PROFESSEUR A LA FACULTÉ DES SCIENCES DE LILLE

I, — On sait depuis fort longtemps que les liquides placés dans des tubes étroits ou capillaires n’obéissent pas aux lois générales de l’hydrostatique.

Des exceptions analogues se présentent le long des parois des vases qui contiennent les liquides, toutes les fois, en un mot, que les molécules liquides ne sont pas entourées de molécules identiques. On donna par suite le nom de capillarité à la partie de la physique qui s’occupe de l’étude de tous ces phénomènes exceptionnels. Outre les recherches nombreuses expérimentales sur les lois des phénomènes capillaires, des théories mathématiques furent données par Clairaut, Laplace, Poisson, Gauss et Thomas Young. La théorie proposée par ce dernier, au commencement de ce siècle, eut d’abord peu de succès; mais, aujourd’hui, elle est adoptée par presque tous les physiciens; elle a l’avantage d’être plus simple, plus élémentaire, plus physique et de rendre compte de tous les faits aussi clairement que les autres théories.

II. — Avant d’aborder l’étude des phénomènes capillaires, je rappellerai sommairement les propriétés générales des liquides. Ceux-ci se distinguent des solides par la mobilité de leurs molécules, ce qui leur permet de prendre la forme des vases qui les contiennent. Si l’on déforme un corps solide, il se développe entre les molécules des forces élastiques ayant pour effet de ramener ces dernières à leurs positions d’équilibre. Ces forces sont, suivant le mode de déformation, de trois espèces :

Répulsives, si l’on a comprimé le corps ;

Attractives, si l’on soumet le corps à une traction;

Tangentielles ou de glissement, quand le corps est soumis à une torsion ou à un effort tendant à en faire glisser une partie par rapport à l’autre.

Les liquides jouissent des deux premières forces élastiques, puisque, d’une part, ils sont compressibles; on peut, en outre, dans une faible mesure, soumettre une colonne liquide à une traction. Quand on plonge, en effet, une tige de verre dans de l’eau et qu’on la soulève ensuite au-dessus du niveau du liquide, elle entraîne avec elle une petite colonne de liquide soumise évidemment à une véritable traction, tant que cette colonne adhère à la tige et au liquide; mais

(1) Cette notice est extraite d’une étude plus étendue sur la capillarité qui paraîtra prochainement.

elle se rompt rapidement dès que la tige de verre est un peu trop soulevée. La propriété, du reste, que possèdent les liquides de propager les vibrations sonores, de la même façon que les solides et les gaz, c’est-à-dire par ondes condensées et dilatées, démontre évidemment qu’il doit se produire des forces attractives, quand les distances des molécules sont rendues plus grandes qu’à l’état d’équilibre. Mais ce qui distingue essentiellement les liquides des solides, c’est l’absence totale ou presque totale de résistance au glissement ou au roulement des molécules les unes autour des autres. De là découlent les propriétés suivantes, d’où l’on déduit les principes fondamentaux de l’hydrostatique et qui sont:

1° Les pressions des liquides contre les parois des vases qui les contiennent, ou à l’intérieur sur un élément plan (portion d’une paroi fictive) sont toujours perpendiculaires à ces surfaces.

2° Si l’on exerce une pression sur la surface libre d’un liquide, cette pression se transmet intégralement dans tous les sens; en un mot, quand un liquide est comprimé, il reste homotrope, c’est-à-dire monoréfringent et jouit des mêmes propriétés dans toutes les directions (un corps solide, déformé, en général devient hétérotrope et biréfringent).

3° Autour d’un même point dans un liquide s’exercent, dans toutes les directions, des pressions égales et de sens contraires, ayant la même valeur, quelle que soit cette direction.

Ces propriétés fondamentales des liquides s’expliquent facilement, si l’on admet qu’ autour d’une molécule quelconque, dans l’intérieur du liquide, les autres molécules en très grand nombre, renfermées dans une sphère de rayon infiniment petit (le rayon d’activité moléculaire), sont disposées d’une manière identique dans toutes les directions. Mais évidemment il n’en sera plus de même pour les molécules situées dans le voisinage immédiat de la surface libre, ou des parois, ou d’un autre liquide. Les actions moléculaires, si intenses, dont la valeur propre disparait dans l’intérieur du liquide, parce qu’elles se font équilibre, peuvent, dans ces conditions, donner naissance à des forces très considérables qui produisent toutes les perturbations qui constituent l’ensemble des phénomènes capillaires.

III. — Tension superficielle des liquides. — Soit AB la surface libre d’un liquide (fig. 1) et m une molécule assez éloignée de la surface libre; menons autour de cette molécule une sphère de rayon p très petit nommé rayon d’activité moléculaire, sphère qui renferme toutes les molécules dont l’action sur le centre est appréciable. Comme il a été dit plus haut, la régularité de constitution de cette sphère détermine l’égalité des pressions et l’identité de toutes les propriétés du liquide autour de cette molécule. Mais si la molécule est située à une distance de la surface moindre que p, en m' par exemple, cette régularité de constitution n’existe plus ; car il y a encore symétrie par rapport à un plan vertical mené par la molécule et non par rapport à un plan horizontal ou oblique, puisque l’action de la calotte sphérique inférieure remplie de liquide (en supposant celui-ci honngène) n’est pas contrebalancée. Cette hétérogénéité va en augmentant jusqu’à ce que 'la molécule soit située en m” dans la surface ellemême. Il résulte de ce fait qu’à partir de la surface libre, il doit exister une

couche de liquide d’une constitution particulière et d’une certaine épaisseur où l’égalité des propriétés dans toutes les directions, c’est-à-dire l’homotropie du liquide, ne peut plus exister. Si l’on admet que les molécules soient soumises à des forces attractives réciproques, il faudra pour la molécule m', par exemple, que la portion de liquide située au-dessus du plan horizontal XY, mené par le

Fig. 1.