PRODUCTION ET DEPERDITION DE L\ CHALEUR

Nous avons donné l'exposé de la théorie de Lavoisier. Rappelons seulement les termes dans lesquels, dans son mémoire de 1789 \ Lavoisier résume la théorie de la chaleur animale : «La machine animale est principalement gouvernée par trois régulateurs principaux : la respiration, qui consomme de l'hydrogène et du carhone et qui fournit du calorique; la transpiration, qui augmente ou diminue suivant qu'il est nécessaire d'emporter plus ou moins de calorique; enfin, la digestion, qui rend au sang ce qu'il perd par la respiration et la transpiration. »

Nous acceptons parfaitement les termes dans lesquels M. Gavarret a analysé les recherches des successeurs de Lavoisier; nous n'avons pas l'intention de discuter les travaux de Dulong, Despretz, Regnault, Boussingault, etc. Nous noterons seulement quelques points importants à connaître pour le médecin et qui ont reçu récemment leur interprétation. Bien d'autres l'attendent encore aujourd'hui, et M. Regnault disait avec raison, dans une des séances de l'Académie des sciences (9 décembre 1879) : ^L'acide carbonique exhalé n'est pas seul à mesurer l'énergie des oxydations de l'organisme. On ne peut, par ce moyen, se rendre un compte exact de la chaleur produite. Le phénomène est beaucoup plus complexe. Tout mouvement se traduit par de la chaleur ; toute action chimique donne de la chaleur ou du froid; tout passage dans le sang des aliments qui se liquéfient change encore la température. Tout frottement des liquides sur les vaisseaux amène aussi une production de chaleur. En un mot, toutes les parties de l'oi'ganisme sont, à chaque instant, productrices de chaleur ou de

' Mfim. del'Acad. des sciences, 1789, p. 58o.

froid, et la température animale n'est que le résultat de toutes ces causes.

kII ne faut donc pas chercher une mesure de la chaleur engendrée dans l'évaluation de l'acide carbonique formé. Ce qui se passe dans le corps humain n'est qu'un exemple de ce qui se passe en plus grand dans tout l'univers. C'est un échange continu de génération et de perte de calorique, en relation avec les différents mouvements de la matière, v

C'est donc une vaine tentative que de vouloir établir, avec quelque chance d'approximation, la halnnce de la chaleur animale dans l'économie (recette et dépense). Helmholtz ' et Barrai^ en ont donné la preuve indirecte. Helmholtz évalue la recette de la chaleur, c'est-à-dire le chiffre des unités de chaleur produites, en vingt-quatre heures, par un homme pesant 82 kilogrammes, à 2,700,000, ce qui fait i,388 par kilogramme et par heure.

Barrai est arrivé , par une autre voie , au chiffre de 2,706,076 pour un homme adulte, en vingt-quatre heures. Ce chiffre concorde presque exactement avec celui de Helmholtz, et avec celui que Kernig avait obtenu, de 1,390 par heure et par kilogramme.

Cette recette de chaleur est compensée par la perte de chaleur répartie, d'après Helmholtz, de la façon suivante: 1° réchauffement des aliments et boissons, en moyenne et à la température extérieure de 1 2°, prend à la température du corps, chaque jour, 70,1^7 calories, soit 2,6 p. 0/0 de la recette; 2° réchauffement de l'air inspiré (1 G, /i 00 grammes en vingt-quatre heures) consomme, étant donnée la température de Tair à 20°, 70,082 calories, soit 2,6 p. 0/0 de la recette, et à zéro, i4o,o6^, soit 5,2 p. 0/0; 3° l'évaporation journalière de 656 grammes d'eau [)ar les poumons exige

' HelmhoUz, art. Thierisvh. IVàrme Bavral , Statique chim. des animaux ,

in Bei'lin. med. Encyclopàdie. Paris, i85o.

PRODUCTION DE LA CHALEUR

397,536 calories, soit 1/1,7 1^- ^/*^ l'actif. Il reste, pour subvenir aux frais de la perte de chaleur par la surface extérieure du corps, au moins 77,5 p. 0/0 de la chaleur produite. Barrai établit la balance suivante :

Recette de la chaleur 2,706,076

PEHTB DE CHALEUli

en unités

et en centièmes (le la recette.

Unilés.

Centièmes.

Par échauffement de

Par échauffement des

Par les excrétions so-

lides et liquides . . .

Par le rayonnement et

la conductibilité. . .

Dans cette balance, il n'y a point de phice particulière réservée au travail mécanique ; elle suppose l'homme en un repos tel, que la perte de force soit exclusivement bornée à la chaleur. Si un travail extérieur s'accomplit, on ne peut plus, par les principes connus, évaluer ce travail en unités de chaleur : ces chiffres ne valent donc que pour l'homme immobile.

L'énorme élévation de la quantité d'acide carbonique exhalé pendant le travail (p. 289) montre que, dans le corps en travail, l'échange chimique est extraordinairement plus élevé que dans l'état de repos, d'où élévation de la source des forces mises en liberté, ou de la recette de chaleur. Cet excédant de recette ne se retrouve pas en entier comme dépense à l'état de travail mécanique; en d'autres termes, quand une certaine quantité de travail extérieur doit s'accomplir, le développement de forces vives est plus que suffisant pour ce travail, il y a beaucoup d'excédant. C'est quelque chose d'analogue à ce qui se passe dans la machine à vapeur, et même k un plus

haut degré que dans celle-ci. Tandis que, dans la machine à vapeur, il n'y a au plus qu'un huitième de la chaleur qui se change en travail, Helmholtz évalue, en appliquant la méthode précédemment indiquée, c'est-à-dire l'analyse de l'acide carbonique évacué comme moyen d'apprécier la chaleur développée par le corps en travail, la quantité de cette chaleur transformée en travail à un cinquième au maximum. Admettons que la chaleur produite pendant le travail soit seulement triplée, et que, sur cette somme, le maximum possible, ou la cinquième partie, soit employé au dehors sous forme de travail mécanique, il y a encore, par rapport au budget de l'état de repos, un excédant très-élevé de recette qui ne reste pas dans le corps , mais qui s'élimine à l'état de chaleur.

Nous devions analyser ces travaux de Barrai et de Helmholtz, parce que tous les deux, et avec une certaine concordance, ont montré combien l'équivalence de la recette et de la dépense de chaleur, que l'on avait espéré pouvoir établir, est une tentative illusoire. M. Berthelot^ s'est chargé, d'ailleurs, de la critique de ces travaux. Les animaux, en effet, ne brûlent pas du carbone libre et de l'hydrogène libre, mais ils introduisent dans leur corps, sous forme d'aliments, des principes organiques complexes, dans lesquels l'état de combinaison des éléments est déjà très-avancé. D'autre part, les animaux rejettent continuellement au dehors, non pas seulement de l'acide carbonique, mais de l'eau, de l'urée et d'autres produits excrémentitiels très-complexes. Il faudrait donc tenir compte, pour calculer la chaleur animale, de l'état réel des corps introduits et des corps rejetés ; c'est le rapport qui existe entre ces deux termes qui détermine la quantité de chaleur produite.

Voici quelques-uns des résultats auxquels M. Berthelot est arrivé ^ :

' Berlhfilot ,in Revue des cours scien- leur animale, in Jourval de Rubin,i8&^ ., tijiques, i8Gô, — Mémoire sur la chn- p. 65 a.

PRODUCTION DE LA CHALEUK

La chaleur produite par l'oxygène déjà combiné est inférieure à la chaleur produite par l'oxygène libre de toute la quantité de chaleur dégagée ou absorbée lors de la première combinaison. Quand l'oxygène se fixe sur les globules dans le poumon, il se dégage une quantité de chaleur notable (8,000 ou 10,000 calories pour Sa grammes d'oxygène), qui est environ la neuvième partie de la quantité de chaleur produite par la combustion du carbone, par le même poids d'oxygène. Cette augmentation de chaleur se trouve annulée par le dégagement d'acide carbonique en quantité à peu près égale.

Puis, passant en revue la chaleur dégagée par les oxydations directes et complètes, et les comparant aux oxydations successives d'un même composé et à l'oxydation d'une famille homologue sans perte de carbone, M. Berthelot montre qu'une même quantité d'oxygène , en se fixant sur des corps tels que les alcools, pour les transformer en acides correspondants, sans changer le nombre d'équivalents de carbone, dégage des quantités de chaleur qui varient dans des limites très-étendues, par exemple : 87,000 et 90,000.

De même, dans la série des acides gras, l'oxydation, en donnant naissance à une même quantité d'acide carbonique, produit des quantités de chaleur tellement variables, que, pour l'acide stéarique, le chilfre est supérieur de moitié à celui du carbone.

D'autre part, la formation de l'acide carbonique par dédoublement peut répondre à une absorption ou à un dégagement de chaleur. Ainsi- l'acide oxalique, en se décomposant en acide carbonique et hydrogène, absorbe 7,600 calories pour un équivalent d'acide carbonique; lorsque le même acide oxalique se dédouble en acide formique et acide carbonique, il y a absorption de /i2,ooo calories.

«Il n'est donc pas permis, dit justement M. Berthelot, de raisonner sur la chaleur qui répond à la formation d'acide carbonique, sans en connaître l'origine.»

Les phénomènes d'hydratation prêtent à des observations analogues, et la conclusion qui ressort de ces recherches fort intéressantes, c'est c[ue, si l'idée fondamentale émise par Lavoisier reste exacte, cependant nous devons reconnaître que le problème se complique à mesure que l'on pénètre dans les conditions vraies du phénomène. Enfin il n'est pas possible actuellement de tenter de résoudre l'équation de la recette et de la dépense, ainsi qu'on l'a espéré un instant.

Les travaux de M. Cl. Bernard, dont il nous reste à parler, prouveront de plus que ce ne sont pas toujours des oxydations qui produisent la chaleur.

Quels sont les foyers dams lesquels se produisent ces actions chimiques créatrices de chaleur ?

Bien c[ue Lavoisier soit resté indécis sur ce ])oint, nous avons vu qu'il avait paru croire que le poumon était le siège principal de ces combustions. Lagrange a combattu cette opinion en faisant remarquer que, si elle était vraie, si toute la chaleur du corps se produisait dans le poumon, l'organe ne pourrait pas résister à une telle élévation de température. Tous les physiologistes avaient accepté l'objection faite par Lagrange. Mais M. Berthelot, dans une note récente à l'Académie des sciences, tout en admettant les conclusions de Lagrange, réfute son raisonnement. «Toute la chaleur dégagée, dit M. Berthelot, par la transformation de l'oxygène inspiré en acide carbonique, fut-elle développée au sein des poumons, n'en élèverait la température que d'une faible fraction de degré, incapable d'en produire la destruction. C'est ce qu'il est facile d'établir. D'après les recherches de MM. Andral et Gavarret, la quantité moyenne de carbone exhalée par un homme, sous forme d'acide carbonique, est comprise entre 1 0 et 19 grammes environ par heure, soit lôy à qoo milligrammes par minute. En admettant que les matières qui ont fourni cet acide carbonique aient dégagé à peu près la même

PRODUCTION DE LA CHALEUR

quantité de chaleur que du carbone pur, ce qui n'est pas trèséloigné de la vérité, cette chaleur serait capable d'élever de 1 degré par minute la température de t,3oo à 1,600 grammes d'eau. En admettant seize inspirations par minute, chacune d'elles produirait donc en moyenne une quantité de chaleur capable d'élever de 1 degré 100 grammes d'eau au moins. Cette quantité de chaleur répartie entre toute la masse des poumons, qu'on peut évaluer à 2,000 ou 2,5oo grammes environ, ne saurait en élever la température que d'une trèspetite fraction de degré (un vingtième à un vingt-cinquième de degré) par chaque inspiration. La circulation incessante du sang dans les vaisseaux pulmonaires, sang dont le poids ne paraît pas éloigné de 3oo à hoo grammes, entre deux inspirations, jointe à l'influence du contact des parties voisines, absorberait d'ailleurs à mesure la chaleur produite de façon à empêcher ses effets de s'accumuler.

«Il résulte de ce calcul, conclut M. Berthelot, que l'aclion de l'oxygène sur les principes combustibles de l'organisme, même si elle se produisait tout entière dans les poumons, ce qui n'est pas le cas, ne donnerait lieu qu'à des effets ditTiciles à constater, loin de détruire l'organe qui servirait de siège à cette combustion. Les conclusions de Lagrange n'en étaient pas moins conformes à la vérité, quoique fondées sur des prémisses inexactes. Mais ce n'est pas la seule fois, dans l'histoire des sciences, qu'un argument sans valeur est devenu l'origine de découvertes importantes. "

Le rôle du poumon est bien déterminé, si nous nous rappelons les travaux de M. Berthelot sur la chaleur absorbée et dégagée par la sortie de l'acide carbonique et la fixation de l'oxygène sur les globules rouges, et, si nous tenons compte des échanges nutritifs qui s'accomplissent dans l'intimité du poumon pour sa vie propre, nous reconnaîtrons qu'il y a bien peu de chaleur développée. Comme, en même temps, il est exposé à l'air et soumis à des échanges gazeux qui entraînent

une déperdition de calorique, il en résulte en définitive un abaissement de la température'.

Puisque le poumon n'est évidemment pas le siège, et surtout le siège exclusif des combustions, cherchons quels sont les points où s'effectuent principalement les oxydations.

Le sang est-il une source de chaleur? Pour M. Cl. Bernard^, les physiologistes qui ont considéré le liquide sanguin luimême comme le lieu de toutes les productions calorifiques qui s'accomplissent dans le corps vivant, ont dépassé ce que permettait d'affirmer l'expérience. Pour lui, c'est principalement un phénomène extrasanguin qui dégage du calorique. Ce phénomène est le contact et l'échange entre les tissus élémentaires et le sang, au moment où se produisent les actions chimiques de la nutrition.

Dans des expériences précises et qui méritent cfêtre étudiées par les médecins, M. Cl. Bernard détermine le rôle des muscles et des glandes dans la production de la chaleur.

Râle des muscles dans la production de la chaleur. — Le tissu musculaire constitue à lui seul une très-grande partie de la masse totale du corps. Chez un chien modérément gras, on a trouvé : poids total, i t kilogr. yoo gr. ; poids des muscles, 5 kilogr. àoo gr.; poids des os, 2 kilogr. 700 gr. Le fonctionnement des muscles produit de la chaleur. On s'échauffe par le mouvement. Réaumur, Newport^, Dutrochet, Maurice Girard, l'ont constaté chez les insectes. Becquerel et Breschet, Matteucci, Heimholtz, l'ont démontré chez l'homme ou les autres animaux.

Le système musculaire est donc une source de chaleur considérable; il reste à en déterminer les causes directes. Ces causes se trouvent dans la suractivité des combustions qui

' Voyez Cl. Bernard, Leçons sur la ' Newport, Philosophie al transacchaletiv, p. 190. tions, 1887, parL II, p. 260.

- Leçons sur la chaleur animale, p. 1 3n.

PRODUCTION DE LA CHALEUR. — MUSCLES. 311

s'accomplissent dans le muscle. Les éléments anatomiques, les tissus organiques absorbent de l'oxygène et émettent de l'acide carbonique.

M. P. Bert a donné le tableau suivant, qui résume cette activité fonctionnelle pour chaque tissu.

Des tissus enlevés au cadavre d'un chien, aussitôt après que l'animal a été sacrifié, ont été placés dans des éprouvettes pleines d'air, et disposées de la manière la plus favorable aux échanges gazeux. Après un même temps, l'analyse des gaz contenus dans ces éprouvettes montre que :

100 gr. de muscle ont absorbé. 5o",8

100 gr. de cerveau lib ,8

100 gr.de rein 87 ,0

1 00 gr. de rate 97,3

1 00 gr. de testicule 1 8 ,3

1 00 gr. d'os et moeiifi . . . . . . 17 ,2

Le muscle respire donc, même après la mort; il respire de même pendant la vie, quand il est au repos, mais surtout quand il est en fonction et qu'il se contracte.

Le muscle peut se contracter, dégager de l'acide carbonique et produire de la chaleur, même sans être traversé par un courant sanguin. Exemple : une grenouille, préparée à la manière de Galvani, est suspendue dans un bocal au fond duquel est de l'eau de baryte; les secousses électriques font contracter les muscles, l'eau de baryte se trouble et décèle la présence de l'acide carbonique.

A l'état physiologique, il existe un rapport très-étroit entre la fonction du muscle et la composition du sang qui le baigne. En analysant le sang qui a traversé le muscle droit antérieur de la cuisse, qui est pris pour exemple parce qu'jl est suffisamment isolé au point de vue de ses vaisseaux et de ses nerfs, on trouve :

) i5 ,6 I d'acide

i5 ,i [ carbonique.

et exhalé

312 CHAPITRE l\. —