CHAP. I. — CAPILLARITÉ

le disque horizontal , de l'autre on met des contre-poîds, et quand réquilibre est établi , on approche une surface liquide jusqu'à Finstant où elle touche la surface inférieure du disque ; alors on ajoute peu à peu et sans secousse des poids du coté opposé , et l'on note combien il a fallu en ajouter pour rompre l'adhésion. Ce procédé a été imaginé par Taylor, et les résultats qu'en ont obtenus Cigna, Guyton et beaucoup d'autres physiciens, ont donné naissance à de longues discussions. Nous nous contenterons de rapporter ici les résultats de Gay-Lussac. Pour détacher un disque de verre de 118"'î",366 de diamètre,

il a £dlu différents poids suivant la nature des liquides, comme

OD le voit dans le tableau suivant :

IIOM des

ftUBSTÀVCBS.

DBKSITÉ.

TEMPiRA- TUAB.

ppros

nécessaire pour détadier an

disque dont le

diain. = H 8— ,366.

Era

Alcool

Un disque de même diamèti*e , de cuivre ou de quelque autre substance capable d'être mouillée par les liquides , donne exactement le même résultat. Ainsi l'adhésion est , comme la capillarité, indépendante de la nature des solides et dépendante seulement de la nature des fluides. Il est facile d'en concevoir la raison, car, en se soulevant, le disque emporte toujours une couche de liquide. L'effort des poids additionnels n'est donc pas appliqué à séparer les molécules du disque des molécules du liquide, mais bien à rompre la cohésion qui unit les molécules liquides entre elles. Les expériences dont il s'agit donnent donc une mesure de la cohésion du liquide ou de l'attraction qu'il exerce sur lui-même , et Ton voit que cette attraction, toujours très-sensible, est variable dans les divers liquides.

Lorsque la surface du disque est de telle nature qu'elle n'est pas mouillée par le liquide, comme il arrive, par exemple, pour te mercure et le verre , alors le poids qu'on ajoute pour les séparer n'exprime plus la cohésion du liquide , mais aussi il est très-variable, et Gay-Lussac a observé que pour séparer du

mercure un disque de verre de 11 8™™, 366 de diamotre, on de- i ▼ait employer tantôt 296 grammes, tantôt 158, suivant qu'on )\ mettait un temps plus ou moins long à ajouter les poids. Cepen- ^ dant ces expériences font voir d'une manière frappante que, même g dans le cas où un solide n'est pas mouillé par un liquide, il s'exerce j encore entre les molécules du solide et celles du liquide une , attraction plus ou moins forte. Cette conséquence parait être ^ sans exception : seulement, la cohésion du liquide est alofs ^ toujours plus grande que l'attraction que le solide exerce sur lui.

10. Divers effets de 1» eaplIlArlté. — Huyghens observa en 1672 (Journal des saçarUs^ p^^ 111) un fait qui parut alors fort étonnant. Un tube de 70 pouces de longueur et de quelques lignes de diamètre , ayant été bien nettoyé à T alcool , puis rempli de mercure, purgé d*air et retourné avec précaution, toute la colonne resta suspendue dans le tube , il fallut plusieurs secousses légères pour qu'elle se détacliàt du sonunet et prit sa hauteur ordinaire de 28 pouces dans Tintérieur du tube. C'est évidemment un phénomène d'adhésion ; il se reproduit tontes les fois que la surface intérieure du tube est bien nette et Tappareil bien purgé d'air.

Don Casbois fit, vers 1780, une remarque importante pour la construction des baromètres. Ayant fait bouillir le mercure pendant trè&-longtemps dans un tube barométrique, il s'aperçut , après l'avoir retourné , que le sommet de la colonne formait un ménisque à peu près plan , et même plutôt concave que convexe. On voit par ce qui précède que cette forme de ménisque doit avoir une grande influence sur la hauteur des baromètres qui n'ont pas , comme celui de Gay-Lussac , Tavantage d'être corrigés d'avance de tous les effets de la -capillarité. La cause de ce singulier phénomène a été longtemps inconnue, et Ton doit à Dulong une observation qui l'explique complètement : Dulong a reconnu , par des expériences directes , qu'en prolongeant l'ébullition du mercure à l'air, il se forme un oxyde qui se dissout dans le liquide , et cette espèce de dissolution , assez peu différente du mercure par sa densité, en est trèssensiblement différente par ses propriétés capillaires, puisqu'elle acquiert à la lin la propriété de mouiller le verre. Ainsi, pour faire de bons baromètres à cuvette, il faut , autant qu'il est possible, évitiT le contact de Tair pendant TébulUtion du mercure.

GHAP. I. •— CAPILLARITË. m

(kànà au P. Abat Texpérienre suivante : abc (Fig. 18) est ■ tabt recourbé contenant du mercure ; le liquide s*y trouve Sabord an même niveau ac dans les deux branches ; mais si , ifm aroir un peu incliné ce tube de manière que le mercure ■ontf jfss c' et descende vers a\ on le ramène ensuite douce- ■eit dans sa première position , les sommets des colonnes ne «at plos exactement nivelés; celui qui s'était élevé reste plus lan, et eQ même temps sa convexité est plus grande ; Fautre rdf phis bas , et sa convexité paraît moindre. C'est un eflet de Il fane des ménisques, qui montre combien il faut prendre de M dans les observations barométriques, et combien il est Mvaaire à chaque fois de vaincre par de légères secousses if firottement du mercure contre le verre. Pour que le li* ^iie premie sa vériuble hauteur, il faut , comme nous Tavons <1^ dit, que le sommet de la colonne prenne sa véritable

fnnK.

la capillarité ne se manifeste pas seulement au contact des «U» et <les liquides, on l'observe encore entre les solides «waèmes : c'est elle qui retient pressés Tun contre Tautre des phs polis de verre, de marbre, etc., même quand les pressions mnieiires de l'air sont supprimées. On l'observe pareillement faire les solides et les gaz, car en mettant sous le récipient de h machine pneumatique un vase qu'on vient de remplir d'eau , on aperçoit des bulles nombreuses se former sous le liquide , tapisser toutes les parois, et grossir de plus en plus à mesure que la pn^ion diminue. Des feuilles métalliqties, comme l'or battu, présentent ce phénomène d'une manière encore plus sensible, «r ks bulles d'air qui se forment à leur surface après qu'on les a submergées , deviennent , sous le récipient , comme autant de petits ballons qui les font monter ou descendre suivant le degré dépression.

II. De l'eadonaose. — Les phénomènes d'endosmose dé- 'liwerts par Dutrochet méritent d'attirer toute l'attention des p^ifûciens et des physiologistes. Pour en mieux faire comprendre le principe, nous décrirons d'abord l'instrument au moyen du- <piel on peut les rendre sensibles, et que Dutrochet appelle ^ffiosmomètre.

V endosmometre se compose d'un tube a (Fig. 23), d'un réservoir évasé *, et d'une cloison cd. Le tube est de verre ; il peut avoir plusieurs décimètres de longueur et quelques milli-

i6 LIVRE IV. — ACTIONS MOLÉCULAIRES.

mètres de diamètre intérieur ; le réservoir peut recevoir diverses formes et être de verre ou de métal ; dans le premier cas, on le soude au tube, ou bien on y adapte celui-ci comme un bouchon à l'émeri sur le col d'un flacon ; dans le second cas, on peut les sceller ensemble avec un mastic convenable ; la cloison est formée de la substance solide et essentiellement poreuse dont on veut étudier les propriétés ; elle doit fermer l'ouverture du réservoir assez exactement pour que le liquide ne puisse entrer ou sortir qu'en la traçersant.

Voici maintenant les phénomènes que Ton observe quand, par exemple , la cloison est une membrane de vessie fortement ficelée sur les bords du réservoir, et quand il y a de Yalcool à Tintérieur et de Y eau à l'extérieur. L'endosmomètre étant soutenu verticalement dans Teau sans que la cloison touche le fond du vase, l'équilibre méeanique s'établit bientôt entre le liquide intérieur, le liquide extérieur et la tension de la cloison. Soient n le niveau de Teau dans le vase , et ri le niveau de l'alcool dans l'instrument ; après un quart d'heure , il y aura un changement considérable, le niveau n' se sera élevé de plusieurs millimètres^ puis il continuera de s'élever; et si le tube n'a que 4 ou 6 décU mètres de hauteur, on peut s'attendre qu'après un jour le liquide aura gagné lé sommet et coulera par-dessus les bords. Voilà sauf doute un phénomène bien surprenant et bien remarquable. On ne peut l'attribuer ni à la capillarité ordinaire^ car eUe serait à peine capable de maintenir l'alcool à quelques centimètres audessus du niveau extérieur, ni à une diminution dans la capacité du réservoir par la conti^action de la vessie , car il y a au contraire augmentation sensible de capacité par le gonflemeni qu'ell|3 éprouve. Enfin, l'eau s'est infiltrée à travers la vessie, car on la retrouve dans l'alcool , et elle s'est infiltrée malgré la pression qui tendait à la refouler en sens contraire, et qui tendait aussi à déprimer l'alcool pour le ramener à peu près au niveau extérieur /t. Il y a donc endosmose de Veau à Valcool au moyen de la membrane de vessie, c'est-à-dire infiltration en sens contraire des pressions hydrostatiques. Si l'on faisait l'expérience dans un ordre inverse , en mettant l'eau en dedans et l'alcool en dehors , on ne peut guère douter que l'effet inverse ne se manifestât, et que le niveau intérieur de l'eau ne baissât au-dessous du niveau libre de l'alcool ; il serait bon de le vérifier en y apportant quelques précautions qui ne sont point né-

GHAP. I. — CAPILLARITE. 17

cessaires dans rcxpérience directe. On pourrait dire alors qu'il j a exosmose de l'eau à F alcool \ mais il est plus simple de n'employer qu*une seule expression et de dire toujours qu'il j a en» dosmose^ pourvu toutefois que l'on ait soin d'indiquer l'ordre des liquides, et de ne pas exprimer simplement qu'il y a endosmose entre deux liquides, mais endosmose de Vun a Vautre. Dutrochet a reconnu :

1® Qu'il y a endosmose de l'eau à l'eau gommée , à l'adde acétique, à l'acide nitrique, et surtout à l'acide hydrochlorique ; mais qu'il n'y a pas endosmose d'un liquide à lui-même , non plus que de l'eau pure à l'eau étendue d'acide sulfurique , ou réciproquement ;

2^ Que diverses membranes végétales et animales jouissei^t à afférents degrés des propriétés dont jouit la vessie; que des plaques de terre cuite, d'ardoise calcinée, d'argile et en général de substances alumineuses en jouissent aussi, quoique à un trèsfûble degré. (Voy. Ann. de Chim. et de Phys,^ t. XXXV et XXXYU, et l'ouvrage de Dutrochet intitulé : De F Agent immédiat du mouifement vital^ etc.)

Les forces capillaires telles qu'elles ont été considérées jusqu'à présent sont certainement insuffisantes pour produire ces résultats; car elles peuvent bien élever un liquide au-dessus de son niveau 9 mais elles ne peuvent jamais le iaire soitir du tube ou du canal qui le contient, pour l'accumuler et l'étaler sur une grande sm*fiaice un peu plus élevée que le niveau primitif. Ainsi, quand on jdonge dans l'eau Textrémité inférieure d'un tube de venre un peu épais, ayant, par exemple, un centimètre de longueur et un millimètre de diamètre intérieur, le liquide est bien soulevé jusqu'au sommet, puisqu'il monterait jusqu'à 30 millimètres de hauteur; mais, arrivé là, il s'arrête et conserve une courbure dont toute la concavité est au-dessous du plan qui termine le tube.

La même impossibilité se manifeste aussi dans les canaux capillaires les plus irréguliers, m (Pl. 28, Fig. 19) est une mèche de coton, une bande de drap ou une réunion de filaments capillaires quelconques, qui plonge dans l'eau par une de ses extrémités a; le liquide la remplit bientôt, et lorsqu'on la courbe pour abaisser son autre exti*émité b au-dessous du niveau //, on voit lo liquide qui coule goutte à goutte conune dans un siphon trèsétroit; mais dès qu'on relève un peu cette extrémité pour là re- II. «

18 LIVRE nr. — KlflONS MOIJÉGQLAIRES.

vettrO'Su nnreaii je, les gouttes cessent de se former et le liquide ne ]»e«t;^ltis sortir.

Pour escptiquer les phénomènes d'endosmose, îl faut donc Te- ^ conrir à une ifaroe difiërente de U capillarité ordinaire, ^m au «mis à quelque nouirelle fliedificatioa de cette force. C'est ce <ipie Poisson a fait, en s^appuyHiit sur des conndérations que nous regrettons de ne pouvoir développer ici. (Voy. \B.Nou$feUe théorie de faotion napiilaire de Poisson, p. 296.)

iS. laMeatlmiB théorif#a. — La théorie des phénomènes capillaires appartenant essentidlement à l'analyse mathématique, nous devons nous borner à faire connaître les principes fdiysiques sur lesquels les géomètres ont établi leurs calculs, des principes se réduisent, en dernier résultat, 1^ à admettre 'dans cha- ^e liquide "Une force de (lésion particulière, c*est-à-<dire une Icuroe attractive entre les molécides voisines , et 2^ -à admettre enti'e les solides et les liipiides une force eTadhéskm^ c*estâ«dire une autre f(M*ce attractive qui agit entre leurs diveraes molécules. Mais ces deux espèces de forces attractives ne pouvant être caractérisées que par leur intensité reladve pour une même distance , et par la Un suivant laqudle elles décpoîssent à mesure que la distance augooente , on conçoit que, £iute de données sur ce point, on est condamné à choisir entre une Coule «d^hypothèses paiement pstobables, ou du moins également possibles, et que Texplîcation a laquelle on arrive dépend de l'hypothèse qu'on adopte. C'est ainsi qu'on a vu paraître d'abord les théories de iurin , Glairaut , Segner , et plus tard celle de Lapiaceet celle du docteur Young. Jurin attribue l'élévation de l'eau dans les tubes capillaires à l'attraction de la partie annulaire du tube à laquelle le sonunet de la colonne est contigu ; £egner et le docteur Toung considèrent les ménisques qui terminent les colonnes soulevées ou déprimées comme des surfaices élastiques agissant par leurs tensions ; Clairaut, sans entrer dans l'explication détaillée des phénomènes , s'élève en quelque sorte au-dessus de toutes les hypotlièses par la fécondité de son analyse, et dénaontre ce résultat remarquable, savoir : que si la loi d'attraction de la matière du tube sur le fluide ne diffère que par son intensité de la loi de l'attraction du fluide sur lui-même, le fluide s'élèvera au-dessus du niveau, tant que l'intensité de la première de ces attractions surpassera la moitié de la seconde. Si elle en est exactement la moitié , il est facile de s'assurer que le

CEàP. I. — imnCATIONS THÉOBIQUES. i9

fluide aura dans le tube une surface horizontale, et qu'il ne s'élèvera pas au-dessus du niveau. Si les deux intensités sont égales, la surface du fluide dans le tube sera concave, de la forme d'une demi-sphère, et il y aura élévation du fluide. Si l'intensité de l'attraction du tube est nuHe ou insensible , la surface du fluide dans le tube sera convexe, de la forme d'une demi-sphère, et il y aura dépression du fluide. Entre ces deux limites, la surface du Suide sera celle du segment sphérique , et elle sera concave ou convexe, suivant que l'intensité de l'attraction de la matièi^ du tobe sur le fluide sera plus grande ou plus petite que la moitié de celle êe l'atlvaciicm du fluide sur lui-même.

LÊfUmce admet que les forces attractives qui produfient les pimoniàiieft oapittaîres décroissent avec une telle rapidité, qu'elles sont mdles à des distances sensibles; et quand un liquide s'élère dtns un ti^, il suppose qu^one couche infiniment mince de ce ijÊàée «'attache d'abord aux parois du tube, et forme lin tube intérieur qid agit seul par son attraction pour soulever la codcttme et pour la maintenir à une hauteur déterminée qui dépend de kcobésimi du liquide et de sa densité. C'est en partant de ces piÎMcipCft qa'H explique l'ensemble des phénomènes capillaires. {Mécaniqtte céleste, Sispplément au X* livre.) Enfin, Poisson a MUnnliai dans les équations 'générales les variations rapides de densité que les liquides éprouvent près de leurs surfaces libres o« près des parois qui les limitent, et cette considération importante laâ a seni à établir une théorie nouvelle qui se trouve à Tihii des objections *qoe le docteur Young avait âevées contre k ifaéatie At Laplaoe.

20 UVRE lY. — ACTIONS MOLÉCULAIRES.