Mém. del’Acad., année 1699, p

lai qu’à l’aide d’un tube étroit. Ce vase séparé dans lequel la vapeur vient par intervalles se précipiter, c’est le condensateur de la machine h double effet, où l’atmosphère n’a plus d’action. Dans la machine de Newcomen, dite machine atmosphérique, la vapeur venait se condenser dans le corps de pompe même par l’injection d’eau froide, de manière à former un vide au-dessous du piston, qui s’abaissait dès lors par la seule force de pression atmosphérique.! Dans la machine de Watt, le corps de pompe est fermé dans le haul| par un couvercle métallique, percé seulement à son centre d’une ouverture garnie d’étoupe grasse et bien serrée, à travers laquelle la tige cylindrique du piston se meut librement, sans pourtant donner passage à l’air ou à la vapeur. Le piston partage ainsi le corps de pompe en deux capacités fermées et distinctes : quand il doit descendre, la vapeur de la chaudière arrive librement dans la capacité supérieure par un tube disposé à cet effet, et pousse le piston de haut en bas, comme le fait l’atmosphère dans la machine de Newcomen. Ce mouvement n'éprouve aucun obstacle, attendu que, pendant qu’il s’effectue, le dessous du corps de pompe est en communication avec le condensateur. Dès que le piston est entièrement descendu, les choses se trouvent complètement renversées par le jeu de deux robinets : la vapeur, fournie par la chaudière, ne peut se rendre qu’au-dessous du piston qu’elle soulève ; et la vapeur supérieure qui, l’instant d’avant, déterminait le mouvement descendant, va se résoudre en eau dans le condensateur, avec lequel elle se trouve à son tour en libre communication. Le jeu contraire des mêmes robinets replace toutes les pièces dans l’état primitif, dès que le piston est arrivé au haut de sa course. La machine marche ainsi indéfiniment avec une puissance à peu près égale, — les anciens l’auraient nommée le mouvement perpétuel, — soit que le piston monte, soit qu’il descende ; mais la dépense de vapeur est exactement le double de celle qu’une machine atmosphérique ou à simple effet aurait occasionnée. Si la chaudière est en libre communication avec le corps de pompe pendant tout le temps du mouvement alternatif du piston, il se produira une vitesse nuisible aux limites des excursions du piston. Pour obvier, à cet inconvénient, Walt imagina de fermer le robinet par lequel arrive la vapeur quand le piston est aux deux tiers de sa course, et de lui faire parcourir le tiers restant, par la vitesse acquise. Les effets d’une vitesse nuisible sont ainsi prévenus ou affaiblis, et en même temps il y a économie de combustible. L’invention capitale de Watt, qui eut pour point de départ

la possibilité de condenser la vapeur dans un vase entièrement séparé du cylindre où s’exerce l’action mécanique, date de 1765 l.

Les machines de Watt furent employées à Soho, dans la manufacture de Boulton, où se fabriquaient des ouvrages d’acier, de plaqué, d’argenterie , d’or moulu, etc. De là elles se répandirent bientôt dans les principaux établissements industriels de l’Angleterre. L’emploi de la vapeur comme moteur ne tarda pas à être suivi de l’invention des pyroscaphes. Le premier bateau à vapeur fut construit, en 1775, par Perrier : on en fit l’essai sur la Seine; mais la force obtenue était si faible que , pour faire marcher le bateau en amont, il fallait le concours d’un cheval *. L’abbé Darnel, le marquis de Jouffroy, Filch et d’autres s’occupèrent depuis lors de la même invention; mais ce fut Fulton qui, par une patience à toute épreuve, parvint à la mettre au jour. Pendant son séjour à Paris (de 1796 à 1802), ce mécanicien américain inventa d’abord plusieurs engins maritimes. Puis il construisit un bateau à vapeur qui fut essayé (en août 1803) avec succès sur la Seine. Non encouragé par le gouvernement français, il revint en Amérique, où son application de la vapeur à la navigation reçut, en 1807, la sanction définitive de l’expérience.

L’application de la vapeur aux transports sur terre ( chemins de fer ) paraît remonter à 1755. Mais les premiers essais de Gautier en France et d’Evans en Amérique ne furent ni encourageants ni encouragés. Ce n’est qu’en 1802 que Vivian et Trevithick parvinrent k appliquer avec succès la vapeur au mouvement des roues, à la traction des véhicules servant au transport de la houille en Angleterre. Quelques années plus tard (la date précise est inconnue) on songea à faire rouler les véhicules sur des barres de fer {rails) et à les employer au transport non-seulement des marchandises, mais des voyageurs.

La question mécanique marcha concurremment avec l’élude physique de Yélasticilé de la vapeur. B. de Saussure fut le premier à examiner les effets de la vapeur qui se dégage de l’eau, dans le vide, k des degrés de chaleur inférieurs à celui de l’eau bouillante. Mais ce n’est que depuis le travail de Bétancourt ( Mémoire sur la force expansive de la vapeur d'eau) que l’on a commencé à étudier la pro-

1. Voy. Arago, Notice sur Watt, et notre article Watly dan? la Biographie generale.

2. Marestier, Mémoire sur les bateaux à vapeur, Paris, 1824, in-4“.

gression de la force expansive de la vapeur en rapport avec la température. Dans son mémoire présenté à l'Académie de sciences, en 1790, Bétancourt a exposé les résultats de ses expériences eu quatre colonnes, dont chacune est relative à un cerlain volume d’eau introduit dans une chaudière. « On voit, dit le Rapport académique, que les accroissements de la force expansive sont d’abord très-lents, qu’ils augmentent ensuite graduellement, et qu’ils finissent par devenir très-rapides. Par exemple, la force de la vapeur à 80 degrés est, comme on sait, de 23 pouces, et pour une augmentation de 30 degrés seulement de température, elle devient de 98 pouces, c'est-à-dire trois fois et demie plus grande. Pour exprimer analytiquement la relation qui existe entre les degrés de température de la vapeur et sa force expansive, l’auteur emploie un procédé de M. de Prony. Ce procédé consiste à regarder les hauteurs des colonnes soulevées comme les ordonnées d’une courbe, dont les degrés de température sont les abscisses, et à faire les ordonnées égales à la somme de plusieurs logarithmiques, qui contiennent deux indéterminées et en déterminent ensuite ces quantités, de maniéré que la courbe satisfasse à un nombre suffisant d’observations prises dans toute l'étendue des expériences

Les anomalies très-petites que l’on y observe sont infailliblement l’effet des erreurs inévitables dans les observations et dans les graduations des échelles de l’appareil, en sorte que l’on peut regarder les phénomènes comme très-bien représentés par la formule1. » Avant Bétancourt, un physicien de Bâle, nommé Zeidler, avait essayé de déterminer la force variable de la vapeur suivant les degrés du thermomètre et du baromètre. Il s’était servi pour cela de la marmite de Papin. Mais la méthode employée par lui, différente de celle de Bétancourt, donna des résultats peu certains. Schmidt. Biker et Rouppe continuèrent l'œuvre de Bétancourt. Ce fut Daltoa qui y contribua plus puissamment qu’aucun de ses prédécesseurs. Il remarqua le premier que, pour trouver la loi de progression que suivent les tensions de la vapeur, il faut les étudier, non-seulement aux températures élevées, mais aux températures basses a. Il trouva que pour la vapeur d’eau la force d’expansion suit une progression

1. Rapport fait au Louvre le 4 sept. 1790, et signé de Borda, Brisson, Monge.

2. Mémoires of the literary and phtlosoph. Society of Manchester ; vol. II, P. II, p. 550.

MOUVEMENT

géométrique dont l’exposant, au Heu de demeurer constant, diminue insensiblement. En multipliant et généralisant ses expériences, il découvrit que tout fluide élastique, soluble ou non dans l’eau, se dilate d’une quantité égale pendant qu’il monte de la température de la glace à celle de l’eau bouillante, et que .son volume primitif s’augmente d’un peu plus d’un tiers; en d’autres termes, les gaz permanents se dilatent de 0“ à 100° dans le rapport de 100 à 137,5.

La mesure des tensions de la vapeur d’eau à des températures supérieures à 100” acquit bientôt un intérêt pratique de premier ordre. En 1828, le gouvernement français nomma dne commission spéciale, dont Arago et Dulong faisaient partie, pour étudier cette question. Ces deux physiciens firent trente observations, également espacées entre 100° et 224°, et qui correspondaient à des pressions comprises entre 1 et 24 atmosphères *. Il resta quelque doute sur l’exactitude des dernières mesures ; car la chaudière, assez mal construite, fuyait tellement aux pressions élevées, qu’elle conservait peu d’eau dans l’intérieur. En 1830, le gouvernement des États-Unis fit reprendre le travail de la commission française. Les physiciens américains, sans se mettre en frais d’invention, copièrent servilement les appareils des physiciens français ou y apportèrent des modifications insignifiantes; ils suivirent en tous points la même méthode. Cependant les résultats ainsi obtenus étaient loin d’être concordants avec les premiers : ils en différaient de plus en plus avec l’élévation de la température, et à 16 atmosphères ou à 175“ environ, la différence était devenue égale à 0,65 atmosphère. Ce désaccord nécessita de nouvelles recherches. Elles furentfaites en 1843 presque simultanément par M. Magnus à Berlin et parM. Régnault à Paris. Ces deux physiciens arrivèrent, chacun de son côté, à des résultats presque identiques. M. Régnault se servit de la méthode indiquée par Bélancourt et perfectionnée par Dulong. Cette méthode repose sur ce fait général qu'à la température de l’ébullition d’un liquide la force élastique de sa vapeur est égale à la pression qu’il supporte, et que, par conséquent, si l’on fait bouillir l’eau dans une enceinte fermée sous des pressions progressivement croissantes, le liquide atteindra des températures d’ébullition qui croîtront en même temps. A ces températures qu’on n’a ensuite qu’à mesurer, la force élastique de la vapeur est égale à la pression exercée. La marche des expériences est représentée par une courbe, comme

i. Annales de Physique et de Chimie, t. X.

Pavait déjà fait Bétancourt sur les indications de Prony. M. Régnault s’est arrêté à 230° sous une pression approximativement égale à 30 atmosphères. La description détaillée de ces expériences, avec les tableaux qui en ont été déduits, forme le tome XXI des Mémoires de l’Académie des sciences, sous le titre de : Relation des expériences entreprises par ordre de M. le ministre des travaux publics et sur la proposition de la Commission centrale des machines à vapeur pour déterminer les principales lois et les données numériques qui entrent dans le calcul des machines à vapeur.

M. Régnault a aussi fondé sur la loi de l’ébullition la construction d’un thermomètre hypsométrique. Cet instrument remplace avantageusement le baromètre pour toutes les mesures d’altitude qui n’exigent pas une trop grande précision. La différence de niveau entre deux stations où l’on a observé les températures d’ébullition, t, V, peut se calculer par la formule (déduite de la formule barométrique) h = 300m (( — t').

En traitant de l’ébullition, nous ne saurions nous dispenser de parler d’un phénomène qui a été particulièrement étudié par M. Boutigny. On savait depuis longtemps qu'un peu d’eau projetée sur une plaque ou capsule métallique chauffée au rouge blanc, loin de bouillir et de s'évaporer, y formait des globules, doués de mouvements plus ou moins saccadés, globules qui, par leur forme, rappellent ceux du mercure dans les vases que celui-ci ne mouille pas. Mais il a fallu venir jusqu’à nos jours pour bien analyser ce phénomène et découvrir ce qui s’y passe. On reconnut d’abord que tous les liquides se comportent comme l’eau, que l’acide sulfureux et l’acide carbonique liquides même se maintiennent à l 'état sphèroidal, sans bouillir, dans des capsules portées à une température très-élevée. Mais s’il n’y a pas d’ébullition, il y a toujours une certaine évaporation, qui explique le3 mouvements vibratoires des globules. Si la température devient trop basse, si elle est descendue, pour l’eau à 140% pour l’alcool à 134°, pour l’éther à 61°, les liquides abandonnent l’état globuleux et entrent immédiatement en ébullition. Cela prouve, comme le montra M. Boutigny, que la température de l'intérieur des globules est inférieure à celle du point d’ébullition. Parlant de ces données, il fit une des plus curieuses expériences de physique en produisant de la glace dans un creuset de platine rougi au feu. Il employa à cet effet l’acide sulfureux liquide, qui bout à 10» au-dessous de 0*; l’eau qu’on y introduit se congèle à l’instant. L’état globulaire, maintenu par une évaporation très-rapide et un

MOUVEMENT

absorption de chaleur latente qui abaisse la température de la goutte au-dessous de celle de son point d’ébullition, explique comment on peut, sans aucun danger, subir l'épreuve du feu en trempant la main dans de la fonte de fer liquide ou dans un bain d’argent en fusion. On s’explique aussi par là l’explosion des chaudières incrustées de sels calcaires. Cette incrustation fait que les parois de la chaudière doivent être chauffées presque jusqu’au rouge pour que la vapeur puisse se former ; et quand la couche pierreuse vient à se briser, l’eau se trouve en contact avec une paroi métallique suréchauffée; il suffit alors que la chaudière se refroidisse jusqu’à IÛ0“, pour qu’il y ait une ébullition instantanée et par suite un danger imminent d’explosion.

Propagation de la chalenr. — On savait depuis Archimède et probablement avant ce physicien-géomètre que les rayons du soleil, reçus sur un miroir métallique concave, se réfléchissent pour former par leur réunion un double foyer de lumière et de chaleur. On appliqua dès lors le nom de rayon à la chaleur aussi bien qu’à la lumière, et l’on soupçonna que ces deux agents pourraient bien suivre les mêmes lois.

En 1682, Mariolte fit plusieurs expériences sur la chaleur. Il fil voir, entre autres, que la chaleur du feu est sensible au foyer d’un miroir ardent qui la réfléchit, et que si l’on place un verre entre le miroir et son foyer, la chaleur n’est plus sensible. Cette expérience mit hors de doute la réflexion de la chaleur ; en même temps elle signala un fail qui devait être plus tard mieux élucidé.

Scheele, dans son traité de Aere et Igné, se servit le premier de l’expression de chaleur rayonnante , depuis lors universellement adoptée. Il montra que les rayons de chaleur se réfléchissent suivant les lois de la catoptrique, à savoir, que l’angle d’incidence est égal à l’angle de réflexion , et que le plan d’incidence se confond avec le plan de réflexion.

Lambert, dans sa Pyrométrie (Berlin, 1779), et Pictet, dans la Bibliothèque britannique, ont les premiers distingué la chaleur rayonnante en lumineuse et en obscure. Pictet imagina une expérience qui a été souvent répétée depuis. Il se servait de deux miroirs concaves, mis à vingt-quatre pieds l’un de l’autre; par la cha- - leur d’un charbon incandescent, placé au foyer de l’un de ces miroirs, il enflammait un corps combustible, placé au foyer de l’autre. Les physiciens crurent que dans cette expérience, comme dans celle de la lumière solaire, c’étai* chaleur lumineuse qui déterminait la

combustion. Lambert ne partagea pas cette opinion, et il attribua l’effet obtenu à l’action de la chaleur obscure; car en réunissant au foyer d’une lentille la lumière d’un feu très-ardent, allumé au foyer d’une cheminée, il avait remarqué qu’on obtenait à peine une chaleur sensible.

L’idée de Lambert fut reprise par B. de Saussure. « J’ai pensé, dit-il, que si, au lieu de charbon embrasé, on plaçait au foyer de l’un des miroirs un boulet de fer très-chaud, mais non pas rouge, et que ce boulet excitât une chaleur sensible au foyer de l’autre miroir, ce serait une preuve certaine que la chaleur obscure peut, comme la lumière, se réfléchir et se condenser en un foyer. Comme je ne possédais pas cet appareil, j’ai fait cette expérience avec celui de M. Piolet et conjointement avec lui. Ses miroirs sont d’étain, d’un pied de diamètre et de 4 pouces j de foyer. Nous avons pris un boulet de fer de 2 pouces de diamètre ; nous l’avons fait rougir fortement pour qu’il se pénétrât de chaleur jusqu’à son centre; puis nous l’avon3 laissé refroidir au point de n'être plus lumineux, même dans l’obscurité. Alors les deux miroirs étant en face l’un de l’autre, et à 12 pieds 2 pouces de distance, nous avons fixé le boulet au foyer de l’un d'eux, tandis que nous tenions un thermomètre au foyer de l’autre. L’expérience se faisait dans une chambre où il n’y avait ni feu ni poêle, et dont les, portes, les fenêtres et les volets même étaient fermés, pour écarter autant qu’il était possible tout ce qui aurait pu causer des variations accidentelles dans la température de l’air. Le thermomètre au foyer du miroir était, avant l’expérience, à 4*; dès que le boulet a été placé dans l’autre foyer, il a commencé à monter et il est venu en 6 minutes à 14 degrés, tandis qu’un autre thermomètre, suspendu hors du foyer, mais à la même distance et du boulet et du corps de l’observateur, n’est monté qu’à 6 \ degrés. Il y a donc eu dans cette expérience huit degrés de température, produits par la réflexion de la chaleur obscure *, » B. de Saussure et Pietel répétèrent plusieurs fois la même expérience à des jours différents, et les résultats furent toujours les mêmes.

Pictet eut l’idée de remplacer, dans l’un des foyers, la boule chaude par un mélange frigorifique de glace et d’acide nitrique, et il vit, à son grand étonnement, le thermomètre placé dans l’autre foyer descendre à plusieurs degrés au-dessous de zéro. Parlant de