à l'action de la terre qui l'attire; c'est-àdire que pour soulever ce poids à cette hauteur, il faudra consommer, en réalité, dépenser, anéantir, détruire une quantité de chaleur égale à celle qui élèverait d'un degré la température d'un kilogramme d'eau ; de sorte que la quantité de chaleur dépensée dans l'acte de l'élévation du poids à 425 mètres est exactement égale à la quantité de chaleur engendrée par ce poids tombant d'une hauteur de 425 mètres. Cela posé, la force nécessaire pour élever un kilo* gramme de matière à un mètre au-dessus du sol, a été prise pour unité de force, et on l'a appelée kilogrammètre. Pour élever le poids d'un kilogramme à 425 mètres, il faudra 425 unités ou 425 kilogrammètres ; pour élever 425 kilogrammes à la hauteur d'un mètre, il faudra la même force ou 425 kilogrammètres. Cette quantité de 425 kilogrammètres qui élèverait d'un degré la température d'un kilogramme d'eau, est appelée V équivalent mécanique de la chaleur. Pour soulever un poids, on a à vaincre l'attraction de la

terre, et pour vaincre celte attraction on consomme de la chaleur, si la chaleur est l'agent qui soulève le poids. Permettez-moi de vous inviter de nouveau à vous figurer les molécules des corps solides, de celui, par exemple, que je tiens à la main. Règle générale, quand on communique de la chaleur à un corps, les molécules sont forcées de s'éloigner les unes des autres. Vous savez avec quelle énergie et avec quelle force énorme ces mêmes molécules doivent s'attirer, car je vous ai fait voir que si on refroidit un barreau de fer, la force de contraction qui ramène les molécules les unes vers les autres, c'est-à-dire l'attraction mutuelle des molécules du fer est capable de rompre un barreau d'acier, et vous avez vu ce barreau tomber brisé sur cette table. Voici donc que nous trouvons dans les molécules des corps qui s'attirent les unes les autres, une action qui est substantiellement la même que celle qui se produit lorsqu'on élève un poids au-dessus de la terre. Nous pouvons donner un nom à cette action ou- travail qui se produit à Tintérieur d'un corps. Appelons-le travail moléculaire, si vous le voulez bien, ou, si vous l'aimez mieux, travail fait sur les molécules. Ce travail exige une consommation de chaleur ; partout où il se produit, il y a de la chaleur dépensés; et ce que j'ai besoin de bien faire pénétrer actuellement dans votre esprit, c'est que la quantité de chaleur dépensée est très-différente dans les différents corps; c'est-à-dire que, pour élever d'un degré la température de certains corps, il 4 faut plus de chaleur que s'il s'agissait d'autres corps. Pour élever d'un degré la température d'un kilogramme de mercure liquide, il faut lui communiquer une certaine quantité de chaleur. Il faudrait trente fois cette même quantité de chaleur pour élever d'un degré la température d'un kilogramme d'eau. L'eau exige trente fois la quantité de chaleur requise pour le mercure, uniquement parce que le

travail à exécuter est bien plus considérable pour l'eau que pour le mercure. Maintenant que résulte-t-il de ce travail moléculaire, variable d'un corps à l'autre? Puisqu'il faut trente fois plus de chaleur pour élever d'un degré la température d'un kilogramme d'eau, on^erait tenté d'en conclure que l'eau a* le pouvoir d'emmagasiner trente fois plus de chaleur que le mercure. On a, en effet, cru d'abord que la chaleur était quelque ehose que l'on emmagasinait, et on appelait capacité pour la chaleur la quantité relative de chaleur qu'il fallait communiquer à un corps pour élever sa température d'un degré. Dans cette manière de voir, chaque corps devenant un réservoir de chaleur capable d'absorber ou de

4 Fig. 14.

dissimuler dans son sein jme certaine quantité de chaleur, que l'expérience prouvait être très-différente dans le passage d'un corps à l'autre. On mesurait cette quantité de chaleur latente, c'est le nom qu'on lui avait donné parce qu'il ne se fait pas sentir au thermomètre, par la quantité de glace pu de cire qu'il pouvait fondre en se refroidissant*

Voici un vase contenant de l'huile bouillante, et dans lequel on a placé des sphères de différents métaux. Elles sont en ce moment toutes également chaudes, et cependant vous allez voir que ces sphères métalliques ont, à des degrés très-inégaux, la faculté de faire fondre un même corps. Nous allons les poser sur ce gâteau de cire D (ûg. 14) , et npus observerons le degré d'action de chacune. Quelques-unes traverseront le gâteau d'outre en outre , d'autres ne le traverseront pas. La boule de cuivre fondra et traversera la cire plus que toutes les autres ; la boule d'étain ne la traversera jqu'en partie. Le bismuth ne passera certainement pas, quoiqu'il soit tout aussi chaud que le cuivre. La boule de plomb elle-même est incapable de fondre la cire dans toute son épaisseur, tandis que la boule de fer la traverse. La boule de zinc, enfin, a juste ce qu'il faut pour passer, elle passera ; mais je puis dire d'avance que le plomb, l'étain et le bismuth ne passeront pas. En effet, les boules de cuivre, de fer et de zinc se sont ouvert un passage à travers le gâteau de cire en le fondant, et sont tombées l'une après l'autre sur le sol. Les trois autres boules n'ont pas percé la cire. Cette expérience prouve évidemment et élégamment que ces métaux renferment des quantités de chaleur très-différentes, quoiqu'ils soient tous à la même température thermométrique.

Nous allons maintenant étudier la chaleur dépensée dans le travail moléculaire ; j'essayerai, par quelques expériences, de rendre évidente la consommation de chaleur dans le travail qui force les particules des corps à se séparer ou a changer de positions relatives. L'un des cas'les plus remarquables de consommation de chaleur est celui qui a lieu quand on fait passer un corps de l'état solide à l'état liquide. Voici un bel instrument, la pile thermo-électrique AB (fig.15), sur lequel j'ai déjà appelé votre attention. C'est une

sorte de thermomètre , et je vais vous montrer comment on peut s'en servir pour savoir si nous avons affaire au chaud ou au froid, s'il y a élévation ou abaissement de température. Je ne puis entrer dans une explication complète de ses

Fig. 15.

divers organes; mais si vous regardez l'aiguille mn du galvanomètre G avec lequel l'appareil est en communication par les fils wtu, vous verrez combien cet appareil est sensible ou délicat. C'est incontestablement le plus sensible de tous les thermomètres. Je vais tourner la face A de l'instrument de mon côté, puis j'enverrai sur elle mon haleine, ou je prierai un de mes jeunes auditeurs de respirer sur elle. La chaleur de l'haleine se manifestera aussitôt par un déplacement de l'aiguille aimantée. J'envoie en effet mon haleine sur la pile , et vous constatez que l'extrémité rouge de l'aiguille vient à moi. Quand l'aiguille , revenue à sa première position, sera de nouveau en repos, j'essayerai l'effet du froid sur cet instrument si délicat, que nous avons appelé ,

si vous vous en souvenez, pile thermo-électrique. (Vous voyez que je puis arrêter l'aiguille presque instantanément en faisant agir sur elle une autre aiguille aussi aimantée.) Je vais maintenant mettre un morceau de glace dans une cuiller, et au plus petit contact de la cuiller froide avec la pile , vous verrez l'extrémité rouge de l'aiguille s'éloigner de moi pour se porter vers vous. Nous avons donc dans cet instrument le moyen de reconnaître si l'impression qu'il a reçue est celle de la chaleur ou du froid. Je ramène à présent l'aiguille au repos , et je procède à mes expériences. Voici un petit bassin plat B (fig. 16) que je place horizontalement sur

Fig. 16.

la face de la pile renversée, et vous remarquez que quoique ce bassin soit resté en repos sur la table, il s'est un peu échauffé et qu'il fait marcher de mon côté l'extrémité rouge de l'aiguille. Mais dès que je verse un peu d'eau froide dans cette soucoupe, vous voyez aussitôt l'extrémité rouge se porter de votre côté. Je vais maintenant chauffer cette eau en y plongeant mon doigt , et après quelques instants vous verrez l'aiguille revenir vers moi sous l'action de la chaleur que ma main aura communiquée à l'eau, et dépasser même la position d'équilibre ou le zéro. (Après une pause.) Vous le voyez , l'aiguille vient maintenant de mon côté , ce qui prouve que l'eau a été échauffée par mon doigt. Je pourrais prendre du sucre, ou du sel, ou du salpêtre, ce qui serait encore mieux, et je jetterais un peu de ce saJj&re en

poudre dans l'eau ; il se liquéfierait ; cette liquéfaction consommerait de la chaleur, l'eau se refroidirait, et l'aiguille marcherait vers vous , constatant le refroidissement produit par la fusion. Pour faire cette expérience, je choisis une substance particulière appelée sulfate de soude. Vous voyez que mon doigt a communiqué beaucoup de chaleur à l'eau, et que l'aiguille , revenue de mon côté , a de beaucoup dépassé le zéro. Je jette maintenant dans l'eau du sulfate de soude pulvérisé , et vous voyez que l'eau se refroidit immédiatement en dissolvant ce sel.

Fig. 17.

Il y a donc eu consommation ou dépense de chaleur dans l'acte de la liquéfaction du sulfate de soude. Voici une autre expérience très-instructive, inverse de la précédente. En so- • lidifiant, ou en faisant revenir du sulfate de soude à l'état solide, nous lui ferons rendre la chaleur qu'il a dépensée en seîkpiéfiant. On a mis dans ce matras B (fig. 17),une solu-

tion de sulfate de soude très-sâturée, c'est-à-dire que. l'eau a dissous du sel tout ce qu'elle était capable de dissoudre ; on l'a préparée avec le plus grand soin pendant la nuit dernière, et on l'a conservée soigneusement à l'abri de tout ce qui pouvait l'agiter. Appliquons d'abord la face de la pile contre le matras, et procédons à la solidification. Je puis, en effet, ramener, le sulfate de soude à l'état cristallisé, à la condition de celui que je faisais dissoudre tout à l'heure dans la soucoupe. Quand cette cristallisation commencera, le liquide du matras deviendra de plus en plus trouble, et quand les cristaux se formeront en face du point où le matras touche la pile, la chaleur que le sol avait absorbée en se dissolvant redeviendra libre ; le matras s'échauffera, et vous verrez l'extrémité rouge de l'aiguille venir vers moi. J'ouvre le col du matras, et je fais tomber dans la solution un cristal de sulfate de soude. (On l'a fait, et le contenu du matras, devenu opaque, a commencé à se solidifier du haut en bas.) La cristallisation s'opère, et dès que les molécules qui font face à la pile se solidifieront, la chaleur, dégagée et transmise à la pile par la paroi, déterminera le déplacement ou la déviation, c'est le nom qu'on lui donne, de l'extrémité rouge de l'aiguille qui viendra vers moi. (Après une pause.) — Ce que j'ai annoncé est arrivé. Voici que la chaleur dépensée par le sulfate de soude dans l'acte de sa fusion nous est rendue; la déviation de l'aiguille accuse un dégagement de chaleur. En suivant la même marche, je vais vous montrer que, quand un corps s'évapore, il y a une grande quantité de chaleur d'absorbée ou dépensée dans l'acte de l'évaporation. Pour convertir un kilogramme d'eau à 100° centigrades en vapeur à 100° centigrades, il faut une énorme quantité de chaleur : toute la chaleur nécessaire pour élever d'un degré centigrade la température de 650 kilogrammes d'eau; et cette chaleur, quelque considérable qu'elle

soit, est insensible au thermomètre. La raison- qui m*a fait employer un mélange de glace et de sel pour faire un mélange réfrigérant dans une précédente expérience, est précisément que l'action du sel détermine la liquéfaction de la glace, et que cette liquéfaction exige l'absorption, la consommation d'une grande quantité de chaleur, d'où il résulte que la température du liquide descend beaucoup au-dessous de celle de la. glace. Je vais le prouver en produisant du froid par la vaporisation : si les choses marchent bien, je réussirai, je l'espère, à faire congeler l'eau sous vos yeux par sa propre vaporisation. Tout est prêt pour l'expérience. L'appareil que vous voyez (fig. 5), appelé] cryophore, se

Fig. 18.

compose de deux boules, A et B, plongeant dans deux vases. L'eau de la première boule s'est congelée dans la salle depuis le commencement de la leçon. Après l'avoir introduite dans la boule, on avait, à l'aide d'une machine pneumatique, extrait l'air de l'appareil; et l'on avait fait entourer la seconde boule, d'abord vide, d'un mélange réfrigérant. A mesure qu'elle se dégageait de l'eau, au sein du vide, la vapeur était condensée par le mélange réfrigérant, et le refroidissement produit dans la première boule par l'acte de la vaporisation de l'eau a suffi à la congeler. Il est done vrai qu'il y a con~

sommation ou dépense de chaleur dans le passage d'un corps de l'état liquide à l'état de vapeur. J'ai sous la main diverses substances qui me permettraient de mettre ce fait en évidence de la manière la plus satisfaisante. Voici par exemple de l'alcool; j'y plonge mon doigt et je l'approche mouillé de la face de la pile. Je vois que l'aiguille du galvanomètre indique dans la pile la présence d'une grande quantité de chaleur; n'importe, l'évaporation de l'alcool, en la refroidissant, ferait dévier l'aiguille en sens contraire; et si je prends une substance qui se vaporise plus rapidement encore que l'alcool, par exemple, de l'éther, il ne lui faudra pas une seconde pour que le froid produit l'emporte sur la chaleur, cause de la déviation actuelle. Je vais accélérer l'évaporation, et si l'aiguille n'est pas retenue par quelque obstacle accidentel, elle nous indiquera par une déviation en sens contraire la disparition de la chaleur actuelle. Vous voyez qu'elle va vers vous, chassée en quelque sorte par le froid considérable que l'évaporation de l'éther a produit. Ce froid est tel qu'on pourrait le faire servir et qu'on le fait servir réellement à la production artificielle de la glace.

Je passe maintenant à une autre question, la propagation de l'agent appelé chaleur, de ce mode de mouvement qui fait vibrer les molécules d'un corps ; et pour vous rendre C9tte propagation plus évidente, je commencerai par une ou deux expériences sur deux corps liquides ou sur des gaz. Je veux que vous compreniez bien comment la chaleur se distribue d'elle-même dans les gaz, et dans ce but, j'ai placé ici un morceau de fil de platine, ce métal que vous avez vu chauffé au rouge blanc éclatant, dans notre première leçon. C'est un métal réfractaire, il peut supporter sans brûler l'action de grandes quantités de chaleur. Nous alloua rendre la salle obscure, et mon préparateur allumera notre lampe électrique. Je vouk demanderai d'abord de re-

garder l'ombre que ce petit fil de platine projettera sur l'écran. Je présume que le phénomène sera visible pour tous les jeunes physiciens qui m'écoutent, sans excepter ceux qui occupent les places les plus éloignées. Nous chauffons le ni de platine par un courant électrique, et vous observez deux choses : vous voyez d'abord le fil s'allonger, puis s'affaisser, se courber en formant un arc ; il fléchit sous son propre poids. Observez, en second lieu, l'air qui s'élève agité de la surface du fil devenu chaud. Le mouvement ondulatoire qui s'exécute sous vos yeux est dû au courant d'air chaud qui monte le long du fil. La même chose se remarque pour les liquides : voici un verre rempli d'eau froide qui va nous servir à le démontrer. Je le place devant la lampe, et son image se projette sur l'écran. Mon préparateur va faire passer le courant électrique en fermant le circuit; et dès que le courant circulera dans cette hélice ou spirale de platine plongée dans le liquide, l'eau s'échauffera, et vous verrez les particules chauffées s'élever à la surface. Vous voyez maintenant sur l'écran l'action de la chaleur du fil sur l'eau, action qui la force à élever comme l'indiquent ces stries ascendantes. L'eau monte dès qu'elle a été en contact avec la surface chaude du métal ; et en même temps qu'elle monte, elle se répand, se diffuse dans la masse non chauffée. Je fais cette expérience pour bien inculquer dans vos esprits la différence qui existe entre cette action de la chaleur et une autre qui lui ressemble à première vue. L'action dont vous venez de voir les effets est ce qu'on nomme la convection, ou réchauffement par transport, et je vous prie de ne pas la confondre avec celle qui a reçu le nom de conduction, propagation de molécule à molécule, et qui est essentiellement différente. Pour vous donner sur la conduction des idées claires et précises, j'ai fait disposer et mettre sous vos yeux

un appareil composé d'une barre de fer et d'une barre de cuivre, et je vais demander à ces barres quelle est celle qui conduit le mieux la .chaleur. Mon préparateur, va allumer une lampe et la placer au-dessous des barres, de manière à chauffer en même temps leujs extrémités en con~ tact. A mesure qu'elles s'échaufferont, elles détermineront la fusion de petites boules de cire fixées à leurs faces inférieures et les laisseront tomber. Vous reconnaîtrez, je l'espère, par le résultat, que la chaleur se propage plus vite dans le cuivre que dans le fer. Voici un appareil semblable, où les barres tiennent suspendus des bouts de chandelles de suif adhérents à leurs surfaces. La barre de laquelle il se détachera un plus grand nombre de ces bouts de chandelles sera évidemment celle où la chaleur se propage le mieux. Cette expérience est bonne, meilleure peut-être que d'autres plus habilement conçues, et vous pouvez facilement la répéter chez vous. Le cuivre fondra toutes ses chandelles avant que le fer ait fondu les siennes. Toute la théorie des étoffes qui servent à vous vêtir consiste en ce que ces étoffes sont de mauvais conducteurs de la chaleur. Vos corps sont des sources de chaleur. Par la combustion des aliments introduits dans vos organes digestifs, il se produit de la chaleur, et l'utilité des vêtements de laine que vous portez dans cette froide saison de l'année, est simplement de retarder le passage de la chaleur de vos corps dans l'air. Mais l'étoffe n'a pas de chaleur en elle-même. Si «j'ai besoin de conserver de la glace, comme dans une leçon précédente, je l'enveloppe de plusieurs doubles de flanelle, ce qui empêche la chaleur du dehors d'arriver jusqu'à elle et de la fondre. L'étoffe de laine ne fait donc que s'opposer au passage de la chaleur, dans une direction ou dans l'autre ; les étoffes de laine sont généralement de. mauvais conduc-

teurs de. la chaleur, et ainsi s'explique leur utilité comme vêtements.

Notre expérience avec les boute de chandelles démontre que les diverses sortes de matières n'ont pas la même puissance de conduction de la chaleur. En voici une autre qui établit le même fait. Si je chauffe cette barre de fer en la plongeant dans de l'eau chaude, et qu'ensuite je la pose sur un cylindre de verre en contact avec la pile thermo-électrique, le verre ne livre point passage à la chaleur et l'empêche d'arriver à la pile; l'aiguille continue à indiquer le froid. Il faudrait, du moins, un très-long temps pour que la chaleur traversât le verre et parvînt jusqu'à la pile. Maintenant je remplace le cylindre de verre par un cylindre de cuivre, et je pose la barre de fer sur ce cylindre de cuivre. Je présume qu'il ne faudra pas plus de deux ou trois secondes pour que le cuivre transmette une certaine quantité de la chaleur du fer à la pile, et lorsque cela aura lieu, vous verrez l'aiguille passer de l'autre côté du zéro indiquant la chaleur. Dans ce cas, au lieu d'avoir de la chaleur transportée, comme dans les gaz ou les liquides, par le passage des particules chaudes à travers la masse froide, nous avons une transmission de chaleur de molécule à molécule au sein du cuivre; ce second mode de propagation, ainsi que je l'ai dit, se nomme conduction, tandis que le premier, totalement différent, prend le nom de convection.

J'aborde maintenant un autre sujet, de nature un peu différente, mais non sans avoir dit un mot d'un petit appareil éminemment utile, la lampe de sûreté dont malheureusement on ne fait pas toujours un usage assez circonspect. Posons d'abord nettement la question ç[ue l'inventeur de cet appareil a voulu résoudre. Vous savez peut-être déjà que dans les houillères les mineurs ne peuvent s'éclairer avec des chandelles découvertes, en raison de la quantité

de gaz détonant qui se développe dans l'atmosphère des mines. Autrefois, ils n'avaient guère pour éclairage que les faibles lueurs des étincelles d'un caillou frappé par un briquet d'acier. Sir Humphry Davy, l'inventeur de la lampe de sûreté, s'était posé ce problème : comment éclairer le mineur, et le préserver en même temps des terribles explosions de gaz ? et il ajouta : Puis-je placer une lumière dans l'intérieur d'un appareil dans des conditions telles qu'elle éclaire convenablement à travers l'enveloppe, sans pouvoir déterminer l'explosion du grisou ? Il trouva qu'une flamme

Fig. 19. Fig. .20.

ne pouvait pas passer à travers les mailles d'une toile de fer ordinaire. Elle est tellement refroidie par le contact des fils de fer, en raison de la grande conductibilité de ce métal pour la chaleur, et de la facilité avec laquelle il laisse la chaleur se dissiper, qu'elle ne peut passer au-delà de la toile qu'en cessant d'être flamme. Vous voyez que lorsque cette toile de fer (fig. 19), est placée au-dessus de la flamme, la flamme est nettement supprimée ; elle essaye vainement de passer à travers. Si au contraire nous allumons le gaz au-dessus de la toile, . la flamme ne descendra pas au-dessous (fig. 20). Or, sir Humphry Davy, dans son invention de la lampe de sûreté des mineurs, a eiitouré la mèche de la chandelle, ou celle de la lampe ordinaire à l'huile, d'une

toile mécanique; et quoique la lumière puisse passer par les mailles, il ne peut plus y avoir d'explosion soit à l'intérieur soit à l'extérieur de la lampe , parce que la flamme ou chaleur intérieure, arrêtée par la toile métallique, ne peut pas exercer son action au dehors, et qu'au dedans de la lampe il ne peut y avoir que combustion sans explosion. Je passe maintenant à une classe de faits singulièrement intéressants. Je prie mon préparateur de chauffer presque au rouge un creuset ou un plat d'argent. Si je viens à y verser un peu d'eau, qu'arrivera-til? Vous me répondrez peut-être : Eh bien, Veau sera convertie en vapeur. Ce n'est ' pas tout à fait ce qui a lieu. Vous allez voir, quand je verserai l'eau, qu'il s'en vaporisera seulement une quantité suffisante pour que l'eau restante soit soutenue et maintenue à distance par la vapeur comme par un ressort ou un coussin élastique , arrondie en sphère et mobile à la surface de sa propre vapeur. Pour mieux vous faire voir cet effet, je vais faire tomber un rayon de lumière sur ce plat d'argent; ce rayon de lumière éclairera la goutte d'eau que nous verserons dans le bassin , et, réfléchi , il ira porter sur l'écran l'image de ce qui se passe à la surface de l'argent. Faisons tomber d'une pipette une petite quantité d'eau. Vous voyez maintenant , projetées sur l'écran , les images des globules d'eau, et vous constatez qu'ils roulent portés mollement par leur propre vapeur comme par un coussin. On voit apparaître quelquefois dans cette expérience de très-belles figures produites par l'eau ; on voit souvent des globules prendre la forme de rosettes. La vapeur se dégage de l'eau d'une manière rhythmée et quasi musicale, et ce sont les bords ondulés, tantôt contractés, tantôt dilatés de la goutte qui dessinent la rosace, [ku bout de quelques secondes, une rosace apparaît en effet (fig. 2V).] Lorsque le vase n'est pas très-chaud, on voit dès le premier instant ces petites ondulations se

former; et quand ensuite la vapeur n'a plus la force de soutenir le globule, de le défendre du contact avec le vase, l'eau s'étend sur la surface d'argent et bout immédiatement.

Fig. ai.

C'est ce qui arrive en ce moment. (La forme sphéroïdale a cessé ; l'eau bout tout à coup, et disparaît avec un petit sifflement.)

Mon aide va maintenant préparer une expérience d'un grand intérêt et d'une beauté remarquable. Ne sachant pas positivement si elle réussira, je ne veux pas vous en donner d'avance une trop haute idée. Je dirai seulement que si elle réussit, elle sera fort instructive et d'une importance réelle.

En attendant, je désire vous montrer ce qui peut résulter de l'état sphéroïdal de l'eau en contact avec une surface chaude. J'ai ici une petite bouilloire en cuivre (fig. 22). Je la fermerai plus tard avec un bouchon , mais il faut la chauffer d'abord fortement, et y introduire ensuite quelques

gouttes d'eau. Je vais donc chauffer cette bouilloire; quand elle sera chaude, j'y verserai la petite quantité d'eau chaude nécessaire, et , passant à l'état sphéroïdal , elle roulera sous forme de gouttelettes sphériques sur le fond du

Fig.22.

vase; elle donnera de la vapeur, mais en assez petites quantités, aussi longtemps que l'état sphéroïdal subsistera, pour qu'elle puisse s'échapper par un petit trou ménagé dans le bouchon. J'enlèverai alors la bouilloire à la source de chaleur'; le refroidissement amènera bientôt l'eau à mouiller la surface du métal. Une plus grande quantité de vapeur sera engendrée subitement, et je présume que la quantité de vapeur engendrée sera assez abondante pour lancer le bouchon en l'air. (L'expérience donne le résultat prévu et annoncé.) Vous voyez donc qu'au moment où elle se forme par le contact de l'eau avec le métal encore chaud, la vapeur a fait sauter le bouchon. Il pourrait se produire de cette manière des explosions très-sérieuses de chaudières à vapeur, mais c'est une considération étrangère à notre sujet. Il me semble actuellement nécessaire de mettre en évi-

dence par une ou deux expériences les propriétés caractéristiques d'une certaine substance sur laquelle j'aurai à opérer. J'ai eu plusieurs fois l'occasion de vous parler des gaz. Or, les gaz généralement, et même l'air que nous respirons, ne sont quç les vapeurs de substances dont la température d'ébullition est extrêmement basse. Par exemple, M. Faraday, à qui nous sommes redevables des plus belles recherches dans cette direction, a réussi à comprimer assez le gaz contenu dans un vase clos, à en rapprocher assez les molécules pour les réduire à l'état liquide ; et voici d'autres gaz liquéfiés de la même manière : un de ces gaz est l'acide carbonique expulsé de nos poumons par la respiration. Je vais engendrer une certaine quantité de ce gaz acide carbonique dans ce grand ballon de verre. J'ai déposé au fond du ballon du bicarbonate de soude, et voici un acide. Si je verse l'acide dans le ballon, il attaquera le bicarbonate de soude, et il en résultera un dégagement d'acide carbonique, devenu libre. Je crois que nous avons maintenant la quantité de gaz nécessaire pour nos expériences. (Après un intervalle.) Voyons si le gaz qui vient d'être rendu libre a là propriété d'éteindre une bougie. Ceci nous apprendra si c'est réellement de l'acide carbonique. (Une bougie allumée, introduite dans le ballon, s'y éteint immédiatement.) Oui, c'est bien là le gaz dont il s'agit. Vous voyez qu'il n'est pas propre à entretenir la combustion d'une bougie ; le vase en est presque rempli ; prouvons maintenant qu'il est beaucoup plus lourd que l'air ordinaire. Je pourrais en puiser dans une cuiller ou un petit seau qu'il remplirait, et le verser dans une soucoupe. Si je le versais ainsi, éclairé par un faisceau de lumière qui projetterait son. image sur l'écran, vous le verriez couler comme de l'eau, quoiqu'il soit invisible dans les conditions ordinaires. Mais pour mieux manifester sa pesanteur, j'aurai recours à une bulle de savon. Je vais souffler une bulle

de savon à l'extrémité de ce tuyau de pipe et la faire tomber sur ce gaz invisible. Vous verrez qu'elle restera à la surface du gaz, et qu'elle y flottera comme à la surface d'un liquide. (Des bulles de savon sont produites à l'extrémité d'un tuyau de pipe, elles s'en détachent et tombent à la surface de l'acide carbonique; pendant qu'elles flottent à cette surface, on les éclaire à la lumière électrique.)

Permettez-moi de vous dire maintenant ce que mon aide a fait à l'étage inférieur, dans le laboratoire : nous avons deux bouteilles en fer très-fortes, et il s'agit de remplir ces deux bouteilles d'acide carbonique. Le gaz , dans ces bouteilles, a été liquéfié, et, ouvrant maintenant un robinet, nous laisserons l'acide carbonique liquide se convertir en gaz. Ce que je veux vous faire comprendre, c'est que quand l'acide carbonique liquide se réduit en vapeur, il engendre un froid énorme, absolument comme l'eau qui se vaporise, si ce n'est que le froid engendré par l'acide carbo- . nique est beaucoup plus intense. La conséquence de la vaporisation de l'acide carbonique et du froid qu'elle produit est qu'une partie de la vapeur se condense et se congèle, de t sorte qu'on obtient ainsi de la neige d'acide carbonique. Cependant, j'ose à peine vous parler des merveilleux effets de cette neige, car je crains que nous ne réussissions pas à l'obtenir. Si nous l'obtenons, j'en mettrai un peu dans ce vase pour procéder à quelques expériences qui vous surprendront et vous charmeront à la fois. Si nous obtenons de l'acide carbonique solide, nous pourrons notamment congeler de l'eau, la convertir en glace, au sein même d'un creuset chauffé jusqu'au rouge. La neige d'acide carbonique est en elle-même prodigieusement froide ; mais pour la rendre encore plus froide j'y ajouterai un peu d'éther. 11 en résultera une pâte, et cette pâte d'acide carbonique et d'éther nous donnera le plus grand troid qu'il soit possible d'obte-

nir, ou du moins qu'on ait obtenu jusqu'à ce jour. Or, si nous introduisons cette pâte dans un creuset chauffé au rouge, qu'arrivera-t-il ? L'acide carbonique et l'éther se vaporiseront l'un et l'autre , et il se formera , entre la pâte et le creuset, une couche de vapeur par suite de laquelle la pâte ne touchera plus le creuset. On conçoit qu'alors le creuset pourra demeurer très-chaud et la pâte rester excessivement froide ; c'est effectivement ce qui aura lieu. Je ferai une autre expérience également curieuse si nous obtenons l'acide carbonique solide : je plongerai cette petite sphère de cuivre pleine d'eau dans le mélange d'éther et d'acide carbonique , au sein du creuset incandescent. L'eau se congèlera; par sa congélation elle fera éclater la sphère de cuivre, et nous pourrons ainsi faire sortir une sphère solide de glace du milieu d'un brasier ardent. Le préparateur nous fait bien attendre l'acide carbonique solide ; ce retard est de mauvais augure, et je vais moi-même sortir pour en reconnaître la cause. (L'orateur sort. Il revient au bout d'un instant.) J'ai le regret de vous annoncer que mes appréhensions n'étaient que trop légitimes. L'expérience qui se faisait hors de l'amphithéâtre n'a pas réussi. Voici toutefois une petite parcelle d'acide carbonique à l'état de neige, d'acide carbonique solide. Je vais en mettre un peu dans ma bouche et souffler sur cette bougie allumée. Si je l'aspirais, je m'empoisonnerais, mais je me garderai bien de l'aspirer ; je ne ferai que l'exhaler. (La flamme de la bougie est éteinte par le gaz exhalé de la bouche de l'orateur)