neige ou glace pilée | ^^ j

2 — acide azotique dilue |

2 — neige ou glace pilée ........ 1 ^ q à — 45°

3 — chlorure de calcium cristallisé . . . |

1 — neige ou glace pilée ........ j je — 40 à - 38°

5 — chlorure de calcium cristallisé . . . (

5 — neige ou glace pilée j j» 0 •> — 45°

i — potasse (

Les corps employés doivent être, s'il y a lieu, nouvellement cristallisés et récem-

FROID (physique). 125

ment piles; les vases doivent être peu épais; pour produire les grands froids, les substances à employer doivent être refroidies isolément par d'antres mélanges réfrigérants moins énergiques avant d'être mélangées ensemble.

Le mélange d'acide carbonique et d'éther à l'aide duquel on a produit la température la plus basse que l'on ait observée (évaluée à — 150°) rentre dans la catégorie précédente : il est cependant plus complexe dans ses causes, car on ne peut négliger le froid du à l'évaporation et dont nous allons maintenant nous occuper; c'est, en effet, par la diminution de pression que l'on a atteint cette température extrême : à la pression normale, la température n'était que de — 70° environ.

5° Le passage de l'état liquide à l'état gazeux ou vaporisation exige également une notable quantité de chaleur, soit que ce passnge se produise lentement et superficiellement comme dans l'évaporation, soit qu'il se produise par le dégagement tumultueux de bulles de vapeur au sein même de la masse liquide comme dans l'ébullition; les quantités de chaleur qui sont dans ce cas transformées en travail mécanique sont considérables, ainsi que l'indique le tableau suivant, qui donne la chaleur de vaporisation, nombre de calories nécessaires pour faire passer à l'état gazeux 1 kilogramme du liquide déjà supposé amené à la température d'ébuUition :

CU4LE0R TEUPÉnATOnE

DE VAPOniSATlON. d'ÉBULLITIOII.

Eau 538 100,00

Ammoniaque 260 — 38,5

Alcool 213 18, i

Acide carbonique (solide) 140 — 78,2

Acide sulfureux 97 — 10,08

Ether 90 33,6

Chlorure de méthyle » — '23,75

Ether méthylique » — 30,0

Les exemples sont nombreux dans lesquels le refroidissement est produit par l'absorption de la chaleur exigée pour le passage de l'eau à l'état de vapeur; pour n'en citer que quelques-uns des plus saillants, nous rappellerons l'emploi des alcarazas, sorte de carafes en terre poreuse employées en Espagne principalement ; l'eau qui y est contenue suinte à travers les parois et se répand à la surface extérieure où elle se vaporise rapidement, si le temps est sec, en prenant au vase et au liquide la chaleur nécessaire. On sait également que, au Bengale, on obtient de la glace en abandonnant la nuit dans des vases plats de petites quantités d'eau que l'on expose dans un courant d'air; ici, il faut ajoutera l'effet dont nous nous occupons celui du refroidissement par rayonnement, qui est énergique pendant les nuits claires {voy. Refroidissement).

Dans un autre ordre d'idées, nous dirons que l'on explique la résistance que possèdent les êtres vivants à l'action des chaleurs exagérées par le fait que l'évaporation cutanée absorbe une partie du calorique en excès. Enfin, sans vouloir nous étendre davantage, ne sait-on pas que les refroidissements qui ont souvent un retentissement fâcheux sur l'organisme sont dus à une évaporation brusque de la sueur par suite de l'action d'un courant d'air. Il importe en effet de signaler ce fait, que si la quantité de chaleur à fournir à un certain poids de liquide pour le vaporiser est toujours la même, les variations de température peuvent être très-différentes suivant les circonstances; le corps qui se refroidit reçoit des corps voisins des radiations qui tendent à rétablir l'équilibre et qui le maintiennent sensiblement si l'absorption de la chaleur est lente, tandis qu'elles

126 FROID (physique).

sont sans effet appréciable si cette absorption est rapide. Les conditions favorables au refroidissement énergique seront donc la grande étendue du liquide à vaporiser, la sécheresse du milieu ambiant, la faible valeur de la pression de l'air environnant, l'existence de courants gazeux, etc. {voy. Evaporation).

On peut également citer quelques exemples de froid produit par la vaporisation de liquides autres que l'eau, comme l'emploi de l'éther dans les hygromètres à condensation de Daniell et de Regnault, et dans le procédé de Richardson destiné à amener l'anesthésie locale par l'action d'un jet d'éther pulvérisé se volatilisant très-rapidement. Enfin, nous citerons le mélange signalé plus haut d'acide carbonique solide et d'éther comme utilisant pour la réfrigération l'action due à la vaporisation des deux corps qui le composent.

C'est sur cette propriété que sont basés la plupart des procédés qui ont été employés dans l'industrie pour arriver d'une manière économique à la production du froid. Nous ne pouvons entrer dans de grands détails, mais nous indiquerons le principe des principales méthodes qui ont été essayées.

Nous nous occuperons d'abord de deux procédés qui peuvent donner des résultats satisfaisants dans les laboratoires, mais qui ne semblent pas avoir été employés dans l'industrie : l'appareil Carré à acide sulfurique et le frigorifère G. Vincent.

L'appareil Carré est la réalisation pratique de l'expérience classi({ue de Leslie, dans laquelle on produit de la glace dans un air très-raréfié par le refroidissement causé par une évaporation rapide. 11 consiste en une pompe pneumatique d'une construction simple qui permet de faire le vide approximativement dans un espace clos communiquant avec le vase dans lequel se trouve l'eau à congeler; dans cette même enceinle on place également de l'acide sulfurique concentré. Sous l'influence de la diminution de pression, l'eau commence rapidement à s'évaporer ; mais cette action cesserait bientôt, l'espace étant saturé par les vapeurs produites, si celles-ci, au fur et à mesure de leur production, n'étaient absorbées par l'acide sulfurique. L'évaporation peut donc continuer, et le liquide se refroidit de plus en plus; bientôt même la congélation se produit. Cet appareil, qui peut servir à obtenir rapidement des carafes frappées, est d'un usage économique; le travail mécanique nécessaire au fonctionnement de la pompe ne compte pas dans un laboratoire; quant à l'acide, il subit seulement une faible dépréciation et peut être encore d'un bon usage dans un grand nombre de préparations où l'on a besoin d'acide dilué, d'eau acidulée, etc.

Le frigorifère de M. C. Vincent, d'un usage moins commode à certains égards, paraît cependant pouvoir rendre de réels services dans un grand nombre de cas ; il est basé sur le froid produit par l'évaporation du chlorure de raéthyle que l'on peut actuellement obtenir à des prix peu élevés. Ce corps, qui bout à — 23*^ à la pression ordinaire, est fourni renfermé à l'état liquide dans des vases en cuivre ; on en verse une certaine quantité entre les deux parois d'un vase à double enveloppe dont la capacité intérieui'e est de 1 litre environ ; le liquide se trouvant encore dans un espace clos ne change pas d'état. Mais il n'en sera plus de même dès que l'on aura mis cet espace en communication avec l'atmosphère par l'intermédiaire d'un robinet ; le chlorure de méthyle entrera en ébuUition et bientôt le frigorifère tout entier sera amené à la température correspondante, soit à — 23°. Si même, par l'intermédiaire d'un tube de plomb, on fait communiquer l'espace clos où est placé le chlorure de méthyle avec une pompe pneumatique que l'on fait fonctionner, la diminution de pression accélérant l'évapo-

FROID (physique). 1'^"

risation, la température peut être abaissée jusqu'à —55»; à cette température, le mercure est solide, on parvient même par l'emploi du frigorifère à l'obtenir cristallisé.

Nous arrivons enfin à des procédés qui ont pu être appliqués en grand et qui ont permis d'obtenir la glace à bas prix; on a cité le prix de 10 francs la tonne <;omme pouvant être atteint d'une manière courante, soit 1 centime le kilogramme ; on a même donné des évaluations moindres.

Les trois méthodes qui sont en usage en France sur une grande échelle ont en somme une grande analogie' comme principe : il s'agit d'un liquide très-volatil que l'on fait évaporer en vase clos avec une assez grande rapidité, de manière à ce qu'il refroidisse les corps avec lesquels ce vase est en contact, d'une part ; d'autre part, on ramène mécaniquement ou de toute autre façon les vapeurs à l'étal liquide, de telle sorte que l'opération puisse recommencer indéfiniment sans perte du corps actif.

Dans la méthode Carré, le corps volatil est l'ammoniaque; l'appareil comprend en principe deux récipients clos communiquant entre eux : l'un contient une dissolution concentiée d'ammoniaque telle que la fournit le commerce.

Eu chauffant ce vase, le gaz ammoniac, beaucoup moins soluble à chaud qu'à froid, se dégage et va se comprimer dans le second récipient que l'on maintient froid; par suite de cette compression, le gaz se liquéfie de lui-même et est maintenu liquide par la pression qu'exerce sa vapeur. Si maintenant on cesse de chauffer le premier récipient, l'eau en se refroidissant deviendra capable de redissoudre les vapeurs ammoniacales qui la surmontent ; la pression diminuera aussitôt, et d'autant plus vite que l'eau sera plus froide, et l'ammoniaque liquide se vaporisera en absorbant une assez grande quantité de chaleur. Si donc, par exemple, le second récipient est un cylindre annulaire dans la partie centrale duquel se trouve de l'eau, cette eau, abandonnant sa chaleur pour fournir à la vaporisation de l'ammoniaque, passera à l'état solide. L'ammoniaque liquide se dissout au fur et à mesure dans l'eau, et après quelque temps l'appareil est ramené à l'état initial et se trouve prêt à servir de nouveau de la même façon. ■On peut remarquer ce fait curieux que la seule dépense effective consiste uniquement dans la consommation du combustible destiné à dégager le gaz ammoniac de sa dissolution.

Cet appareil ne peut être employé dans la grande industrie : il présente en effet le grave inconvénient d'être discontinu dans son fonctionnement ; on a construit sur le même principe une autre machine plus puissante et par ses grandes dimensions et parce qu'elle est continue. C'est par un m.oyen mécanique, par l'emploi d'une pompe, que l'on produit la compression de l'ammoniaque et par suite sa liquéfaction. L'eau de la dissolution n'ayant pas été chauffée, la redissolutioh du gaz dans l'eau se fait spontanément.

Ce système, construit par MM. Mignon et Rouart, est le premier qui ait réellement produit la glace en grandes quantités à bas prix et méritait, au moins à cet égard, une mention spéciale.

Dans le système de M. Tellier, on fait usage de l'éther méthylique qui, amené à l'état liquide, bout à — 50° : l'appareil renferme ce corps liquide dans un récipient A plongé dans une bâche contenant une dissolution saline, choisie de manière à être difficilement congelée. Le récipient A est en communication avec une pompe aspirante et foulante qui agit par aspiration sur A, et par suite provoque une évaporation active qui a pour effet de refroidir ce récipient et le

128 FROID (physique).

liquide environnant: Mais, d'autre part, cette pompe agissant par refoulement comprime la vnpeur et la ramène à l'état liquide, le liquide produit retournant au récipient A ; la pompe doit, bien entendu, être constamment refroidie par un courant d'eau qui absorbe la cbaleur dégagée par le passage de l'état oazeux à l'état liquide. Il suffit de plonger dans la bâche les cylindres, carafes, etc., contenant l'eau qu'il s'agit de congeler pour que l'effet soit obtenu en peu de temps.

On remarquera que la dépense consiste ici dans la production du travail mécanique nécessaire à la liquéfaction du gaz ; le plus souvent, mais cela n'est pas nécessaire, c'est à la combustion (machines à vapeur) que l'on demandera la force ainsi utilisée.

Ici encore, la quantité de liquide reste invariable, sauf de petites pertes provenant de fuites inévitables ; ces fuites d'ailleurs ne peuvent rester longtemps inaperçues, à cause de l'odeur particulière de l'éther employé.

Les procédés de M. Tellier ont été appliqués à l'usine d'Auteuil, où l'on produit de la glace et des carafes frappées en grandes quantités.

On peut, s'il ne s'agit pas d'obtenir de la glace, refroidir l'air contenu dans un espace donné en y plaçant le récipient ou les récipients dans lesquels est renfermé le liquide volatil ; on peut ainsi maintenir une température déterminée, 0° ou même une température inférieure à 0°, dans une chambre fermée, ainsi que cela a été appliqué à bord du navire le Frigorifique, qui avait été aménagé pour transporter en France, à l'état frais, des viandes de l'Amérique du sud. Nous n'avons pas à insister sur les effets obtenus ni sur ce que l'on peut espérer du résultat ; nous dirons cependant que la conservation nous a paru très-satissante, et que, malgré les difficultés inhérentes à toute installation nouvelle, les apjiareils réfrigérants ont convenablement fonctionné pendant la traversée; à Paris, on a d'ailleurs pu visiter le Frigorique, qui, pendant l'Exposition de 1878, était amarré sur la Seine, en face du Champ de Mars.

Enfin, le dernier système qui ait été proposé et qui semble avoir donné dans la pratique des résultats très-satisfaisants, est celui qui est connu sous le nom de Raoul Pictet. On peut dire d'une manière générale que la disposition est absolument la même que celle que nous venons de décrire pour les machines Tellier, sauf un certain nombre de modifications de détails, sans importance au point de vue qui nous occupe. Seulement, le liquide actif est l'acide sulfureux, qui bout à — 10" environ; ce corps est produit en Suisse à bon marché par un procédé spécial, et il est expédié dans des cylindres en cuivre contenant 50 ou 100 kilogrammes d'acide. On peut obtenir des températures qui atteignent — 65° et même exceptionnellement — 75° ; le liquide que l'on refroidit dans la bâche et qui est une solution de glycérine est amené à une température de — 7", suffisante pour congeler l'eau placée dans les vases que l'on y plonge.

On sait que c'est à l'aide de cette méthode de refroidissement que M. R. Pictet a pu obtenir la quantité d'acide carbonique liquide nécessaire pour ses importantes recherches dans lesquelles il est parvenu à liquéfier ou même solidifier les gaz considérés jusqu'alors comme permanents.

Les procédés dont nous venons de parler ne sont pas les seuls : c'est ainsi que, à l'Exposition Universelle de 1878, on voyait les systèmes suivants, basés sur le même principe : Compagnie l'Atlas, éther (Angleterre); Siebe et Gorman, éther (Angleterre) ; Sulzer, ammoniaque liquide (Suisse) ; mais il ne nous paraît pas utile d'insister.

FROID (nnsiQUE). 12&

4" Enfin les cliangemcnts de volnme des gaz nnssi bien que les changemenls d'état correspondent à des modilîcations caloriliques notables et ont pu être employés à la production du froid.

On sait, en effet, que la compression d'un gaz élève sa température, comme le ])rouve l'expérience du briquet à air dans lequel l'amadou est enflammé par lu clialeur mise en liberté. D'autre part, la dilatation brusque d'un gaz amène un refroidissement: un thermomètre métallique sensible, placé sous une cloche posée sur la platine de la machine pneumatique, indique un abaissement de température dès les premiers coups de piston. C'est, bien entendu, non pas le résultat, c'est-à-dire l'air comprimé dans un cas, l'air dilaté dans l'autre, qui produit ces variations de température, mais l'action même, c'est-à-dire que 1» chaleur qui apparaît ou qui disparait n'est autre chose que l'équivalent du travail mécanique résistant ou moteur du gaz, suivant le cas.

Sans nous arrêter à la méthode imaginée en Autriche par M. Windhausen, nous décrirons sommairement le système de M. P. Giffard, qui a appelé l'attention à l'Exposition de 1878. Dans cet appareil un moteur, une machine à vapeur, par exemple, fait mouvoir une pompe à air foulante qui sert à comprimer de l'air dans un réservoir ; la pompe et le réservoir sont l'un et l'autre refroidis constamment par un courant d'eau qui circule dans une double enveloppe. L'air comprimé est ensuite conduit du réservoir dans un corps de pompe où, par sa détente, il agit sur un pis'on de manière à le mettre en mouvement et à produire ainsi une partie de la force nécessaire au fonctionnement de l'appareil; cet air s'est refroidi par le fait même qu'il s'est détendu en produisant un certain travail mécanique et il peut être utilisé à refroidir les corps avec lesquels il sera mis en contact.

Il nous paraît impossible, dans l'état actuel de la question, de décider à quel système il conviendrait de donner la préférence ; il y a là une question de prix de revient, qui ne peut être résolue absolument qu'après que ces divers appareils auront fonctionné pendant un temps assez long dans les conditions d'une pratique industrielle courante.

Quoi qu'il en soit, un fait peut être considéré comme absolument acquis i c'est que l'on possède actuellement des moyens puissants de production du froid dans des conditions de prix qui permettent de les utiliser sur une grande échelle. L'industrie s'en est déjà emparée, et, sans vouloir entrer dans les détails, nous dirons que les appareils dont nous venons de parler sont employés no'.amment : dans la fabrication de la bière (bière de Bavière particulièrement) ; dans certaines fabriques de produits chimiques (procédé Balard pour l'extraction du sulfate de soude des eaux mères des marais salants) ; pour le refroidissement du chocolat dans le but de hâter et de faciliter le déraoulase ; pour la conservation de substances alimentaires (viandes, poissons) que l'on peut transporter loin du lieu de production, etc.

Mais ces applications ne sont pas les seules certainement auxquelles on sera conduit, et il n'est pas difficile d'imaginer que, avant qu'il soit longtemps, on étudiera sérieusement les moyens de rafraîchissement des lieux habités avec le même soin que l'on a apporté dans ces dernières années à l'étude du chauffii-e et de la ventilation. On imagine sans difficulté que dans l'établissement des bâtiments, des salles destinées à contenir un grand nombre d'hommes, on puisse

trouver les moyens d'empêcher que la température s'élève trop, comme on est arrivé à s'opposer à ce qu'elle s'abaissât au delà d'une certaine limite, comme

PICT. E>C. i' o. VI. 9

130 FROID (pnYsiQuii).

aussi Ton a pu obtenir que l'air ne cessât pas d'être respirable. On conçoit aisément l'avantage qui en résultei^ait, même dans nos climats, pour les appartements, les salles de réunion, de spectacle, pendant l'été : mais les résultats ne seraientils pas plus considérables encore dans les pays chauds, alors que la fatigue, l'épuisement, sont la conséquence, entre autres éléments, du maintien de la température à un degré élevé, inconvénient auquel, dans les Indes, ne remédie qu'imparfaitement le panda? Enfin, pour terminer, ces procédés de rafraîchissement ne pourront-ils pas rendre des services énormes, si l'on parvient à les appliquer convenablement dans les hôpitaux, et ne doit-on pas espérer que, dans un certain temps et même dans nos climats tempérés, on ne construira pas un hôpital qui, toujours bien ventilé, soit maintenu à une température invariable par le chauffage en hiver, le rafraîchissement en élé?

II. La température, en un point du globe et à un instant déterminé, est la résultante d'un ensemble complexe de conditions indépendantes les unes des autres, donl les unes sont fixes, régulières, et les autres absolument accidentelles; ceci est vrai, par suite, également pour les basses températures, pour les froids. Sans vouloir insister sur le rôle de chacun des principaux éléments, ce qui ferait douille emploi avec d'autres articles [voij. Climat, Température [distribution des] à la surAice du globe), nous rappellerons que les températures observées à un instant donné dépendent :

I" De la situation géographique et orographique : le froid augmente à mesure que l'on s'éloigne de l'équateur pour se rapprocher des pôles, et à mesure que le point considéré est à une plus grande altitude ;

2° Des conditions topographiques, hydrographiques, etc. : le voisinage de la mer, l'existence d'un courant marin chaud ou froid dans le voisinage, le relief du terrain, sont des conditions qui influent notablement sur la température;

3° Des conditions astronomiques, des saisons : la température dépendant, entre autres éléments, de la quantité de chaleur reçue pendant le jour et de celle émise par rayonnement pendant la nuit, le froid doit être d'autant plus intense que le jour sera plus court et la nuit plus longue, inégalité qui est liée précisément aux saisons ;

4° De l'état de l'atmosphère, qui agit surtout par la quantité de vapeur d'eau qu'il renferme soit à l'état invisible, humidité, soit à l'état visible, brouillards ou nuages. Le froid, d'une manière générale, se manifestera plutôt lorsque le ciel sera nuageux dans la journée, ou la nuit lorsque le ciel sera clair;

5" De la pluie, qui peut amener un refroidissement notable, si l'eau, tombant de régions élevées, est à une basse température ; de la grêle, de la neige ;

6" Des vents : d'une manière générale, dans nos contrées, les vents de N. et N.-E. sont froids ; certaines circonstances spéciales peuvent donner à un vent ce caractère, par exemple, le fait de passer sur des montagnes couvertes de glace.

Il serait intéressant, et sans doute des considérations importantes pourraient s'en déduire, d'étudier chaque jour la distribution de la température à la surface du globe, comme on le fait depuis un certain nombre d'années pour la pression barométrique. Les Américains ont commencé dans leurs cartes météorologiques journalières, et maintenant les cartes publiées quotidiennement par le Bureau météorologique français contiennent ces indications. On a ainsi les courbes isothermes absolues ; mais il serait intéressant aussi d'en tracer d'autres <iui représenteraient, non pas la température absolue, mais la différence existant

FROID (physiologie). 131

pour chaque point entre la température actuelle observée et la température moyenne du mois correspondant. Ces courbes donneraient des indications générales parce que les causes locales seraient éliminées, ces causes agissant à la fois et sur la température actuelle et sur la température moyenne. C'est par des considérations de ce genre que Kaemtz a découvert l'existence d'une distribution anomale de la température du 29 janvier au 4 février 1837, et correspondant à un pôle temporaire de froid dans les environs de Kœnigsberg ; autour de ce pôle, les différences de température étaient assez régulièrement disposées par zone. La comparaison de courbes de ce genre avec les courbes d'égale pression et avec la distribution des vents fournirait, croyons-nous, d'intéressantes relations.

Nous devons nous borner à ces considérations générales, et nous terminerons cet exposé rapide par une indication des froids observés en un certain nombre de points du globe en nous bornant à signaler les températures inférieures à —20°.

LIECX.

LATITUIIES.

TEMPÉBATUIIES MIMMA.