CALORIQUE

Propagation : Rayonnement, Conductibilité.

L'agent impondérable dont Tacliôn est la plus conlinuè, la plus directe et en apparence la plus nécessaire pour nous, c'est inconteslablement le calorique. Nous sommes familiarisés avec la sensation que cet agent produit sur notre organisation sous le nom de chaleur , dénomination que nous donnons souvent au calorique lui-même.

Les phénomènes calorifiques sont des plus nombreux et des plus importants. Bornons-nous à citer ici : la propagation de la chaleur dans le vide et à Tintérieur des corps , son émission , sa réflexion ou son absorption par ceux-ci ; le changement d*état des substances , c'est-à-dire la liquéfaction des solides , la volalilisalion des liquides et le retour des uns et des autres à leur premier étal. Souvent aussi le calorique provoque h combinaison des corps élémentaires en donnant lieu à des corps nouveaux; tandis que, dans d'autres conditions.

ce même agent sépare les éléments constituants d'une substance et la décompose complètement. Ces diverses propriétés sont utilisées, à tout instant, dans les recherches scientifiques, les opérations industrielles, et très-souvent aussi dans les usages ordinaires.

Si nous connaissons différents moyens de produire la chaleur et d'utiliser ses effets, nous ignorons la cause intime des manifestations calorifiques. Des diverses hypothèses avancées sur la nature de cet agent , le système de rémission et des ondulations restent seuls en présence. Les différences générales de ces deux systèmes ont été indiquées plus haut particulièrement au sujet de la lumière. Ajoutons ici que les progrès récents de la science sont plus favorables au système des ondulations qu'au système de rémission à l'égard du calorique lui-même ; mais en vue de faciliter l'exposition des faits et les explications générales, on se sert le plus souvent du langage qui caractérise ce dernier système.

Le froid n'est pas un agent particulier qui serait l'antagoniste du calorique dans la nature, mais simplement la sensation d'une perte de chaleur notable qu'éprouve très-vivement notre organisation , quand cette perte dépasse certaines limites. L'organisation des êtres animés est en effet affectée, à certains degrés, par des

variations de température étendues, cette température étant constituée pour un corps quelconque , c'est-à-dire organique ou inorganique, par l'état particulier du calorique dans la substance à l'instant où on la considère.

Le calorique se propage avec une extrême rapidité dans le vide, comme dans Tair, autour d'un corps chaud. Emis sous celle forme, il reçoit le nom de calorique rayonnant. L'intensité de la chaleur rayonnante dépend principalement de la température propre du corps qui la perd , et de la distance de celui-ci au point où l'intensité calorilique est mesurée.

Lorsque les rayons calorifiques rencontrent une surface polie dans le vide ou dans l'air, ils sont réfléchis suivant les mêmes lois que les rayons lumineux , c'està-dire que les deux rayons incident et réfléchi sont dans un plan normal à la surface réfléchissante au point d'incidence , et que l'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence.

Si l'on compare entre elles les quantités de chaleur relatives que les diverses substances réfléchissent, absorbent ou émettent autour d'elles , on remarque que ces quantités varient avec la nature et l'état de la surface considérée. Ainsi les substances à surface raboteuse et de teinte foncée accusent, lorsqu'elles sont

échauffées, un pouvoir émissif bien supérieur à celui des corps polis ou de teinte claire , c'est-à-dire qu'à excès de température égal et pour une même surface , les premières émettent sensiblement plus de chaleur au dehors que les corps polis. Les substances de teinte foncée possèdent aussi un pouvoir absorbant très-élevé, c'est-à-dire qu'elles laissent pénétrer très-facilement la chaleur incidente dans l'intérieur par leur surface. Les corps polis ou de teinte claire n'absorbent, au contraire, qu'une portion plus ou moins petite de la chaleur incidente. Mais, par contre, les corps blancs ou polis jouissent d'un grand pouvoir réflecteur^ c'est-à-dire qu'ils renvoyent une portion plus ou moins grande de la chaleur incidente. C'est ainsi que les surfaces métalliques polies et les miroirs ordinaires réfléchissent non seulement la lumière , mais la chaleur.

Remarquons, à ce sujet, que les phénomènes d'émission , d'absorption et de réflexion calorifiques dont il est ici question , ont lieu non seulement à l'égard du calorique lumineux ou accompagné de lumière, mais à l'égard du calorique obscur ou qui est émis sans lumière , comme Ta remarqué particulièrement Leslie , physicien anglais , dans ses recherches sur le calorique rayonnant, qui remontent au commencement du siècle.

La quanlilé de chaleur qu'un corps pbrd , pendant l*unité de temps , dans une enceinte vide ou au sein d'un gaz , dépend non seulement du pouvoir émissif et de retendue de sa surface de refroidissement, mais particulièrement de l'excès de sa température sur celle du milieu ambiant. Dans le cas du vide ou d'un gaz , la quantité de chaleur perdue par le corps chaud croît avec cet excès. Lorsque le rayonnement s'effectue au sein d'un gaz, les lois de refroidissement d'un corps chaud sont plus compliquées que si celui-ci se refroidissait dans le vide, ainsi que les belles et délicates recherches de' Dulong et Petit l'ont montré.

Quand des rayons calorifiques rencontrent des substances diaphanes, celles-ci ne laissent point passer la même proportion de rayons calorifiques , à égalité d'épaisseur, quoique toutes semblent livrer passage à la lumière avec la même facilité. Ainsi l'eau, prise sous une certaine épaisseur, ne laisse passer qu'un dixième des rayons calorifiques incidents ; tandis que l'éther qui est doué de la même transparence, se laisse traverser par deux dixièmes des rayons, à égalité d'épaisseur. L'huile d'olive livre passage aux trois dixièmes des rayons incidents, quoique sa diaphanéité soit moindre que celle de l'eau et de Télhcr. Deti différences sem-

blabics se préJfcntent à Tégard des substances solides : ainsi, une plaque de sel gemme de deux millimètres et demi d'épaisseur laisse passer les neuf dixièmes des rayons calorifiques , tandis que Talun ne livre passage qu'à un dixième environ des mêmes rayons. Melloni , physicien italien, dans ses belles recherches sur les portions de chaleur que les substances laissent passer , a nommé corps diathermanes celles qui transmettent ainsi une grande portion des rayons calorifiques incidents, et corps athermanes les substances qui sont en grande partie privées de cette propriété. Les métaux appartiennent à la catégorie des corps athermanes ; les gaz, au contraire, sont très-diathermanes : aussi la chaleur solaire pénètre-t-elle au travers Tatmosphère, qu'elle traverse rapidement , sans éprouver une perte trèsnotable. L'eau, dont le pouvoir diathermane est trèsfaible, ne laisse passer la chaleur incidente qu'en proportion très-restreinte ; c'est une des causes pour lesquelles la masse des eaux des mers , des lacs , s'échauffent peu, relativement, sous l'action des rayons solaires.

Ces considérations nous amènent à dire quelques mots d'une autre propriété , la conductibilité des corps pour la chaleur, propriété par laquelle ceux-ci permettent au calorique de se propager avec plus ou moins

de facilité à leur intérieur, Cfitte propriété varie avec la nature et Tétat de la substance. Les métaux conduisent très-bien la chaleur , quoiqu*à des degrés différents. Au contraire , le verre , le charbon , les pierres, le bois et les substances organiques solides propagent plus ou moins mal le calorique dans leur masse. Disons ici que les cristaux dans lesquels la densité et Télasticilé varient suivant différentes directions dans leur intérieur, ne possèdent pas absolument le même pouvoir conducteur suivant celles-ci.

Les liquides et surtout les gaz sont très-mauvais conducteurs de cet agent, quoiqu'ils soient susceptibles de s'échauffer dans leur ensemble, à cause de rcxtrême mobilité de leurs parties, qui constituent des courants ascendants au sein de ces masses fluides , après leur échauffement partiel au contact des corps chauds.

Les applications fondées sur les différences de conductibilité des corps sont très-fréquentes : celles que présentent les calorifères métalliques, par exemple, ont pour objet de répandre promptement la chaleur ; dans des cas opposés, les substances mauvaises conductrices du calorique sont employées à conserver la chaleur, par exemple dans la confection des vêtements et la construction des murs des. habitations.

Dilatation des corps. Calorique spécifique.

Lorsque le calorique pénètre à Tintérieur d'une substance, celle-ci se dilate ou s'accroît suivant toutes ses dimensions, et cela d'autant plus que les variations de température sont plus marquées, et que la dimension du corps considérée est plus grande. Les exceptions au faijt général de la dilatation des corps par l'action de la chaleur sont très-rares, et ne sont le plus souvent qu'apparentes : ainsi l'argile sèche se contracte par le feu , parce qu'elle éprouve un commencement de vitrification, et le bois ordinaire échauffé diminue de volume à cause de la perte d'humidité. *

Le phénomène de la dilatation des corps par l'action de la chaleur résulte évidemment de l'accroissement de la distance qui sépare leurs molécules , à mesure que l'action calorifique intérieure croît en intensité. La grandeur de la dilatation varie particulièrement avec l'état des substances, et, en général, avec la nature de celles-ci sous un même état. Nous disons en général, parce que la plupart des gaz et des vapeurs se dilatent

* Dans une S(^rie de recherches très-délicates sur la dilatation , un physicien français , M. Fizeau , a découvert tout ré(îemnient une anomalie singulière, c'est la contraction qu'éprouve l'iodure d'argent, au lieu d'une dilatation , par une élévation de tempc'ralure.

k Irès-peii près de la même quantité polir une égale variation de température, ou tout au moins les dilatations de ces fluides ne diffèrent-elles que de quantités trèspetites, dans les circonstances ordinaires, ainsi que Tont prouvé les expériences si précises de M.Regnault, qui ont sensiblement rectifié les déterminations plus anciennes de Gay-Lussac, à Tégard de la dilatation des gaz.

Cette dilatation excède de beaucoup celle des liquides, et ces derniers se dilalent plus que les solides, à égalité de variation de température. Parmi les solides, les métaux se distinguent par la grandeur de leur dilatation et par Timportance de ses effets dans leur emploi. Les métaux se dilatent inégalement : ainsi rallongement du cuivre dépasse de moitié celui du fer, à longueur égale, pour la même variation de température. Le platine et le zinc sont les métaux qui diffèrent le plus par leur dilatation, le zinc étant le plus dilatable des métaux ordinaires. Les expansions et les contractions marcpiées que subit le zinc sous Tinfluence de Télé et de rhiver , provoquent des déchirures entre les lames soudées des toitures de zinc. On évite cet inconvénient en superposant simplement les pièces de zinc comme des tuiles, et en laissant le jeu libre à leur dilatabilité.

Le pelit inlcrvalle qui sépare les rails de chemin de fer placés bout à bout, a également pour objet de permellre la dilatation longitudinale de ces barres mélalliques.

Aucune force ne résiste aux effets de dilatation et de contraction provoqués par la chaleur et le froid , dans les pièces métalliques considérables qui font si souvent partie de nos constructions modernes. Aussi Tingénieur doit-il prévoir les effets continuels de leur jeu sur la solidité de leurs assemblages , sous rinlluence des variations de la température atmosphérique. Ajoutons ici que les matériaux ordinaires , la brique , la pierre se dilatent et se contractent eux-mêmes sous ces influences , mais de quantités trop faibles pour qu'il y ait souvent lieu d'en tenir compte dans les constructions ordinaires.

L'inégalité de dilatation des divers métaux est ingénieusement appliquée à la correction des effets de la chaleur sur la longueur de la tige métallique du pendule qui règle les horteges : l'allongement de cette tige /sous l'influence de la chaleur, retardant les oscillations du' pendule ordinaire , tandis que son raccourcissement par l'action du froid, accélère ses oscillations, et par suite la marche du mécanisme. Les horloges se trouvent

à Tabri de ces irrégularités quand elles sont réglées par les battements d'un pendule compensateur , sorte de pendule à Tégard duquel les effets de la dilatation disparaissent, par la combinaison calculée de deux métaux inégalement dilatables. Le principe de cette disposition , imaginée par Harrison et Graham au milieu du siècle dernier , est également appliquée au balancier-spirale qui règle la marche des chronomètres ou montres marines.

Les variations de volume que les liquides subissent sous Tinfluence de la chaleur , ont été mises à profit pour évaluer les températures. Cette application si importanle est fondée sur ce fait expérimental que, entre des limites déterminées, les accroissements de volume de certains liquides , le mercure et Talcool particulièrement , sont sensiblement proportionnels aux variations de leur température. Tel est le principe du thermomètre^ instrument qui nous fait connaître, par la dilatation du mercure ou de Talcool , la température du milieu où il est plongé. Le thermomètre a été inventé, vers 1597 , par Galilée selon les uns, et par le Hollandais Drebbel selon d'autres. La graduation thermométrique est déterminée par les températures essentiellement distinctes, mais constantes, de deux

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phénomènes, la fusion de la glace el rébullilion de Teau pure sous une pression baronfjétrique déterminée. Les pyromètres sont aussi les instruments destinés à mesurer la température ; mais ils reposent sur la dilatation des solides , qui est en général moins régulière que celles du mercure el de Talcool aux températures ordinaires.

La dilatation de Tair sert particulièrement à l'estimation des températures, quand les variations de chaleur sont très-faibles. Cette application est fondée sur la grande dilalation de Tair et sur son uniformité. La dilatabilité des gaz varie assez peu avec leur nature , ainsi que nous Tavons dit. La force expansive des gaz fortement chauffés détermine la rupture des vases qui les contiennent, si ceux-ci ne sont pas suffisamment résistants. C'est aux changements de densité marqués que Tair éprouve par sa dilatalion sous Tinfluence de la chaleur solaire, qu'il faut attribuer la cause première des déplacements des grandes masses d'air ou des courants qui s'établissent au sein de l'atmosphère, entre des régions où l'air se trouve à des températures différentes. Telle est donc une des causes des vents, qui, malgré leur inconstance proverbiale , sont cependant soumis à des lois régulières , que nous soupçonnons

à peine dans leur origine et leurs effets précis.

Nous donnerons ici quelques indications générales sur la chaleur spécifique , sujet important, qui est en rapport intime avec le phénomène de la dilatation ; Car, dans Tétât actuel de nos connaissances sur le rôle que joue le calorique à l'intérieur des corps , lors de leur échauffement ou de leur refraidissement sans chan-* gement d'état , on considère la quantité de chaleur que le corps gagne ou perd, et qui est précisément celle que nous mesurons dans les recherches sur les chaleurs spécifiques, comme satisfaisant au phénomène de dilatation ou de contraction que la masse du corps éprouve en subissant une variation de température.

Black,' physicien écossais du siècle dernier, est le premier qui ait constaté que la quantité de chaleur absorbée par une substance lorsqu'elle subit une élévation de température de 1o, varie avec sa nature , a égalité de poids. Les divers procédés imaginés par lui et par d'autres physiciens pour l'élude de celle question si délicate, et à Taide desquelles nous ne mesurons que les quantités relatives de chaleur absorbée, nous ont appris que la chaleur spécifique de l'eau excède celle des autres substances, l'hydrogène excepté. Ainsi, la

quantité de chaleur qui s'introduit dans un kilogramme d'eau quand sa température s'élève de 1^, est supérieure à celle que toute autre substance , hormis le gaz hydrogène, absorbe dans les mêmes conditions. La grandeur de la capacité calorifique de Teau est une des raisons pour lesquelles la température des mers varie entre des limites assez restreintes, particulièrement sous nos latitudes , malgré les changements de saison , ces eaux s'échauffant et se refroidissant très-lentement à cause de leur grande capacité calorifique.

L'expérience a prouvé que la chaleur spécifique est généralement plus grande pour les liquides que pour les solides, et que la même substance accuse souventune plus grande capacité calorifique à Tétat liquide qu'à l'état solide. Les corps les plus denses présentent, en général, une plus faible capacité que les autres. Les circonstances qui augmentent la densité et le degré d'agrégation des molécules, diminuent, en général, la capacité des corps pour la chaleur. L'inverse a nécessairement lieu ; aussi une élévation de température , qui diminue la densité des corps, est-elle accompagnée d'un accroissement de chaleur spécifique.

Les recherches deDulong et Petit, celles plus récentes de M. Regnault ont montré qu'il existe des rapports

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remarquables entre les capacités calorifiques des corps simples, et aussi entre celles de leurs composés. Dulong et Petit découvrirent, en 1819, une loi importante d'après laquelle les chaleurs spécifiques des corps simples sont en raison inverse de leurs poids atomiques.

La capacité calorifique des gaz est Tobjet de considérations toutes spéciales. Bornons-nous à dire que les capacités des gaz simples et composés , mesurées à égalité de poids, sont , en général , supérieures à celles des substances solides et liquides autres que l'eau. Quant à rhydrogène, sa capacité équivaut, à très-peu près, à trois fois et demie celle de Teau, à poids égal. Terminons en disant que la capacité calorifique d'une vapeur est toujours moindre que celle du liquide qui Ta produite.

Changements d'état des corps.

La chaleur en s'accumulant dans les corps, non seulement les dilate, tout en élevant leur température, mais le plus souvent elle change leur état, en liquéfiant ou volatilisant les substances solides ou liquides. Lorsqu'au contraire une portion de chaleur suffisante est soustraite aux corps liquides ou gazeux, ils reprennent très-souvent Tétat solide pu l'état liquide. Ces changements qu*éprouvent les corps par Taction de la

chaleur , constituent des phénomènes de la plus haute importance, à cause de la fréquence de leurs applications industrielles, et du rôle si remarquable que jouent ces modifications parmi les phénomènes naturels.

Les solides sont appelés fusibles ou réfractaires selon qu'ils fondent facilement ou difficilement. Grâce aux moyens de produire les chaleurs les plus intenses dont nous disposons aujourd'hui , le nombre de substances tout à fait infusibles est de plus en plus restreint. On sait que le fer écroui , la platine , la silice sont liquéfiés, les premiers par faction calorifique de la pile, et tous trois, à Taide du chalumeau à gaz hydrogène et oxygène. Ajoutons que les substances réfractaires sont également fondues au moyen des miroirs et des verres ardents.

Un grand nombre de substances chauffées à l'air se décomposent avant leur fusion. Mais, si elles subissent une forte élévation de température dans des appareils hermétiquement fermés , où la pression exercée par les gaz résultant de la décomposition partielle de ces substances s'oppose à leur décomposition complète , alors plusieurs se liquéfient. C'est ainsi que Hall réussit à fondre la craie, la corne, la houille dans un canon de fusil. Après sa fusion dans ces conditions, la craie

présente Taspect du marbre blanc par sa cassure et ses facettes cristallines.

Les températures de fusion des diverses substances varient entre des limites très-étendues , même à Tégard des métaux. Ainsi les extrêmes pour ceux-ci sont, d'une part, le mercure qui, solide au-dessous de — 39% se fond à cette température, et d'autre part, le fer écroui, le platine , dont la fusion s'opère respectivement vers 1500 et ^900^ Quant à l'étain et le plomb, ils se liquéfient à 235 et à 325**. Ajoutons qu'il existe des alliages fusibles vers 100**, température qui est de beaucoup inférieure aux points de fusion des métaux constituant ces alliages.

Une circonstance remarquable qui caractérise la fusion d'une substance quelconque , c'est que , quelle que soit l'ardeur du foyer , la température de la substance reste invariablement à son point de fusion jusqu'à ce que sa liquéfaction totale soit opérée. Ainsi, un thermomètre plongé dans la glace fondante reste à 0*" jusqu'à fusion complète. Ce fait général est précisé par une des lois de la fusion.

La même constance de température se manifeste au moment oii un liquide, en voie de refroidissement, commence à se solidifier; ce phénomène a précisément

lieu quand il est refroidi jusqu'au point de liquéfaction du corps à Tétat solide. A l'instant où le liquide commence à se solidifier, la température reste invariable jusqu'à son retour complet à l'état solide , quelle que soit la rapidité du refroidissement.

Au moment de leur solidification, quelques substances se dilatent sensiblement, et occupent alors un volume plus grand qu'à l'état liquide. L'eau , qui commence à se dilater, tout en se refroidissant, à partir de io audessus de son point de congélation , prend subitement une extension marquée à ce point. La force expansive qui caractérise la formation de la glace , explique parfaitement différents phénomènes naturels , tels que la rupture des vases en verre où l'eau se congèle ,• la déchirure des tissus intérieurs des plantes sous' l'influence de très-fortes gelées, et la fracture des pierres gélives en hiver. Par suite de cette expansion subite de la glace en se formant, elle devient plus légère que l'eau , et flotte à sa surface. Si cette flottaison n'avait pas lieu , les glaçons s'accumuleraient au fond des étangs, et ceux-ci se congèleraient très-fâcheusement en masse pendant les hivers prolongés et rigoureux. L'eau n'est pas le seul corps qui présente cette particularité : le bismuth et la fonte se dilatent aussi en se solidifiant.

Rappelons ici que la liquéfaction d'un grand nombre de substances s'effectue sans Tintervention de la chaleur, par Taction d'un liquide avec lequel on les met en contact, et dans lequel elles disparaissent insensiblement en prenant la forme liquide. Ce fait est connu sous le nom de dissolution.

Passons actuellement au phénomène de la volalilisation. Lorsque les liquides sont soumis à une température suffisante, ils se vaporisent, à moins qu'ilsne subissent une décomposition. Il est reconnu que les métaux , tels que l'argent , l'or , le platine fondus , se volatilisent à de très-hautes températures.

Il convient de distinguer, à l'égard des liquides ordinaires, Vévaporation et Vébullition. Le premier phénomène a lieu à une température peu élevée , quand le liquide disparaît insensiblement, ainsi qu'il arrive pour l'eau et les liquides spiritueux placés dans des vases ouverts. Diverses circonstances, telles que le renouvellement de l'air, l'étendue de la surface liquide, activent l'évaporation. .

L'ébullition se distingue de l'évaporation par une émission de bulles au sein du liquide, qui viennent crever tumultueusement à sa surface. Chaque liquide bout à une température fixe pour une pression déter-

minée. Sous la pression atmosphérique moyenne, Téther bout à 37o, Teau pure à 100^ et le mercure à 360o.

L'ébullition est soumise à des lois précises , parmi lesquelles se trouvent spécifiés les deux faits généraux suivants : la température d'ébullition augmente ou diminue avec la pression; à partir du point où le phénomène commence, la température du liquide reste stationnaire, quelle que soit Tintensité de la source de chaleur. Par suite du premier fait , l'eau bout dans le vide à la température ordinaire, et à 121** sous une pression égale au double de la pression atmosphérique moyenne. C'est sur Télévation de la température d'ébullition de Teau sous de fortes pressions , que repose remploi de la Marmite de Papin.

Les substances salines en dissolution dans Teau élèvent plus ou moins au-dessus de 100° sa température d'ébullition. D'autres circonstances , telles que la nature des vases , l'absence d'air en dissolution dans les liquides , modifient sensiblement l'instant de leur ébullition. Dans un travail très-curieux sur les effets de la cohésion à l'égard des liquides privés d'air, M. Donny, professeur à l'Université de Gand, cite le fait d'une certaine quantité d'eau privée d'air, qui fut

portée à plus de 130** sans quMI y eut ébullition, quoique la pression à la surface du liquide fût très-faible ^

Rappelons aussi le retard apparent que TébuUition des liquides les plus volatils éprouve lorsqu'ils sont versés sur des surfaces métalliques incandescentes , et oii ils se trouvent dans un état particulier que Ton désigne sous le nom dV/a/ sphéroïdal.

Lorsqu'une vapeur est refroidie jusqu'à la température de Tébullition du liquide qui l'a engendrée, et si elle est soumise , d'ailleurs , à la même pression qu'à l'instant de son émission , la vapeur se liquéfie immédiatement. Cette condensation s'effectue à une température supérieure au point d'ébullition spécifié, quand la vapeur subit une forte pression. Disons ici que la liquéfaction des gaz ordinaires a été réalisée , poiir la plupart, sous l'action simultanée d'une pression et d'un refroidissement marqués. Cinq gaz seulement , l'oxygène, l'hydrogène, l'azote, le deutoxyde d'azote et l'oxyde de carbone, ont échappé, jusque maintenant, à ces moyens de liquéfaction.

Les changements d'état que les corps éprouvent par l'addition ou la soustraction de quantités de chaleur

* Mémoires couronnés de l'Académie royale de Belgiquey t. XVll.

déterminées , sont incontestablement les récsultats d'un travail interne que le calorique effectue entre les molécules de la substance, à Tinstant où son état est modifié. On observe, en effet, que ces changements d'état sont accompagnés d'une émission ou d'une absorption de chaleur particulière, qui est plus ou moins marquée selon la nature de la substance et l'espèce der modification qu'elle subit. C'est ainsi qu'au moment de sa liquéfaction , la glace absorbe une portion de chaleur notable. La quantité de calorique que prend un solide en liquéfaction est appelée calorique de fusion. Sa valeur numérique a été mesurée à l'égard de plusieurs substances , la glace entre autres, dont la fusion absorbe, par kilogramme, une quantité de chaleur qui serait capable d'élever de 1*" la température de 79 kilogrammes d'eau. On exprime encore cette quantité en disant qu'elle équivaut à 79 calories, la dénominalion de calorie s'appliquant à la quantité de chaleur, prise pour unité, qui élève de 1° la température d'un kilogramme d'eau.

L'absorption du calorique de fusion au moment de la liquéfaction de certaines substances par dissolution , est utilisée pour produire un froid intense, à l'aide des mélanges réfrigérants.

Quand un liquide se volatilise , n'importe à quelle lerapéralure, il absorbe une somme de chaleur dont une partie satisfait à la grande expansion que la substance prend sous ce nouvel état; cette somme reçoit le nom de calorique de vaporisation. La volatilisation d'un kilogramme d'eau à 100° provoque une absorption de 540 calories. Les liquides volatils à la température ordinaire empruntent le calorique de vaporisation aux corps environnants ; ils excitent ainsi une sensation Ad froid très-vive , si connue à Tégard de Téther, lorsqu'ils se volatilisent au contact de nos organes. / '

Les caloriques de fusion et de vaporisation reparaissent respectivement lorsqu'un liquide se solidifie, ou qu'une vapeur se condense. Ces sommes de chaleur internes n'étant pas appréciables au thermomètre, dans les conditions normales de vapeur ou de liquidité des substances, elles sont comprises sous la dénomination de calorique latent.

Généralités sur les propriétés des vapeurs.

Coup-d'œil historique sur les machines à vapeur.

Les vapeurs émises par un liquide sont douées d'une force expansive, appelée aussi tension ou force élastique^ qui se mesure par des effets de pression dans les expériences où on la met en évidence. Il est aisé de reconnaître que, dans un espace vide, tout liquide se volatilise instantanément ; si la quantité de liquide est en excès, sa vapeur, qui sature aussitôt l'espace, y prend immédiatement son maximum de tension. A température égale, la tension varie avec la nature du liquide, et elle est d'autant plus grande que le liquide est plus volatil ; ainsi , la tension de la vapeur d'éther surpasse celle de la vapeur d'alcool , et celle-ci est supérieure à la tension de la vapeur d'eau, à égalité de température.

Lorsque la température du liquide, toujours en excès, et celle de sa vapeur varient, la tension de celle-ci augmente ou diminue selon le sens de cette variation : si la température s'élève , il y a émission de nouvelles vapeurs, et la tension est plus forte ; s'il survient un

refroidissement, une partie des vapeurs se condense, et la pression décroît.

Lorsque la vapeur est émise par le liquide au sein d'un gaz , dans Tair par exemple, son émission est retardée; alors la vapeur atteint son maximum de tension, non plus instantanément , comme dans le vide , mais après un certain temps. Quand cette saturation est établie , la tension de la vapeur est la même dans le gaz que dans le vicTe, à égalité de température.

Telles sont, en résumé, les principales lois de tensions des vapeurs , qui , découvertes d*abord par Dalton, physicien anglais, ont été récemment Tobjet des recherches de M. Regnault. Ce savant a mesuré les rapports des tensions des vapeurs avec la température, particulièrement à Tégard de la vapeur d*eau, à de basses et à de très-hautes températures. Ce travail remarquable a perfectionné et étendu les recherches de Dalton, de Gay-Lussac, ainsi que les mesures des températures correspondant aux fortes tensions de la vapeur d'eau , que Dulong et Arago avaient déterminées , à Taide d'expériences faites sur une grande échelle, en 1829, à la demande du gouvernement français, dans un but de sécurité à l'égard des machines à vapeur.

Avant d'esquisser rapidemenl l'historique de ces belles et si utiles machines , complétons par quelques indications qui leur sont plus spéciales , les généralités sur les tensions des vapeurs. La force élastique de la vapeur émise par un liquide quelconque en ébulliiion à Tair libre, est évidemment égale à la pression de Tatmosplière au moment de Texpérience. Cette pression est mesurée par la hauteur barométrique ; elle équivaut moyennement à 1^,0336 par centimètre carré de surface, car c'est précisément le poids d'une colonne de mercure d'un centimètre carré de base et qui est égale à la hauteur barométrique moyenne, 0»«76. La vapeur d'eau en ébuUition dans ces conditions, produirait une pression de 10336 kilogrammes sur un mètre carré.

La valeur numérique 1^,0336 , spécifiée ci-dessus, répond à Tunité de pression désignée par une atmosphère, dans la mesure des tensions de la vapeur d'eau qui fait fonctionner nos machines. Ainsi, quand nous disons qu'un de ces appareils marche à sept atmosphères de pression , nous entendons par là que la force de la vapeur motrice exerce une pression égale à sept fois 1*^,0336 sur chaque centimètre carré de la chaudière ou du piston moteur.

La tension d'une vapeur émise par un liquide dans

un vase fermé , à une température supérieure à son point d'ébullition à Tair libre, s'élève rapidement à plusieurs atmosphères : ainsi la tension de la vapeur d'eau, qui est d'une atmosphère à 100**, atteint rapidement deux , trois et quatre atmosphères quand Teau et sa vapeur sont chauffées respectivement à 121, 134 et 144 degrés dans une chaudière fermée. Tel est le phénomène remarquable qui nous permet d'employer la vapeur comme force motrice.

Les Anciens ont eu quelque idée de la force de la vapeur : Héron d'Alexandrie avait imaginé un éolipyle tournant par l'effet de réaction d'un jet de vapeur, mais qui ne déployait aucune force motrice. Il faut arriver jusqu'à l'ère moderne pour fixer l'époque de la découverte des principes d'après lesquels la vapeur d'eau agit dans nos machines. Les inventeurs de ces principes fondamentaux, qu'il importe de distinguer des inventeurs des appareils auxquelles ils sont appliqués , n'appartiennent pas exclusivement à l'Angleterre, comme on l'a cru longtemps. Les savantes recherches sur cette importante question qu'entreprit Ârago, si jaloux de l'honneur scientifique de la France, et l'impartialité de Robert Stuart , auteur anglais d'une Histoire descriptive des machines à

vapeur j qui est très-accréclitée,ont établie quilablement les droits des inventeurs anglais et français. ^

En 1G15, Salomon de Caus, ingénieur français , décrivit dans un ouvrage intitulé: La raison des forces mouuatites, une expérience qui consistait à chauffer de Teau dans un vase fermé, où s'enfonçait un tube vertical , ouvert à sa partie supérieure. Quand le liquide était en ébullition , Teau jaillissait vivement du tube par l'effet de la pression de la vapeur. De Caus décrit cette fontaine jaillissante comme une simple curiosité , et non comme un appareil susceptible d'importantes applications.

Les Anglais ont d'abord considéré leur compatriote le marquis de Worcester comme étant le véritable inventeur de la machine à vapeur , parce qu'il décrivit, en 1663, dans un ouvrage intitulé Century of inventions y un moyen d'élever Teau, analogue à celui de S. de Caus. Mais il ne parait pas , de Taveu de l'auteur anglais R. Stuart lui-même , que le marquis de Worcester ait jamais réalisé cette disposition , qu'il

* Notice historique sur les mackities à vapeur , par Arago ; voir ses Œuvres complètes et les Annmires du Bureau des Longitudes de 1829 et 1831. Histoire descriptive de la machine à vapeur ^ par R. Stuart, traduite de r anglais, 1827.

appelait admirable méthode pour élever l'eau par le moyen du feu. « La brochure où il décrit cette mé- » thode, au lieu de rien définir, comme le remarque » M. Stuart, contient une énumération des services

• merveilleux que peut rendre Tappareil ; elle est dé- » crite d'une manière aussi vague et aussi inintelligible » que le Century of inventions. • (Voir Touvrage cité de iM. Stuart, page M.)

Denis Papin, né à Blois, et mort en 1710 à Marbroug, où il s'était réfugié après la révocation de TEdit de Nantes , est considéré par les Français comme Tinventeur des principes de la machine à vapeur. Voici la manière dont Arago résume les titres de Papin à cette grande invention :

» Papin a imaginé la première machine à vapeur à

• piston ;

• Papin a vu , le premier , que la vapeur aqueuse

• fournit un moyen simple de faire rapidement le vide

• dans la capacité d'un corps de pompe ;

» Papin est le premier qui ait songé à combiner » dans une même machine à feu, l'action de la force

• élastique de la vapeur avec la propriété dont cette ' vapeur jouit , et qu'il a signalée , de se condenser » par le refroidissement. *

M. R. Stuart et M. Partinglon ont explicitement reconnu ces titres de Papin à la reconnaissance des mécaniciens, comme le remarque Arago. En disant que Papin a imaginé la première machine à piston , Arago entend qu'il est le premier qui ait conçu Tidée de faire mouvoir un piston dans un cylindre, en utilisant les propriétés de la vapeur aqueuse.

Papin exposa ses idées et ses expériences dans les Actes de Leipsig, en août 1690, et postérieurement. La découverte récente de la correspondance de Papin avec Leibnilz , retrouvée en Allemagne , a prouvé que cet inventeur ne s*en tint point à de simples essais, et qu'il fit exécuter une machine à piston capable de faire marcher un bateau au moyen de roues à aubes.

Si les recherches d'Arago ont établi victorieusement les droits de l'ingénieur français Papin à la découverte des moyens de faire mouvoir un piston par la vapeur, ce qui constitue le principe fondamental de nos machines, TAngleterre doit revendiquer, à juste titre, Thonneur de Tapplication en grand des propriétés de la vapeur, sous les formes les plus multiples, et surtout les inventions si fécondes de Tillustre James Watt, dont Tensemble constitue le plus important des perfectionnements introduits dans les machines à vapeur.

Les principes de la force expansive de la vapeur et de sa condensation par refroidissement, découverts par Papin , furent appliqués en grand à Tépuisement des eaux des mines, en 1698 , par le capitaine anglais Savery. Dans son appareil , qui était dépourvu de piston , l'eau d'un réservoir s'élevait d'abord , par l'effet de la pression atmosphérique , à l'intérieur d'un vase fermé , où le vide avait été préalablement opéré par la condensation de la vapeur. Cette eau était ensuite refoulée dans un tuyau , adapté latéralement au vase , jusqu'à une hauteur donnée, par la pression de la vapeur qui arrivait, à cet instant voulu, de la chaudière dans le vase. Après l'expulsion du liquide , la vapeur remplissant le vase était condensée par refroidissement subit, et un nouveau volume d'eau était aspiré, par ce moyen, dans cette capacité.

L'appareil de Savery, dont nous n'indiquons ici que les parties essentielles, dépensait inutilement une quantité considérable de combustible. II n'était d'ailleurs capable d'élever l'eau qu'à 15 ou 20 mètres de hauteur, à moins d'employer la vapeur à des tensions tellement fortes, que la chaudière était exposée à des explosions imminentes. Deux appareils de ce genre fonctionnaient en Belgique vers 1744, l'un aux environs deCharleroi,

Taulre dans la célèbre miné de plomb de Vedrin, près de Namur.

C'est Savery qui introduisit Texpression force de cheval^ généralement adoptée depuis, dans l'appréciation du travail des machines à vapeur. Ses appareils étant destinés à remplacer les chevaux qui élevaient auparavant les eaux des mines , Savery considérait sa machine comme étant de la force de deux ou trois chevaux, quand elle élevait la même quantité d'eau, à la même hauteur et à égalité de temps , que les deux ou trois chevaux employés auparavant à cette opération. Disons ici que Tunité de travail actuellement adoptée pour apprécier nos machines , équivaut à un poids de 75 kilogrammes élevé à un mètre de hauteur en une seconde. Telle est la valeur du cheval-vapeur qui sert à l'estimation du travail que nos appareils moteurs sont susceptibles de produire. Ainsi une machine à vapeur est dite de la force de cent chevaux , quand elle développe un effort capable d'élever un poids de 7500 kilogrammes à un mètre de hauteur en une seconde , quel que soit d'ailleurs le genre de travail spécial de la machine.

La question si importante de l'extraction des eaux des mines ne fut, en réalité, résolue qu'en 1705, par

Newcomen, qui eut Tidée de faire mouvoir des pompes ordinaires,, au fond du puils de mine, à Taide du cylindre à piston imaginé par Papin. Le cylindre employé par Newcomen est ouvert à sa partie supérieure , et fermé au bas, partie par laquelle le cylindre communique, aux instants voulus, avec la chaudière. Le piston s'abaisse dans son intérieur , par Teffet de la pression atmosphérique sur le dessus du piston, aussitôt que le vide est produit sous celui-ci par la condensation rapide de la vapeur, qui remplissait préalablement le cylindre ; cette condensation s'opère subitement par Tinjection d'un jet d'eau froide au sein de la vapeur. Le piston se relève ensuite par l'action de contrepoids, à l'instant où la vapeur pénètre de nouveau sous le piston. Les mouvements alternatifs de celui-ci se transmettent, à Taide d'un balancier, à la tige motrice à laquelle le jeu de pompes est adapté au fond de la mine. Telle est, dans sa partie essentielle, l'ingénieuse disposition de la machine pour laquelle Newcomen , serrurier de Darmouth , prit, en 1705, une patente en société de Caweley, vitrier, et du capitaine Savery. Les premiers s'associèrent Savery à cause de la patente portant sur le moyen de faire le vide par la condensation de la vapeur, qu'il avait prise auparavant.

Dans la machine de Newcomen, appelée aussi machine atmosphérique , et longtemps pompe à feu , la vapeur n'agit aucunement par sa force expansive ; aussi sa tension ne dépasse-t-elle guère celle de Tatmosphère. La vapeur ne sert, en réalité, qu*à produire un vide imparfait, et à permettre à Tatmosphère d'exercer une pression qui s'élèverait à un kilogramme par centimètre carré de la surface du piston , au moment de la condensation de la vapeur, si celle-ci opérait un vide absolu. Newcomen réalisa de celte façon une partie des idées de Papin , dont il a eu connaissance , ainsi qu'on l'a constaté depuis.

La machine atmosphérique présentait deux défauts capitaux, que James Walt reconnut, en 1769, en raccommodant un modèle appartenant aux collections de l'Université de Glascow, qu'il était chargé d'entretenir, en qualité de simple constructeur d'instruments scientifiques. Ce mécanicien écossais, devenu si célèbre, remarqua, d'abord, que le jet d'eau froide qui, par son injection au sein de la vapeur sous le piston , la condense, refroidissait singulièrement lout le cylindre. Il en résultait qu'à la rentrée de la vapeur, une quantité considérable de celle-ci était employée à réchauffer le cylindre en se condensant, sans donner lieu, en réalité,

à aucun effet mécanique direct ni utile. Watt eut l'ingénieuse idée d'empêcher cette perle considérable de vapeur en opérant la condensation , non plus à l'intérieur du cylindre lui-même , mais dans un vase à part qu'il appela condenseur. L'eau froide est injectée dans cette capacité hermétiquement fermée, aux instants où elle est mise en comniunication avec le cylindre ; la vapeur passe alors de celui-ci dans cette capacité, et s'y condense immédiatement presque en totalité. L'eau provenant de la condensation et de l'injection est continuellement extraite du condenseur par une pompe , appelée pompe à air^ parce que son jeu épuise l'air qui s'introduit insensiblement dans cet appareil avec la vapeur et l'eau d'injection.

Le second perfectionnement de Watt consista à faire descendre le piston , non plus sous le poids de la colonne atmosphérique pénétrant dans le cylindre ouvert à sa partie supérieure, mais par la pression de la vapeur elle-même, qui est introduite au-dessus du piston , au moment voulu , dans la partie supérieure du cylindre. A cet effet. Watt ferma cette partie à l'aide d'un couvercle muni d'une boîte à éloupe, dans laquelle la tige du piston glisse à frottement doux.

Tels sont, dans leurs parties essentielles , les per-

feclionnemenls si importants qui établissent la supériorité dft la machine de Walt destinée à l'épuisement des eaux des mines, sur celle de Newcomen. Pour prouver celte supériorité par un fait , disons que trois machines d'épuisement de Watt substituées à trois machines atmosphériques de même puissance, dans une mine de Cornouailles, réalisèrent une économie annuelle de 180,000 francs sur le combustible nécessaire à la marche de ces appareils.

La machine perfectionnée par Watt et appliquée à Tépuisement des mines, prit le nom de machine à simple effet, parce que la vapeur n'agit que sur un seul côté du piston. Elle se distingue, par cela même, de la machine à double effet, imaginée aussi par Walt d'après des idées qui remontent à 1774. Dans celte nouvelle machine, le piston est alternativement poussé des deux côtés par la vapeur, et chaque partie du cylindre est mise successivement en communication avec le condenseur ; le piston reçoit un mouvement de va et vient, qu'il transmet, soit directement, soit par Tintermédiaire d'un balancier, à une manivelle, qui transforme ce mouvement alternatif en une rotation continue, que régularise un volant. Tel est le principe de la machine à double effet, qui est le moteur de nos

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ateliers, de nos fabriques, des locomotives et des bateaux à vapeur.

Dans les machines appliquées à cei divers usages, la vapeur agit avec une tension plus ou moins forte, c'està-dire à basse, à moyenne, ou à haute pression. Ajoutons ici que, dans les cas de moyenne et de haute pression, on a jugé plus utile de supprimer la condensation, et de laisser la vapeur s'échapper librement dans Tair , après son action dans le cylindre.

Parmi les grandes inventions de Watt , nous citerons encore le système dans lequel la vapeur venant de la chaudière , pousse le piston avec la tension qu'elle y possède , pendant une première partie de sa course .seulement. Dans ce système, la communication avec la chaudière est interrompue vers le milieu ou aux deux tiers de cette course ; le piston se meut alors sous l'impulsion de la vapeur emprisonnée dans le cylindre , où elle se détend en vertu de son expansibilité. L'introduction du système d'expansion ou de délente de la vapeur, appliqué par Walt en 1778, réunit le double avantage d'économiser la vapeur et d'établir un mouvement du piston plus régulier.

Tout en créant nos machines modernes dans leur ensemble , Watt inventait des organes particuliers

indispensables à leur constitution, tels que les appareils de distribution de la vapeur, le parallélogramme; ou bien , il trouvait Toccasion de leur appliquer ingénieusement le régulateur à force centrifuge, le volant, et d'autres organes déjà connus.

Disons ici que Watt trouva dans Boulton , célèbre manufacturier de Birmingham, un associé qui, dans le principe surtout, lui fut aussi précieux par son intelligence et son activité, que par sa grande fortune. James Walt s'éteignit, en 1819, à Tâge de 83 ans Ni les biens de la fortune, dont il fut comblé, ni la gloire qui rejaillit sur Walt , quand TAngleterre s'éleva au rang où longtemps elle fut prépondérante dans les arts industriels , grâce en partie aux découvertes de ce grand mécanicien, tous ces brillants avantages, disonsnous, ne parvinrent à altérer ni Tégalité de caractère, ni la retenue modeste sous lesquels le génie de Watt se voilait ! . . .

Notions sur Téquivalent mécanique de la chaleur.

Lorsque la vapeur a fonctionné dans une machine, sa température à la sortie de l'appareif est moins élevée qu'à son. entrée. Ainsi M. ilirn a trouvé qu'en traver-

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sanl une machine à vapeur à détente et à condensation, munie de l'enveloppe conservatrice de la chaleur imaginée par Watt, et de la force de 106 chevaux, la vapeur perdait à peu près le dixième de la chaleur qu'elle avait reçue de la chaudière, ou 24 calories environ par seconde *. Les pertes notables de chaleur que la vapeur éprouve dans ces conditions, ne sont que partiellement affectées par l'émission du calorique rayonnant à l'extérieur des organes où circule la vapeur; le refroidissement de celle-ci ne résulte donc point de celle émission partielle. L'absorption de chaleur qui a lieu au détriment du calorique de la vapeur dans une machine , diminue quand le travail mécanique de celle-ci est amoindri, et croît, au contraire, quand il augmente. Concluons de^ ces données expérimentales qu'une portion de la chaleur que la vapeur possédait, disparait pendant son passage dans la machine, pour être convertie en travail mécanique.

Indiquons d'autres exemples de la transformation de la chaleur en travail mécanique. Quand un gaz quelconque échauffé se dilate et pousse un piston , le gaz se refroidit, si , dans son mouvement, le piston accomplit un travail en vainquant une résistance continue. Si le

« Traité de Physique par Daguin, tome II, p. 507.

gaz n'a pas été préalablement chauffé, la température s'abaisse sensiblement lorsque la dilatation s'effectue dans les mêmes conditions de travail accompli. Lors du tir. d'une bouche à feu chargée sans projectile , réchauffement de la pièce est beaucoup plus sensible que dans le tir avec projectile , parce que , dans ce dernier cas , la chaleur de la poudre s'épuise en lançant le boulet. Un ressort , en se détendant , perd une quantité de chaleur sensible , s'il agit sur une résistance continue; il n'éprouve, au contraire, aucune perte de chaleur quand il se détend librement sans vaincre de résistance.

Diverses expériences de M. Joule ont montré, comme les deux derniers faits , que la chaleur ne disparaît qu'autant qu'il y ait production d'un effet mécanique.

Citons maintenant des faits prouvant qu'une production de chaleur provoquée par un travail mécanique, correspond à une destruction partielle ou totale de ce travail. La chaleur se manifeste de cette façon dans le frottement, la déformation des corps : ainsi la lime s'échauffe en mordant le métal , par un travail qui épuise, à tout instant, les efforts continus de l'ouvrier. L'air vivement et fortement comprimé dans le briquet pneumatique s'échauffe au point d'enflammer l'amadou, en développant une température de plus de 300°.

La balle lancée par nos armes modernes accuse souvent des traces de fusion, après s*être applatie contre la cible. Dans des expériences récentes en Angleterre, on vit des boulets lancés contre des plaques de fer très épaisses , rougir sensiblement au moment où Fextrême vitesse de ces projectiles était subitement amortie par la résistance inébranlable des plaques. Dans cette expérience remarquable, la production simultanée de chaleur et de lumière correspondait à la destruction évidente du trafvail mécanique que la force vive, animant chaque projectile à l'instant du choc, représentait.

Tous les faits cités ici tendent à établir que la relation entre la chaleur et le travail est réciproque, c'est-à-dire qu*il y a conversion de chaleur en travail et réciproquement.

L'étude des relations si importante entre la chaleur et le travail mécanique a excité , au plus haut degré , depuis ces dernières années, Tattention et les recherches des physiciens, particulièrement de MM. Mayer et Clausius en Allemagne; de MM. Joule, Thomson, Ranknie en Angleterre; de MM. Regnaut et Hirn en France.

M. Joule a appelé équivalent mécanique de la chaleur^ la quantité de travail que peut produire une unité de chaleur ou calorie. Il a cherché à en fixer la

valeur par de nombreuses expériences. Il en a conclu que la quantité de chaleur nécessaire pour produire une calorie , ce qui revient à échauffer de !<> un kilogramme d'eau , est susceptible de produire une force motrice suffisante pour élever 440 kilogrammes à un mètre de hauteur en une seconde. D'autres expérimentateurs sont arrivés , par diverses méthodes , à des résultats voisins de cette estimation de Téquivalent mécanique de la chaleur.

Les traités spéciaux présentent des détails étendus relatifs aux transformations de la chaleur en travail mécanique, et du travail en chaleur. C'est sur ces considérations que repose la théorie mécanique de la chaleur , théorie qui est venue jeter un jour nouveau et inattendu sur la cause des phénomènes calorifiques. Les physiciens qui adoptent cette théorie, considèrent la chaleur comme un mouvement particulier provoqué entre les molécules des corps. D'après ceux de ces physiciens qui sont partisans de l'élher, ce mouvement particulier des molécules se propagerait hors de la masse des corps échauffés , par l'éther qui remplit , non-seulement l'espace , mais les pores de la matière elle-même.

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Sources de chaleur.

Radiation solaire , chaleur terrestre , actions mécaniques, combustion.

Parmi les causes sous Tinfluence desquelles la chaleur prend naissance , on distingue principalement les sources naturelles , telles que le Soleil , la Terre , qui possèdent une chaleur propre ; les sources artificielles, comprenant les actions mécaniques et les actions chimiques, et les sources physiologiques ou de la chaleur animale.

Nous ignorons tout-à-fait quelles sont les causes productrices de l'immense quantité de chaleur que rayonne autour de lui le Soleil , ce globe de 293 mille lieues de diamètre , qui est le centre d'émanation calorifique et lumineux de notre système planétaire. La Terre ne reçoit qu'une très-faible portion de la chaleur émise par le Soleil. Si nous considérons , en effet, celui-ci comme étant le centre d'une surface sphérique dont le rayon serait égal à la distance de notre globe à cet astre , c'est-à-dire à 31 millions de lieues à peu près, nous calculerons aisément que la Terre n'occupe, à un instant donné , qu'une portion excessivement restreinte de cette

surface : elle ne recueille ainsi qu'un faisceau très délié des rayons calorifiques émis par Taslre central vers tous les points de cette enveloppe. Malgré cette circonstance, des recherches de M. Pouillet, qui s'appuient , non sur une hypothèse, mais sur des évaluations de la chaleur solaire diurne, mesurée dans des conditions données, ont montré que, si la quantité de chaleur que la Terre reçoit du Soleil dans le cours d'une année, était uniformément répartie sur tous les points du globe , elle serait capable de fondre une couche de glace qui envelopperait la Terre entière sous une épaisseur de 31 mètres. Le même goiire d'expériences nous a appris que les trois quarts seulement de cette chaleur, parviennent, en réalité, jusqu'à la surface de la Terre; l'autre quart est absorbé par l'atmosphère terrestre presque en totalité , même quand cette atmosphère est pure. Ajoutons qu'il nous est impossible de savoir directement si la quantité de chaleur solaire reçue par la Terre, a diminué sensiblement depuis les temps historiques.

Voici comment M. Quetelet résume les principales variations que la chaleur solaire éprouve à la surface du globe ^

* Annales de l'Observatoire royal de Bruxelles. Tome XIll, p. 78.

« lo La terre, en circulant dans une ellipse autour du soleil , reçoit , pendant le cours d*une année , des quantités plus ou moins grandes de chaleur. Au périhélie (c'est-à-dire pendant l'hiver pour nos contrées), la chaleur reçue par Tatmosphère terrestre est plus grande qu'à l'aphélie; la différence est d'environ un quinzième.

• 2** La chaleur rayonnée par le soleil a perdu dans l'atmosphère environ le quart de sa valeur en arrivant à la terre. La perte est plus grande selon les climats , et selon le voisinage des terres et des mers.

• 3** Cette quantité , perdue dans l'atmosphère par la chaleur rayonnante , devient chaleur latente.

» Les effets combinés de ces deux chaleurs ne se font sentir qu'un mois après qu'ils auraient été constatés , si la chaleur avait continué à se transmettre exclusivement sous forme rayonnante. Le maximum et le minimum de température , par exemple, n'arrivant pas au mois de juin ni au mois de décembre , mais environ un mois plus tard , en juillet et janvier.

» 4fO Le restant de la chaleur se transmet avec une lenteur plus grande encore dans Tintérieur de la terre

» et à peu près sous forme latente ; elle ne manifeste » guère sa présence au-delà de 30 à 40 mètres. » Déjà à 10 mètres de profondeur, ses plus grandes » excursions annuelles ne diffèrent guère d*un degré » centigrade. •

La couche superficielle du globe n'est donc influencée par la chaleur solaire que très-lentement, et à une trèspetite distance. Ce fait résulte des mesures thermométriques prises dans la couche terrestre, à diverses profondeurs, à l'observatoire de Bruxelles par M. A. Quetelet, et en d'autres lieux, entre autres à Paris, où des thermomètres placés dans les caves de l'observatoire, à une profondeur de 28 mètres, indiquent une température à très-peu près constante de 12° environ, depuis plus d'un siècle *.

La Terre possède une chaleur intérieure qui lui est propre ; elle se révèle par l'accroissement de la température des couches terrestres à mesure que nous pénétrons plus profondément dans celles-ci. D'après les

' Quant à la température de rair, elle varie entre des limites trèsétendues pendant le cours d'une année : ainsi à TObservatoire de Bruxelles , en moyenne elle s'abaisse à 2o,3 en Janvier , et s'élève à 18o,3 en Juillet. Les écarts de température extrêmes , observés jusque maintenant dans cette localité, sont 34^,2 le 1" Août 1846, et — 18**,8 le 6 Janvier 1838. La température moyenne de l'air, déduite de vingt-cinq années d'observations, est de 10o,3 à Bruxelles.

mesures thermométriques prises dans les puits artésiens, cet accroissement s'élèverait à 1** pour 31 mètres d'approfondissement. Si la chaleur terrestre suit cette progression croissante , il est aisé de calculer que toutes les matières minérales sont en pleino fusion à une profondeur de dix à douze lieues. D'après cela , nous sommes conduits à considérer la Terre comme un globe dont l'intérieur est à l'état de fluidité ignée , et qui est recouvert par une croûte solide , très mince relativement au globe entier, dont le diamètre est de 2552 lieues. La masse interne en fusion est, d'après lés présomptions les plus probables , la source des laves rejetées par les volcans terrestres. Les convulsions internes que subit fréquemment cette masse , sous rinfluence des forces et des réactions gigantesques dont elle est le foyer si actif, seraient l'origine des secousses qui ébranlent les parties de la croûte solide , en y occasionnant les tremblements de terre.

Au nombre des sources artiflcielles de chaleur, nous distinguons d'abord le frottement , la percussion et la compression, comme, actions mécaniques. Tout le monde sait que deux corps frottés vivement l'un contre l'autre, s'échauffent. Ainsi quand nous limons un morceau de

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métal , l'outil et la limaille s'échauffent fortement. C'est par la friction des morceaux de bois très durs , l'un contre Tautre , que les sauvages se procurent du feu. Dans une expérience très curieuse, le célèbre chimiste Davy réussit à fondre deux morceaux de glace en les frottant ensemble, dans un lieu dont la température était inférieure à 0*". A Texposition universelle de Paris, en 1855, on vit fonctionner une machine à vapeur dont la chaudière était chauffée par la chaleur que la friction d'un cône de bois , recouvert de chanvre et imbibé d'huile, dégageait par sa rotation rapide dans un cône de cuivre creux ; ce dernier était entouré par l'eau de la chaudière dans laquelle il était fixé.

La percussion échauffe vivement les corps : ainsi , les étincelles qui jaillissent sous le choc du briquet contre une pierre très dure , résultent de la combustion dans l'air des parcelles métalliques qui se détachent du briquet, et s'échauffent très fortement , par l'effet du choc. Les dégagements de chaleur provoqués par la percussion et le frottement, sont attribués à l'ébranlement que les molécules éprouvent si vivement dans l'un et l'autre phénomène. La chaleur qui se dégage lorsque Ton comprime brusquement les métaux.

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par exemple , sous Taction brusque du marteau et du balancier frappant les monnaies, ou les gaz par Tabais- ^ sèment rapide du piston du briquet pneumatique , s'explique facilement d'après la théorie mécanique de la chaleur, comme nous l'avons vu précédemment.

Les sources de la chaleur que les animaux dégagent continuellement pendant leur vie, dépendent de phénomènes physiologiques, et particulièrement de l'étendue de la respiration et de la rapidité du mouvement circulatoire. Bornons-nous à dire que l'on distingue sous le rapport de la chaleur produite , les animaux à sang chaud et les animaux à sang froid. Les premiers conservent une température à peu près indépendante de celle du milieu ambiant ; tandis que tous les animaux à sang froid ont une température propre qui suit les variations de chaleur du milieu où il se trouvent. Les oiseaux et les mammifères appartiennent seuls à la première catégorie , et tous les autres animaux à la seconde. La température des oiseaux s'élève à environ -42 degrés ; celle de l'homme et de la plupart des autres mammifères varie entre 36 et -40 degrés.

Les combinaisons chimiques nous offrent les sources de chaleur artificielle les plus précieuses , à cause des quantités de calorique considérables qui accompagnent

Tunion intime de certaines substances , et de la facilité avec Uqtielle ces sources de chaleur s'alimentent d'ellesmémfê. C'est la combinaison d'un corps ou de ses éléments avec l'oxygène de l'air que l'on emploie toujours à cet usage ; elle est accompagnée d'un dégagement similtané de chaleur et de lumière, et porte le nom de eombustion. Dans ces circonstances on dit, en langage ordinaire , que le corps combustible brûle.

Toute combustion est activée par un afflux d'air, celui que provoque le jeu d'un soufflet , par exemple; tandis qu'elle languit, et cesse tout à fait, quand l'air n'est point suffisamment renouvelé autour du combustible. Ces différences résultent de l'abondance ou de la privation relative de l'oxygène, qui entre pour un cinquième environ dans la composition de l'air. Le rôle si remarquable de l'oxygène, comme corps comburant, est mis en évidence par la vivacité de la combustion du charbon , du soufre, du phosphore, dans ce gaz pur. Le fer, qui s'oxyde lentement à l'air, brûle rapidement et avec un grand éclat dans l'oxygène , lorsqu'il y est introduit à une température élevée.

Les quantités de chaleur que dégagent les diverses substances en brûlant , à poids égal , ont été mesurées ; elles portent, pour chacune , le nom de pouvoir calori-

fique. Le gaz hydrogène est la jsubstance qui émet le plus de chaleur en brûlant ; puis viennent le gaz d'éclairage, les houilles, le carbone et Je bois très-sec, parmi les combustibles ordinaires. Le pouvoir calorifique du bois sec n*est guère que la moitié de celui de la houille. Ainsi, un kilogramme de ce dernier combustible dégage, en brûlant, au moins le double de la chaleur que produit le même poids de bois , dans les conditions ordinaires de siccité.

La ha,ute température émise par la combustion de rhydrogène mélangé avec Tair, a été utilisée dans rindustrie, où Ton se sert d'un appareil qui réunit les conditions de sécurité indispensables pour souder des lames de plomb , en fondant leurs bords , sans substance intermédiaire. La combustion de Thydrogène développe la température la plus élevée lorsque deux volumes du gaz ont été préalablement mélangés avec un volume d*oxygène. La combustion de ce mélange éminemment explosif, et qui exige, par suite, de grandes précautions et un appareil spécial, s'opère par un jet enflammé, dans lequel fondent le fer, Je platine et les substances les plus réfractaires. Ce jet , dirigé sur un fragment de chaux , le fait briller du plus vif éclat. Tel est le moyen de produire la lumière de

Drumond , à Taide du chalumeau à gaz hydrogène cl oxygène. Son éclat, que la lumière électrique surpasse, est de beaucoup inférieur à celui du Soleil.

Les moyens d'utiliser la chaleur produite par les combustibles constituent Tart du chauffage, dont les indications sont si précieuses pour l'industrie, et particulièrement dans réconomie domestique. Les principaux appareils ou systèmes de chauffage ordinaires sont : les cheminées et les poêles , les calorifères à air chaud , à vapeur et à eau chaude. Les cheminées et les poêles émettent la chaleur directement , c'est-à-dire du foyer où elle se produit , dans Tair de Tappartement qu'il s'agit de chauffer. Les calorifères accumulent d'abord la chaleur de combustion dans l'eau , la vapeur ou l'air, à l'aide d'appareils spéciaux, et la transportent ensuite, par la circulation de ces véhicules dans des tuyaux métalliques, au sein du milieu à échauffer. Le calorifère à air chaud est spécialement réservé au chauffage des vestibules , des salles de réunion ; tandis que les calorifères à vapeur et à eati chaude sont généralement utilisés , les premiers dans les ateliers de fabrique, et les seconds, dans les prisons cellulaires, les serres, les appareils d'incubation artificielle, pour lesquels une chaleur

douce et uniforme est particulièrement nécessaire.

La combustion d'un très grand nombre de substances est caractérisée par Tapparition d'une flamme , phénomène résultant de Tincandescence des produits gazeux de la combustion, qui sont portés au rouge par la chaleur émise. Les flammes se distinguent, selon la nature des combustibles, par leur couleur, leur éclat et la température plus ou moins élevée qui les accompagne. Ajoutons qu'en général, ces caractères varient eux-mêmes , à divers degrés dans une même flamme ; ainsi , celle d'une bougie ordinaire n'a pas le même éclat ni la même chaleur dans toute son étendue.

Les flammes ne jouissent pas de la propriété de traverser les toiles métalliques à mailles très serrées , avec lesquelles elles sont en contact. La poudre placée sur une toile semblable , en contact avec une flamme , ne prend pas feu tant que la toile n'est pas échaufl'ée au point d'enflammer la poudre par sa propre chaleur, la flamme ne traversant pas les mailles. Cette propriété remarquable des toiles métalliques a été particulièrement étudiée par l'illustre chimiste anglais Davy. Il l'appliqua à la construction de la lampe des mineurs, dans laquelle la flamme est entourée d'une loile métallique à mailles très-fines , qui laisse passer une clarté

suffisante. Cette lampe, plongée dans le mélange détonnant que forme , malheureusement si souvent , le gaz inflammable ou grisou dans nos houillères , ne permet pas la propagation de la flamme intérieure au dehors de la toile qui Tentoure. Le mineur se trouve ainsi à Tabri du danger, toujours imminent et si terrible , des explosions de ce gaz.

Cette application si simple et si précieuse , qui préserve journellement la vie de tant de milliers d'ouvriers et permet Texploitation souterraine du combustible houiller , qui serait devenue tout à fait impossible sans Tinventiou de la lampe de sûreté, est sans contredit le plus beau titre de Davy à la reconnaissance de rhumanité , au milieu de ses belles découvertes dans les sciences! Cette invention, comme celles de la pile , de la télégraphie électrique , de la photographie, du stéréoscope, et de bien d'autres inventions devenues des plus usuelles, sont les fruits des études des savants. Ne les dédaignons donc jamais; et rappelons-nous toujours , par ces exemples frappants , que les recherches qui sont en apparence de pure spéculation scientifique , devienneat souvent , entre les mains d'un homme de génie, les sources des plus grands bienfaits pour Thumanilé !