CHAPITRE II

verse la veine cave inférieure et qui revient des membres abdominaux.

Le sang qui se rend dans la veine porte, après avoir baigné les intestins, s'échauffe pendant la digestion, et M. Cl. Bernard a trouvé les nombres suivants, en comparant les températures de l'aorte abdominale et de la veine porte :

Aorte.

Veine porte.

Différences.

ho ,3

ko ,7

39 ,li

De même pour la rate et le foie. La glande hépatique serait le véritable foyer calorifique, si l'on devait donner ce nom au centre organique le plus chaud. M. Cl. Bernard a trouvé :

Veine porte. Veine hépatique. Différences.

iio°,9 /lO°,6 + 0°,li

ko ,6 ^0 i9 +0 i3

ko ,7 ^0 ,9 +0 ,9

Transformation mécanique de la chaleur — Les sources de

' M. Gavarret, a résumé, dans son livre sur Les phénomènes physiques de la vie (Paris, 1869, p. 67 à 52 et 353 à 370) , l'historique des travaux publiés sur la nature et l'équivalent mécanique de la chaleur.

Il cite le 20° aphorisme du second livre du Novurn organum de Bacon , des passages de Descartes, Huyghens, Newton, dans lesquels ces génies puissants considèrent la chaleur comme un mouvement de vibration communiqué aux corps. Voyez également Locke, Barthez ( Nouveaux éléments de la science de l'homme, 2° éd., Paris, 1806, t. 1, p. 264 et 267), Daniel Bernouilli ( Hydrodynamique) , Lavoisier et Laplace {Mém. de l'Acad. des sciences, 1780, p. 357).

Mais celui qui réalisa la première démonstration de cette transformation de la chaleur en mouvement est Rnmford , en 1798 (Recherches sur la source de la chaleur engendrée par le froUement).

H construisit un appareil dans lequel un pilon d'acier frottait fortement contre le fond d'un cylindre creux en fer. Entraîné par deux chevaux, le cylindre tournait sur son axe; l'appareil était placé dans une caisse de sapin contenant assez d'eau pour recouvrir le pilon. En deux heures et demie, la température de l'eau passa de i5° à 100°. 11 y avait eu 1,200 calories dégagées.

Voyez dans Gavarret les résultats obtenus par H. Davy, L. Foucault, Young, Arago, Fresnel, Ampère, Sadi Carnet, Séguin.

TRAMSFORMATIOiX DE LA CHALEUR EN MOUVKMKNT.

production de la chaleur animale sont donc extrêmement riches. Nous ne pouvons pas les mesurer absolument, mais les recherches dont nous venons de donner l'analyse suffisent à montrer qu'elles sont variables comme intensité et qu'elles sont capables, sous des influences variées, d'augmenter ou de se modérer. Ces modifications correspondent à d'autres actes physiologiques. La chaleur animale ne se produit pas uniquement pour lutter contre les causes de refroidissement, elle est utilisée dans Téconomie, elle est la source vive des forces mises en jeu dans nos actes conscients et inconscients.

La découverte de cette transformation de la chaleur en mouvement est une des conquêtes les plus brillantes de notre temps. Nous la devons à Robert Mayer; chose curieuse, c'est en faisant une saignée qu'il a été conduit à fonder la loi de corrélation des forces. Il observa que le sang veineux des fiévreux, sous les tropiques, est plus rouge que sous les latitudes plus septentrionales. C'est de ce fait qu'il est parti pour admettre la transformation de la chaleur en mouvement. Après lui, et sans connaître ses travaux. Joule et bientôt Hirn, Matteucci, Heidenhain, Tyndall, ont établi, avec la plus grande évidence, la théorie dynamique de la chaleur ^

' Les difl'érents mémoires de Robert Mayer, à partir de 1 8Zi a , sur la chaleur, portent sur VEtude du monde inorganique et des mouvements organiques, i845; Sur les effets caloriffques cosmiques des corps en mouvement ; Sur la dynamique du ciel, 18/18. Il aborda ensuite l'étude Des états pathologiques au point de vue des mouvements organiques , celle De la fièvre. Son mémoire de conclusion est Sur l'équivalent mécanique de la chaleur. — Voir ses mémoires réunis en 1867, Die Mechanik der Wàr-nie in gesammelten Schriften, Stuttgai'd.

Joule, Phil. mag. $ 3, vol. XXIU,

p.hà-2, i843. Phil. mag. vol. XXXII, p. 35o.

Hirn. Ses mémoires sont résumés dans Conséquences philosophiques et métaphysiques de la thermodynamique. Analyse élémentaire de l'univers ,Vân&, Gauthier-Villars, 1 868. Voyez Bulletin de la Société d'histoire naturelle de Colmar, i8/i6 et i8i8.

Jules Béclard, in Arch. méd. 1861, p. 2/1- 157-257.

Verdel et Berthelot, Leçons de chimie et de physique professées en 186a. Hachette, i863.

John Tyndall, La chaleur considérée

Sans entrer dans des détails qui nous écarteraient trop de notre sujet, rappelons l'expérience fondamentale de Joule. Il s'agissait de déterminer deux termes : mesurer la chaleur produite et le travail dépensé. Voici comment il résolut le problème. Un mécanisme très-simple, mis en mouvement par la chute d'un poids, faisait tourner, à l'intérieur d'une masse d'eau ou de mercure, une petite roue à palettes gênée dans son mouvement par des obstacles fixes. Le frottement du liquide, tant sur lui-même que contre les obstacles fixes et les palettes mobiles, dégageait une quantité de chaleur qu'il était facile d'évaluer d'après l'élévation de tenipérature des diverses pièces de l'appareil. Le travail dépensé pour entretenir le mouvement était donné par la chute du poids moteur, et, en tenant compte des corrections rendues nécessaires par le frottement des parties mobiles de la machine, extérieures à l'appareil calorimétrique, on obtenait immédiatement le rapport du travail mécanique dépensé à la chaleur dégagée. Les expériences sur l'eau ont montré qu'à chaque unité de chaleur dégagée correspondait une dépense de h^k unités de travail. Les expériences sur le mercure ont donné le nombre /i2 5.

Ce nombre exprime que développer la quantité de chaleur nécessaire pour élever de zéro à i" la température de i kilogramme d'eau, et soulever un poids de 4 2 5 kilogrammes à I mètre de hauteur, c'est produire deux effets équivalents. Ce nombre doit donc être considéré comme l'équivalent mécanique de la chaleur.

Appliquons cette notion au corps animal, k Lorsqu'un animal est au repos, le travail des forces chimiques, dans la respiration, a pour équivalent la quantité de chaleur que l'animal dégage incessamment pour compenser la perte de chaleur

comme Mw mode f/(? mo«ume)!i. Trail. par Gavarrel, Lps phmomônes physiques

Moigno. Paris, Étifeiiiie Giraud, i86i. de lu vie, \ . Masson, 1869, eADicliunn.

Qmwms, Théorie dynamique de lâcha- encyclopédique, arl. Ch(dcur animale,

leur, iS(i(), (jermer-Baillière. t. XV, 18'] h.

due au rayonnement, au contact de l'air et à l'évaporation. Lorsque l'animal est en mouvement, une portion du travail des affinités chimiques a pour équivalent le travail effectué par ce mouvement; le reste seul se convertit en chaleur, et, par conséquent, à une même somme d'actions chimiques produites dans l'intérieur de l'organisme, doit répondre un dégagement de chaleur moindre dans l'état de mouvement que dans l'état de repos ^.n

Deux séries distinctes d'expériences confirment ces idées. La première est due à M. Hirn. Cet expérimentateur renferme dans un espace clos un homme qui demeure d'abord au repos pendant un certain temps, et exécute ensuite un travail en élevant sans cesse son corps sur la circonférence d'une roue mobile. On observe dans les deux cas les effets calorifiques et chimiques de la respiration. On mesure à la fois la chaleur dégagée et l'acide carbonique expiré, et on constate que le rapport de la première quantité à la seconde a été moindre dans l'état de mouvement que dans l'état de repos. Ainsi une quantité donnée d'action chimique respiratoire dégage moins de chaleur lorsque le sujet de l'expérience effectue un travail que lorsqu'il reste en repos. La différence est, même pour chaque individu, à peu près proportionnelle au travail. Mais les conditions des expériences sont trop complexes, les changements matériels qui peuvent survenir dans le corps sont trop difficiles à apprécier pour essayer, comme l'a fait M. Hirn, d'obtenir par cette voie une détermination de l'équivalent mécanique de la chaleur ^.

M. J. Béclard a envisagé la question d'une autre manière; il a renouvelé par un procédé différent les expériences de Becquerel et Breschet, et de Helmholtz. Il applique simplement, à l'aide d'une bande doublée d'une plaque d'ouate, un bon thermomètre à mercure sur les muscles du bras, et les con-

' Verdet, p. loi. — ^ Verdet, Leçons de chimie, i863, p. 102.

tracte successivement sans soulever de poids, puis en soulevant un poids. Voici les conclusions de son travail ^ :

i" En se plaçant dans de bonnes conditions d'expérience, et en tenant compte des précautions décrites, on peut constater, sur les muscles de l'homme, que la quantité de chaleur développée par la contraction est plus grande quand le muscle exerce une contraction statique, c'est-à-dire non accompagnée de travail mécanique, que lorsque cette contraction produit un travail mécanique utile.

2° La quantité de chaleur qui disparaît du muscle, quand il produit un travail mécanique extérieur, correspond à l'effet mécanique produit.

3° La contraction musculaire ne doit pas être envisagée comme on l'a fait jusqu'ici en physiologie. Il n'y a que cette partie de l'action musculaire, non utilisée sous forme de travail mécanique extérieur, qui apparaisse sous forme de chaleur; en d'autres termes, la chaleur musculaire est complémentaire du travail mécanique utile produit par la contraction.

à° Les produits de la contraction musculaire, c'est-à-dire la chaleur musculaire et le travail mécanique extérieur, sont ensemble les expressions de l'action chimique dont le muscle est le théâtre.

5° Les faits que nous signalons doivent entrer en ligne de compte dans les divers calculs relatifs à la production de la chaleur animale. Le dosage exact des produits définitifs de la nutrition, c'est-à-dire des produits exhalés (acide carbonique, vapeur d'eau) et sécrétés (urée, acide urique, principes biliaires des excréments, sécrétions cutanées), ne saurait suffire, tout en tenant compte des chiffres de combustion du carbone et de l'hydrogène, et même en supposant connues les quantités de chaleur développées dans la formation des autres produits,

' J. Béclard, De la contraction mus- péralure animale. [Archives de méd. culaire dans ses rapports avec la tem- i86i, p. 2/1-157-357.)

pour établir sur des bases, même approximatives, le calcul relatif aux quantités de chaleur produites en un temps donné, le travail chimique d'oxydation dont les muscles sont le siège pouvant se- traduire par des quantités de chaleur variables suivant le jeu de l'appareil musculaire.

6° Il serait intéressant de rechercher, non dans un groupe de muscles isolés, mais dans l'ensemble général du corps, si, pour les divers modes de progression (marche sur un plan horizontal, marche en montée, marche en descente, saut, course) qui doivent exercer sur la température de l'appareil musculaire, pris dans son entier, une influence nécessairement différente, cette influence pourrait être appréciée.

7° Un grand nombre de phénomènes se rattachent trèsvraisemblablement aux faits signalés dans ce mémoire. Le frisson de la fièvre, qui n'est qu'une succession de contractions musculaires s' exécutant simultanément dans les muscles antagonistes, et qui embrasse cjuelquefois le système musculaire tout entier, constitue une des formes les plus curieuses de ce que nous désignons sous le nom de contraction musculaire statique. On constate déjà dans le frisson, et surtout après, une élévation de température qui peut être portée très-haut, à 3°. à k° et même à 5° au-dessus de la température normale. Le tremblement que détermine le froid est un phénomène du même genre; c'est évidemment un procédé instinctif de l'économie, qui cherche à résister à l'abaissement de la température par la contraction statique des muscles. Tous les eff'orts violents sont accompagnés d'une élévation de température qui se traduit souvent par une sueur abondante, etc. 55

«Les résultats de ces deux séries d'expériences, dit Verdet, sont au nombre des plus précieux dont la physiologie expérimentale se soit enrichie dans ces derniers temps. Il est bien clair, d'ailleurs, qu'ils ne contredisent en aucune façon les données de l'expérience vulgaire sur réchauffement qui accompagne tout exercice corporel. La contraction musculaire aug-

mente incontestablement la chaleur dégagée par l'organisme en un temps donné, mais elle augmente aussi la combustion respiratoire, ainsi que le prouverait, à défaut d'expériences directes, le besoin d'aliments consécutifs à l'exercice. Les recherches de MM. Hirn et Béclard font voir simplement que, conformément à la théorie de Mayer, la combustion augmente dans un rapport plus grand que la chaleur produite. «

Disons de suite que, dans le corps humain, les actes mécaniques qui mettent les fluides en mouvement n'absorbent et ne dégagent aucune chaleur réelle. Les résistances, les frottements dégagent, en effet, autant de chaleur qu'en consomme la puissance musculaire par laquelle le mouvement des fluides est entretenu, malgré ces résistances. On voit par là combien était vaine la question de l'influence des frottements du sang dans les vaisseaux sur la chaleur propre des animaux. Il y a de la chaleur déplacée, dépense de chaleur pour la contraction du cœur, dégagement de chaleur par l'arrêt du mouvement circulatoire, mais la quantité totale reste la même.

Origine de la chaleur transformée en mouvement. — Les expériences de M. Cl. Bernard nous ont fait connaître les actes chimiques qui s'accomplissent dans un muscle pendant son état de repos ; celles de MM. Mayer, Hirn , Béclard , nous ont prouvé que la contraction musculaire transformait de la chaleur en mouvement. Pour accomplir ces mouvements, ou pour produire cette chaleur transformable en mouvement, quels sont les matériaux qu'emploie l'économie? Brûle-t-eile ses muscles, substance azotée, ou brûle-t-elle les matériaux non azotés fournis par l'alimentation ?

L'opinion des physiologistes a varié sur cette question. Pour Playfair ' et J. Banke ^, l'action d'un muscle se lie à la destruction de sa substance, dont la plus grande partie est de

' Playfair, On the Food of ntan in re- ^ Ranke, Etudes physiologiques sur lalion to his useful Work, i865. h tétanos, Leipzig, i865.

nature albuminoïde; par conséquent, la destruction des corps albuminoïdes par oxydation est la condition essentielle de l'action mécanique des muscles.

MM. Fick et Wislicenus ^ ont cherché à démontrer l'opinion inverse, et, pour ruiner la doctrine de leurs adversaires, ils appliquent leur raisonnement à une locomotive , et ils disent : «Cette machine est composée surtout de fer, d'acier, de cuivre, etc., et elle ne contient que fort peu de charbon; par conséquent, son action dépend de la combustion du fer, de l'acier, et non de la combustion du charbon, v

Us ont, de plus, exécuté une expérience des plus curieuses. Voici quel était leur but : accomplir une quantité de travail extérieur mesurable et transformable en kilogrammètres ; doser la quantité de produit de combustion albuminoïde rendue; estimer la chaleur que représente cette combustion. Si la quantité de travail produit correspond à une quantité de chaleur supérieure à celle qui répond à la combustion albuminoïde, ce ne sont pas les matières quaternaires qui sont utilisées pour faire ce travail.

Ils ont fait tous deux l'ascension du Faulhorn , ont mesuré l'urée rendue, et, la considérant comme l'expression de la combustion des albuminoïdes, ils ont constaté que cette combustion n'aurait pas suffi à représenter la moitié du travail mécanique utile produit par eux pendant cette ascension, et, en tenant compte de la chaleur non utilisée, ils considèrent que la combustion des albuminoïdes n'a pas produit la dixième partie de la chaleur que les combustions internes ont dû dégager pendant leur ascension ^.

' Ann. des sciences naturelles , 1869. recueil (Ann. des se. nat.), d'un mé-,

^ Voyez les détails de celte expérience moire critique de ces expériences, par

dans les Annales des sciences naturelles , M. Parkes : Recherches sur l'élimination

186g, p. 256. Traduction du London, de l'azote par les reins et les intestins

Edimbiirgh and Dublin; Philosophical pendant le repos et l'exercice musculaire.

Magazine, n° 212. Son analyse nous entraînerait bien loin

Ce mémoire est suivi , dans le même de notre sujet.

Ce n'est donc pas le muscle ni les matériaux azotés qui brûlent, ce sont les substances ternaires qui servent surtout à faire de la clialeur. 11 serait facile de démontrer que les matières azotées peuvent concourir à cette combustion, mais elles n'y prennent évidemment |)as la plus grande part.