PREMIÈRE PARTIE

Les propriétés des gaz n’ont pu être étudiées que très récemment, grâce aux perfectionnements merveilleux des procédés d’observation et d’expérimentation. On ne doit donc pas s’étonner que jusque-là ces substances insaisissables, dont la plupart n’ont ni odeur, ni saveur, ni couleur, et n’affectent aucun de nos sens, aient été considérées comme dépourvues de pesanteur, comme distinctes des solides et des liquides, comme établissant en quelque sorte la transition entre les corps réputés grossiers, et la substance ignée ou éthérée qui, dans les idées des philosophes de l’antiquité, était l’élément pur et subtil par excellence, le principe de la chaleur, de la lumière et de la vie.

Ignea convexi vis et sine pondéré cœli Emicuit , summaque locum sibi legit in arce :

Proximus est aer illi levitate, locoque l 2,

dit Ovide. Et plus loin :

Hæc super imposuit liquidum et gravitate carentem Ætliera, nec quicquam terrenæ fæcis habentem'1.

Ces philosophes établissaient une différence notable entre l’air, l’éther, les gaz proprement dits, et les vapeurs, les exhalaisons qui s’échappent des matières terrestres, et qui, selon eux, participent à la « grossièreté » de ces dernières. On retrouve la même pensée chez les alchimistes et les médecins du moyen âge, qui toutefois appliquaient aux gaz et aux vapeurs la dénomination commune d 'esprits, dénomination aussi vague en elle- même que les épithètes de grossier et de subtil, qu’on rencontre à chaque instant dans leurs écrits, et dont ils eussent été fort embarrassés d’expliquer la signification.

Ajoutons, du reste, que, dans le langage de la science moderne, la distinction entre les gaz et les vapeurs ne repose pas non plus sur des caractères bien tranchés et n’est guère que conventionnelle. Les gaz et les vapeurs sont également des fluides élastiques aériformes : seulement, pour les premiers cet état de fluides élastiques est l’état normal, celui qu’ils affectent à la température et sous la pression ordinaire, et qu’ils conservent encore avec plus ou moins de persistance lorsque la pression augmente et que la température s’abaisse. Les secondes sont produites par des corps que la nature nous présente à l’état liquide ou même solide, et ne prennent naissance qu’à la faveur d’une certaine élévation de température, ou d’une certaine diminution de pression. Quant aux propriétés physiques, elles diffèrent peu. On a constaté cependant que, sous l’influence de la chaleur, la force élastique des vapeurs s’accroît plus que celle des gaz; mais c’est encore là une différence purement relative, un effet de la même cause inconnue qui fait que

1 « L’élément igné, qui n’a point de poids, jaillit de la voûte du ciel et vint se placer au sommet. Au-dessous se trouve l’air, qui s’en rapproche le plus par sa légèreté. »

2 «Au-dessus il (Jupiter) plaça l’éther, fluide dépourvu de gravité, et qui n’a rien des impuretés terrestres. »

L’AIR

telle substance a plus de tendance que telle autre à se dilater ou à se contracter, à se liquéfier, à se solidifier, ou à prendre la forme gazeuse, sans qu’il y ait lieu pour cela d’établir entre elles de distinction radicale.

Quoi qu’il en soit, nous nous occuperons seulement ici des propriétés qui appartiennent aux gaz proprement dits, et par conséquent à l’air atmosphérique, sujet de notre étude. C’est, nous l’avons dit plus haut, par l’expérience que les physiciens modernes sont parvenus à déterminer ces propriétés, à rendre évidente la matérialité des gaz, à démontrer qu’ils sont soumis aux mêmes lois que les corps solides et liquides; que comme eux ils participent, bien qu’à des degrés divers, à des attributs essentiels de la matière.

Compression des gaz.

Au premier rang de ces attributs se placent l’étendue et l’impénétrabilité, qui font qu’un corps, quel qu’il soit, occupe toujours une certaine portion de l’espace qu’aucun autre ne peut occuper en même temps. Pour montrer que les gaz sont étendus et impénétrables, posons sur une cuvette remplie d’eau un corps flottant, tel, par exemple, qu’un bouchon de liège, et sur ce bouchon renversons un verre vide. Je dis vide, pour me servir de l’expression commune; car, en enfonçant verticalement dans l’eau un verre renversé, nous éprouvons une certaine résistance, ce qui n’aurait pas lieu si nous y enfoncions un tube ou un vase dont le fond serait percé. En outre, à mesure que le verre s’enfonce dans le liquide, nous voyons le flotteur s’enfoncer aussi. L’eau ne peut donc pénétrer dans le vase que jusqu’à une certaine hauteur. Que le verre même plonge tout entier, pourvu qu’il soit maintenu dans la position verticale, on verra toujours au dedans un espace que l’eau n’envahira point. Donc cet espace est occupé déjà par quelque chose de résistant, de matériel, qui s’oppose invinciblement à ce que l’eau puisse remplir toute la cavité du verre, jusqu’à ce que nous inclinions suffisamment celui-ci; alors des bulles viendront crever à la surface du liquide; l’eau se précipitera dans la capacité devenue libre, et le flotteur ira se coller contre le fond du verre.

Le fluide invisible que contenait le verre n’était autre que l’air atmosphérique. Les choses se fussent passées d’une manière identiquement semblable avec tout autre gaz. La même expérience peut servir aussi à prouver la compressibilité et l’expansibilité des gaz. En effet, le volume de l’air emprisonné sous le verre augmente ou diminue suivant qu’on le soulève ou qu’on l’enfonce, c’est-à-dire qu’on le soumet à une pression moindre ou plus forte. Mais ces propriétés des fluides élastiques se manifestent d’une façon bien plus évidente par une autre expérience qui se répète souvent dans les cours de physique.

Dilatation des gaz dans le vide.

On prend une vessie munie d’un robinet, on la mouille pour la rendre flexible. On y introduit une petite quantité d’un gaz quelconque; on ferme le robinet, et on place la vessie sous le récipient d’une machine pneumatique. Tant que ce récipient contient de l’air, la vessie demeure flasque et affaissée; mais à mesure que l’air est raréfié par le jeu de la pompe, elle se gonfle, se ballonne, et il arrive un moment où elle est aussi tendue que si l’on y avait insufflé avec force une grande quantité de gaz. C’est que d’abord l’air qui se trouve dans le récipient, en vertu de sa propre force expansive, comprime la vessie et le gaz qu’elle renferme ; mais, l’air se raréfiant de plus en plus, le gaz se dilate, distend les parois de sa prison, et finit par en occuper toute la capacité.

Deux physiciens du siècle dernier, l’un français, l’abbé Mariotte, l’autre anglais, Robert Boyle, ont formulé la loi de dilatation et de contraction des gaz. Cette loi, qui porte dans chacun des deux pays un nom différent, — en France celui de loi de Mariotte, en Angleterre celui de loi de Boyle, — est la suivante : les volumes occupés par une même masse gazeuse, dont la température demeure constante, sont en raison inverse des pressions qu’elle supporte. Plus récemment,

L’AIR

Despretz a établi que tous les gaz ne sont pas également compressibles. Enfin il résulte des expériences de Régnault que les gaz permanents suivent seuls rigoureusement la loi de Mariotte, et que les gaz liquéfiables s’en écartent d’autant plus qu’ils sont pris à une température plus voisine de leur point de liquéfaction.

Personne n’ignore aujourd’hui que tous les corps qui se trouvent à la surface de notre planète sont soumis à une force qui les attire vers son centre, les fixe au sol, et, s’ils viennent à en être éloignés par une cause quelconque, les y ramène

fatalement. Cette force, c’est la pesanteur. Mais les gaz semblent faire exception, et l’on est fort tenté de croire, comme les philosophes anciens, que leur ténuité, leur subtilité, leur fluidité les font échapper à son empire. Il n’en est rien pourtant : les gaz sont formés de particules matérielles, et l’attraction terrestre agit sur ces particules comme sur celles qui constituent les corps solides ou liquides. Seulement le poids d’un corps étant la somme des attractions que la pesanteur exerce sur chacune de ses molécules, et les molécules des gaz, sous un volume donné, étant relativement peu nombreuses, leur poids total est ainsi relativement faible. On le constate et on le mesure néanmoins très aisément au moyen de la balance. Il suffit pour cela de prendre un ballon en verre muni d’un robinet, d’y faire le vide et de le peser, puis d’y introduire un gaz et de le peser de nouveau : on verra que le poids du ballon plein de gaz est plus grand que celui du ballon vide; et si l’on répète l’expérience avec le même ballon, successivement rempli de divers gaz, on trouvera à chaque fois un résultat différent; d’où il faut conclure que chaque gaz a un poids spécifique, une densité qui lui est propre.

D'autres expériences non moins simples ont démontré avec la même évidence

Démonstration du poids des gaz.