CHAPITRE PREMIER

i , Qu* est-ce que la chaleur ? — Les arguments sans nombre que les métaphysiciens ont entassés sur cette question, et qui encombrent les bibliothèques du moyen âge, n'auraient d'autre effet que de déconcerter l'esprit du lecteur, de tendre à l'empêcher de comprendre facilement les faits actuels et d'en saisir la portée. Depuis les temps les plus anciens, les idées que l'homme s'est formées des causes des phénomènes de l'univers et de leurs relations n'ont pu être qu'inexactes ou incomplètes, en raison de l'ignorance volontaire de cette grande vérité, que la physique est une science d'expérimentation et non d'intuition. Aucun raisonnement à priori ne saurait nous conduire à la démonstra^ ion d'une seule vérité physique ; nous devons faire tous nos efforts pour découvrir ce qui est, et non pour chercher à deviner ce qui aurait pu être, ou pour décider présomptueusementde ce qui aurait dû être. Peu nous importe donc

de connaître ce qu'A'ristote ou Bacon ont enseigné, ou ce que Locke ou Descartes ont imaginé sur la nature de la chaleur.

2. Il serait peu profitable de perdre son temps à tracer une esquisse historique de l'origine de notre sujet. Ce travail serait, sans doute, très-attachant, mais il ne parait pas que les matériaux nécessaires soient encore rassemblés. La marche rapide des découvertes modernes rend cette esquisse, non-seulement inutile, mais nuisible au progrès du physicien qui consacrerait trop de temps et de peines à l'étude des commencements de sa science. Tandis qu'à pas incertains, il remonterait à la source, ses contemporains seraient emportés avec une vitesse toujours croissante par le courant du fleuve, qui, de plus en plus large et profond, les entraine vers le grand océan de la vérité, qui s'étend devant eux, encore inexploré.

3. Dans le monde physique, nous ne reconnaissons que quatre notions élémentaires ou premières, en outre des idées de temps et d'espace^ qui s'imposent d'elles-mêmes : ce sont la Matière, la Force, la Position et le Mouvement ; et nous disons que la matière possède l'Énergie en vertu de sa position ou de son mouvement. Il est manifeste que le mouvement n'est que l'acte de changer de position. La Force sera pour nous Tagent de toute variation du mouvement, ou (ainsi qu'on le comprendra mieux après la lecture du second chapitre) la mesure de la tendance de l'énergie à se transformer. Tant que nous ne connaîtrons pas la nature intime de la matière, il serait prématuré de disserter sur la nature ultime ou dernière de la Force, quoique nous ayons quelques raisons de supposer qu'elle dépend de l'action immédiate d'une matière extrêmement ténue, répandue partout dans Tespace, Mais, sans aller au delà de nos quatre notions élémentaires, il est évident que toute conception

d*uû phénomène phyâique doit être rapportée à Tune d'entre elles. A laquelle appartient donc la chaleur?... Dans les anciennes idées, la chaleur était de la matière, ou, suivant quelques philosophes, de la force. Ce n'est que depuis un siècle environ que des preuves se sont peu à peu accumuléeSy démontrant que la chaleur sensible ou thermométrique dépend du mouvement^ tandis que la prétendue chaleur latente de Black pourrait bien ne pas être du tout de la chaleur et dépendre de IsC position; en d'autres termes, la chaleur, ou sensible, ou latente, serait une des formes de l'énergie. Ce sont là des assertions étonnantes et inattendues, mais elles seront pleinement justifiées et exposées avec quelque développement dans le cours de cet ouvrage.

4. Ainsi, il apparaît que, des quatre hypothèses possibles sur la nature de la chaleur, ce sont précisément les deux fausses, qui, jusqu'à ces derniers temps, ont été presque universellement adoptées. Après cela, quelle confiance pourrait-on avoir dans la solution métaphysique d'un problème de physique expérimentale?... Qu'on ne perde jamais de vue une si grave leçon 1 On ne peut voir une réfutation plus méritée et plus complète des sophismes et des rêveries scolastiques; et quel avertissement salutaire pour le philosophe qui se laisserait entraîner vers les arguments à priori^ comme plus élevés et moins pénibles que les* travaux de l'expérimentation 1... Osons même dire que le chercheur méprisé du mouvement perpétuel est moins à blâmer que le métaphysicien qui prétend découvrir les lois de la nature ; celui-là, au moins, à ses risques et périls, mais aussi à son honneur, fait appel à l'expérience pour lui demander la confirmation de ses théories ; tandis que l'intelligence puissante de son rival, dédaignant les puériles combinaisons d'appareils^ teut que, pour elle, toute yérité soit intuitive; ou même qpie tout ce qu'elle ne peut comprendre ne puisse pas être

vrai t.. . Mais, heureusement pour le progrès de rhumanîté, les temps où de pareils enseignements avaient quelque autorité seront bientôt passés.

5. Lorsque la chaleur, sous le nom de Calorique^ était regardée comme une matière, il fallait admettre qu'on ne pouvait ni la créer, ni la détruire, par aucun moyen à la portée de l'homme. Et cependant, on a dû aux recherches patientes et à l'esprit ingénieux des partisans de cette théorie un grand nombre d'explications très-plausibles de phénomènes physiques curieux et intéressants. Ainsi, il était naturel de supposer que, lorsque le calorique entrait dans un corpSy ou plutôt se combinait avec lui, ce corps devait se dilater; et, dans le cas même où réchauffement produirait une contraction, on pourrait recourir pour sauver la théorie^ à des analogies séduisantes; celles, par exemple, des • mélanges d'eau et d'alcool, ou de l'alliage de cuivre et d'étain, dans lesquels le volume du composé est considérablement moindre que la somme des volumes des composants, quelquefois même que le volume de l'un et de l'autre, comme Faraday l'a fait voir pour la combinaison de l'oxygène et du potassium. La conduction de la chaleur, ou le passage du calorique d'un corps à un autre, ou d'une partie à une autre d'un même corps, ne présentait pas non plus de difficulté. Il en était de même des expériences qui mirent en évidence ce qu'on appelait (d'après les principes de cette théorie) la chaleur spécifique des corps ; il suffisait d'admettre que différents corps, dans leur combinaison avec le calorique, en exigent des proportions différentes pour produire des effets égaux sous forme de changement de tem« pérature. Ainsi, en prenant pour unité la chaleur spécifique de l'eau^ celle du mercure est de 0,033, c'est-à-dire que 1 kilog. d'eau, pour produire une variation donnée de tem« pérature (mesurée au thermomètre), absorbe 30 fois plus

de calorique que 1 kilogramme de mercure. Le fait que, en chauffant de la glace, on n'observe] aucune élévation de température, quelle que soit la quantité de chaleur fournie, tant que toute la glace n'est pas fondue ; ainsi que les phénomènes semblables qui se manifestent dans tous les cas de fusion, de liquéfaction, d'ébuUilion et de vaporisation, amenèrent Black à proposer la doctrine de la chaleur latente. On disait que l'eau ne diffère de la glace à la même température, que par sa combinaison avec un équivalent défini de calorique ; que la vapeur qui s'échappe de l'eau bouillante contient une quantité bien plus considérable de calorique que celle-ci, quoiqu'au thermomètre, elle accuse la même température, etc. A l'aide d'idées analogues, tous les cas similaires se ramenaient directement et sans peine à la théorie du calorique . On supposait que la quantité de calorique qui se trouvait ainsi dissimulée était employée à modifier l'état moléculaire du corps, sans altérer sa température ; de là le nom de chaleur latente. En ce qui concerne les faits dont nous venons de parler, et même un grand nombre de phénomènes dans lesquels la chaleur joue un rôle, nous ne devons pas hésiter à reconnaître que les explications données par la théorie matérielle sont très-satisfaisantes, quoique, dans beaucoup de cas, elles deviennent embarrassantes et d'une application difficile.

6. Mais un autre genre de phénomènes, pourtant trèsordinaires, ne semblait pas se prêter à une application * aussi aisée de cette théorie, par exemple, le développement de la chaleur par le frottement ou le choc ; et l'on doit reconnaître que plusieurs des plus ardents adeptes de l'hypo- ^èse du calorique avouèrent franchement que, dans cette circonstance, leurs explications n'étaient pas tout à fait satisfaisantes. La tendance générale de ces explications était de présumer une diminution de la capacité pour le calorique,

provenant de la désagrég^'tion causée par le frottement o^ de la compression produite par le choc; quoiqu'il fût extrêmement difficile de concevoir comment deux effets contraires pouvaient tous deux donner lieu à une diminution de capacité. Et Ton essayait en vain de tourner la difficulté, en admettant que le frottement ou la pression faisaient varier la chaleur latente aussi bien que la capacité.

7. Jamais il n'y eut de meilleur exemple des déplorables conséquences qu'entraîne une longue adhésion à une fausse théorie, que dans le cas de cette matérialité hypothétique de la chaleur. Les savants du dernier siècle en étaient tellement imbus que, lorsque Davy, par une expérience trèssimple, donna la preuve décisive d'une création actuelle de chaleur^ l'argument qu'on devait en tirer contre la matérialité de la chaleur, attira à peine leur attention et fut même traité, par ceux qui daignèrent s'en occuper, de conception hasardée et extravagante. Il est certain que Davy lui-même s'égara dans son argumentation-, en prenant pour base de son raisonnement l'hypothèse d*un changement de capacité ; et qu'il s'exposa à être victorieusement réfuté par quelque habile partisan de la doctrine du calorique, qui, tout en maintenant la matérialité de la chaleur, aurait consenti à se débarrasser d'un ou deux des dogmes les moins essentiels de son école....

8. Mais l'expérience de Davy, convenablement interprétée, tranche tout à fait la question, et, malgré la faiblesse des arguments qu'il en tira (sous Tinfluence de l'opinion alors prédominante de la théorie du calorique), elle était pour lui parfaitement concluante. Il établit, sous une forme singulièrement brève et lucide, les principes fondamentaux de la vraie théqrie, dans un traité qui forme une partie des Contjri^utions tq phyisiçal and médical knowledge^ principally

frwa the West of Englandj colkcted by Thomas Beddoes^ M. Z>., publiées à Bristol, en 1799.

9, Davy commença par faire frotter l'un contre l'autre deux morceaux de glace, jusqu'à ce qu'ils fussent presque entièrement fondus par le frottement. Il en résulta de l'eau un peu au-dessus du point de congélation. Et voici son argumentation : a Cette expérience montre avec évidence que la glace a été convertie en eau par le frottement; ainsi, d'après les hypothèses admises, sa capacité aurait dû diminuer ; mais c'est ua fait bien connu que la capacité de Teau pour la chaleur est beaucoup plus grande que celle de la glace, et que la glace doit ibsorber une quantité définie de chaleur avant de se convertir en eau. Tl s'ensuit donc que le frottement ne diminue pas la capacité des corps pour la chaleur. » Afin de faire voir qu'il n'avait pas été soustrait de chaleur aux corps environnants, il dispose deux pièces de métal de manière qu'elles frottent l'une Contre l'autre, par TefTet d'un mouvement d'horlogerie. L'appareil fut installé sur un bloc de glace à la surface duquel on avait creusé une rainure contenant de l'eau à l'état liquide ; et l'on plaça le tout dans un récipient où l'on fit le vide parfait à l'aide d'un moyen bien connu aujourd'hui, l'absorption du gaz acide carbonique par la potasse caustique. Ici, encore, de la chaleur fut développée par le frottement, et l'on ne pouvait pas dire qu'elle provenait de la glace (puisque l'eau en contact avec celle-ci n'était pas gelée), ni des corps environnants (puisqu'elle aurait dû passer à travers la glace et la fondre, et que l'état de la glace n'était pas altéré). Après ces expériences parfaitement concluantes, Davy continue ainsi :

a La chaleur donc^ ou cette puissance qui empêche ks molécuks des corps d^ arriver au contact immédiat y et qui est la cause de nos sensations de chaud et de froid^ peut s^expli-

quer comme étant un mouvement particulier^ probablement vibratoire^ tendant à éloigner les molécules les unes des autres. On peut rappeler) proprement un mouvement ré-, pulsif.

Un corps quelconque peut exister dans différents états^ et ces états dépendent des différences d'action attractive ou répulsive exercée sur ses molécules^ ou, en d'autres termes^ de leurs différentes quantités d'attraction et de répulsion, i>

10. Qu'il nous soit permis, en passant, de faire remarquer incidemment quelle immense simplification se trouve ainsi introduite d'un seul coup dans notre conception des lois qui régissent les forces intermoléculaires. En quelques mots, Davy a pour toujours réduit à néant les ingénieuses mais fausses spéculations de Boscowich et de son école, qui représentaient la loi à laquelle obéissait la force s'exerçant entre deux molécules, par une série compliquée d^attractions et de répulsions alternatives, se succédant à mesure que lar distance diminuait; conception si éloignée de la simplicité que nous présente la loi de la gravitation, qu'il est étonnant que Ton ait pu la proposer sérieusement.

11 . Davy pensait à la gravitation, lorsque, pour expliquer l'effet du mouvement répulsif, contre-balançant l'attraction dans la cohésion des corps, il recourait à la comparaison très-juste du mouvement orbitaire, qui maintient la planète à distance du soleil. Nous n'essayerons pas de le suivre plus loin dans les développements de sa découverte; on verrait qu'égaré par sa croyance à la théorie corpusculaire de la lumière, il se trompe, en commettant, il est vrai, une méprise ingénieuse. Cela n'a rien à faire avec notre sujet, et [quoique, aujourd'hui, on ait reconnu son erreur, ces travaux sont dignes de leur auteur.