APPLICATIONS DE LA DILATATION DES SOLIDES

Nous allons nous occuper à présent de quelques applications de ces dilatations, et d’abord nous allons parler des moyens de mesurer la dilatation des métaux lorsqu’on connaît seulement un métal ou un corps solide. Nous commencerons par le thermomètre de Borda qui a le premier imaginé ces moyens pour former un thermomètre, et connaître la température d’une règle dont on se servait pour mesurer le quart du méridien terrestre. On employait pour cet objet une règle de deux toises, et comme il s’agissait d’une grande précision, la température étant tantôt plus élevée, tantôt plus basse, il était important d’avoir à chaque instant la véritable température. Il avait pris deux règles, fig. 7, l’une inférieure, en platine, l’autre supérieure, en cuivre. Ces deux règles portaient un talon , de manière qu’elles étaient fixées à l’extrémité et ne pouvaient se mouvoir que dans un sens. Supposons que la règle de platine soit divisée en millimètres, et que la règle en cuivre porte un simple trait, ou , pour mieux dire, un vernier que nous aurons formé en prenant 9 millimètres et en les divisant en dix parties ; à une température zéro , vous concevez que la règle de cuivre va correspondre à un certain nombre de divisions du platine; mais si le cuivre se dilate plus que le platine, en échauffant les deux règles, les traits des deux règles , qui coïncidaient d’abord , vont s’éloigner de plus en plus. Imaginez qu’on ait divisé en 100 parties l’espace qui sera laissé entre l’extrémité de la règle échauffée et le point où s’arrêtait l’extrémité de cette règle lorsqu’elle était froide, vous aurez un véritable thermomètre, qui vous donnera la température moyenne de la règle de platine avec plus de précision que si vous mettiez un certain nombre de thermomètres sur cette règle.

Bréguet, un de nos plus célèbres horlogers, a fait avec des substances métalliques un therrnpniètre extrêmement ingénieux, qui mérite d’être connu de vous ; ce thermomètre est tellement sensible, que la chaleur de la main, le plus léger souffle , suffisent pour le faire varier. Voici sur quels principes ce thermomètre est construit. Lorsque deux métaux inégalement dilatables sont soudés l’un à l’autre, à une certaine température , ces deux corps peuvent rester en ligne droite. Si ensuite on les échauffe, que doit-il arriver? Les deux corps étant attachés , soudés l’un à l’autre , le plus dilatable va forcer tout le système à se courber, de manière que le corps le plus dilatable se trouve à l’extérieur, fig. 8; si on refroidit ensuite les deux corps, celui qui se dilatait le plus par la chaleur étant aussi celui qui se contracte le plus par le froid , le système se courbera en sens contraire, fig. g. Wollaston a tiré parti de ce fait pour connaître lorsqu’un corps est plus dilatable qu’un autre; mais on ne peut s’en servir pour connaître de combien les dilatations diffèrent entre elles.

Bréguet a présenté son thermomètre sous différentes formes. Il a pris trois métaux : (deux eussent été suffîsans) , le platine, l’or et l’argent, le platine est le moins dilatable, l’argent l’est le plus, et l’or l’est d’une manière intermédiaire.

Il a fait souder ces trois métaux dans l’ordre suivant: platine, or, argent, de manière à former un petit lingot. Il a fait passer ce lingot à la filière, et il a obtenu une lanière plate dans laquelle l’argent et le platine étaient à l’extérieur, et l’or à l’intérieur.

Je suppose que nous ayons roulé cette lanière sur un plan de manière à former une spirale, fig. 10; cette spirale est fixée par son extrémité A, tout le reste est libre. Le métal le plus dilatable, l’argent, est en dedans; si nous échauffons, l’argent va tendre à faire ouvrir le système et à le faire venir en ligne droite. Dans ce mouvement, si le centre de la spirale qui est libre porte une aiguille, cette aiguille tournera nécessairement suivant que la lanière sera plus ou moins échauffée. En portant ce système à la température zéro, l’aiguille va s’arrêter à un point que j’appellerai le zéro du thermomètre : en portant eusuite ce même appareil à une chaleur de 100 degrés ou de 5o degrés, ou de 20 degrés, peu importe, l’aiguille viendra correspondre à un autre point. On trace un cercle ayant pour rayon la longueur de l’aiguille, et on divise l’espace parcouru par l’aiguille en 100 ou en 5o, ou en 20 parties égales , suivant qu’on a porté l’appareil à ïoo, à 5o ou à 20 degrés de chaleur.

Bréguet a donné à son thermomètre la forme d’une montre, et il en a fait ainsi un petit thermomètre de poche qui donne assez exactement la température.

Bréguet a donné à son thermomètre une autre forme qui est extrêmement élégante, fig. n. Les spires ne se trouvent plus dans un même plan, elles sont placées les unes audessus des autres, comme dans un ressort en boudin. La spirale est fixe par son extrémité supérieure, et elle porte dans le bas une aiguille dont le jeu est fondé sur le principe que nous venons d’exposer, c’est-à-dire que l’argent étant à l’intérieur, si nous échauffons l’appareil, la spirale tendra à s’ouvrir et alors l’aiguille tournera. Cet instrument, en raison de sa grande surface et de sa petite masse , forme un thermomètre très sensible. lia peu d’applications; mais dans quelques cas, que nous aurons occasion d’indiquer par la suite, il peut être très utile pour saisir au passage, pour ainsi dire, des variations assez brusques de chaleur.

Voici quelques applications de la dilatation des solides. Les métaux étant dilatables, il en résulte que souvent ils sont une cause de destruction. Comme nous avons des variations de température qui peuvent aller jusqu’à 60 degrés de l’hiver à l’été, il en résulte que si l’on veut former des liens avec des barres métalliques mises bout à bout, ces barres vont éprouver des variations telles, que ne pouvant se dilater librement, et il faudrait une force prodigieuse pour empêcher des corps solides de se dilater, il en résulte, dis-je, que ces barres vont déchirer leurs points fixes.

D’un autre côté, dans quelques circonstances, on peut tirer parti de cette même dilatation pour corriger certains défauts dans les constructions. Vous avez sans doute visité les salles inférieures du Conservatoire, et vous avez pu remarquer que la voûte est traversée par des tringles en fer dont l’objet ne paraît pas d’abord évident. Cette voûte avait poussé sur les pieds droits, et il en était résulté une rupture: le bâtiment menaçait ruine. Que fit - on pour ramener la voûte dans sa position primitive? On joignit les murs opposés, fig. 12, par une barre de fer, portant à l’une de ses extrémités une large tête qui devait s’appuyer sur un des murs, et taraudée à l’autre extrémité de manière à recevoir un écrou. En avant de cet écrou on mit une autre plaque , afin que l’effort s’exerçât sur une surface un peu grande. On chauffa la barre qui devint plus longue par la chaleur; on profita de cet allongement de la barre pour serrer l’écrou autant que possible. Par le refroidissement, la barre de fer

s’est contractée, et comme il aurait fallu une force énorme pour empêcher cette contraction, elle a ramené sur ellesmêmes les deux murailles. On a répété plusieurs fois cette opération , de manière qu’on a fini par faire disparaître la fente entièrement. C’est à M. Molard que l’on doit cette utile application, qui peut se rencontrer encore.

Dans les arts, la dilatation des métaux a un grave inconvénient, par exemple, dans les chaudières. Si on fait une chaudière en plomb, métal très dilatable, ou en zinc, cette chaudière entourée de maçonnerie qui se dilate beaucoup moins, se tourmente au point qu’il en résulte des déchirures.

Le même inconvénient se fait sentir dans les toitures métalliques. On a proposé le zinc pour couvrir les édifices. Si l’on s’avisait de former en zinc une surface continue dont toutes les parties seraient soudées , le soleil qui darde sur un édifice faisant monter la température souvent au-dessus de 4o degrés et la nuit amenant ensuite un grand refroidissement, il en résulterait, même du jour au lendemain, des variations qui causeraient des déchirures complètes. On est parvenu à remédier à cet inconvénient en disposant les surfaces métalliques comme des tuiles, de manière qu’elles ne sont retenues que dans un sens et peuvent s’étendre dans tous les autres.