CHAPITRE Vil

DE l'État liquide et solide des corps.

Il est admis dans la science comme fait fondamental que, par une soustraction progressive de chaleur, tout corps gazeux se convertit en liquide, puis en solide. Les exceptions peu nombreuses qui nous sont offertes par les gaz permanents, ne prouvent rien autre, si ce n'est que le point de liquéfaction de ces gaz est inférieur à la plus basse température obtenue par nos moyens artificiels. Tout abaissement de température entraine un affaiblissement correspondant du mouvement intérieur, et une diminution de ce dernier doit produire un rapprochement moléculaire, car l'impulsion étant moindre, Famplitude de la vibration moléculaire décroît, et albrs peuvent entrer en action les pressions exercées par les forces attractives ou par l'impulsion des parties environnantes, cellesci étant pondérables ou impondérables. Il est évident que, par des déperditions successives, la vitesse moléculaire .

* Voyez Ilirn, Ihénrte mécanique de la chaleur ^ T* partie, p. 221,

se trouvera diminuée à un tel point, que la molécule ne pourra plus sortir de la sphère d'activité de ses voisines, et alors elle sera obligée d'osciller suivant une courbe fermée plus ou moins régulière. Alors cessera le mouvement d'expansion, le corps deviendra liquide, et la gravité trouvant les molécules privées de mouvement de projection et animées d'une vitesse qui n'est pas supérieure à celle qu'elle peut leur imprimer, exercera une action prépondérante ; aussi le système prendra une surface de niveau sous l'influence presque exclusive delà gravité ^ Hais, à la surface libre, les molécules ne sont pas soumises à une attraction égale dans tous les sens; elles pourront donc s'isoler, obéir aux forces de projection et passer à l'état gazeux ; ainsi s'explique l'évaporation.

Dans les liquides les axes de rotation sont probablement dirigés de tous les côtés, ou bien encore ils peuvent êfre de position instable. De plus, la distance des molécules est telle que l'une n'entre pas dans la sphère d'activité de l'autre, pour employer le langage de ceux qui admettent les attractions de la matière. Toutes les forces étant en équilibre, les molécules céderont à la plus légère impulsion et posséderont la mobilité caractéristique des fluides.

En continuant à enlever delà chaleur àun corps liquide, c'est-à-dire à diminuer la vitesse des molécules, il arrivera' que leur rapprochement étant encore plus considérable, les unes pénétreront dans la sphère d'activité des autfes. Alors les attractions s' exerçant dans des directions dépendant de la forme des molécules, celles-ci tendront à s'orienter et se disposeront régulièrement, pour former un corps solide tout en perdant leur mobilité. Dans la théorie dynamique, l'existence de ces attractions comme forces

* L'atmosphère terrestre elle-même a été considérée par Poisson comme un liquide à sa limite supérieure, où la force expansive est éf{uilibrée par la gravité.

primitives n'étant point admise, la théorie des divers états de la matière est basée également sur la diminution des distances intramoléculaires, mais elle est différente.

Nous avons dit plus haut : à la suite du choc de plusieurs atomes, il peut arriver que ceux-ci prenant un mouvement commun, contractent une adhérence analogue à celle que Ton rapporte habituellement à la cohésion. Les veines liquides nous présentent un exemple remarquable de cette adhérence moléculaire : au sortir d'un orifice, elles offrent Taspect d'un solide, continu, précisément parce que toutes les molécules sont animées d'une vitesse égale; et lorsque cette vitesse est considérable, par exemple dans les jets qui sortent des récipients sous de trèshautes pressions, on constate non-seulement par la simple vue, mais même par le toucher, que les veines liquides sont rigides et résistantes comme si elles étaient formées d'un tout cohérent. A notre avis, ce seul principe ne suffit pas pour expliquer les phénomènes de la cohésion. La mécanique intérieure des corps, pour être complète, demande encore des développements. Bornons-nous à dire maintenant que les faits exposés jusqu'ici n'excluent l'idée ni d'une action exercée sur les molécules par les forces dites attractives, ni d'une pression extérieure agissant sur elles et produite par l'éther interposé entre les atomes, et même il ne serait pas impossible qu'une semblable pression fût la véritable cause de la cohésion dans les corps composés. Cette opinion n'est pas aussi neuve ni aussi étrange qu'elle peut le paraître à première vue, Galilée croyait la chose explicable par cette considération que le vide est impossible ^ ; cette manière de voir évidemment était erronée, parce que le vide signifiait ici le vide d'air. Mais aujourd'hui de récentes découvertes ayant démontré Texistence d'un milieu beaucoup plus subtil et plus étendu

' Dialogues de la Science nouvelle ^ journée I, p. 14. — Grove, Corrélation, p. 175.

que l'atmosphère, nous pouvons au moins nous demander s'il ne pourrait pas contribuer à un tel efTet. Gonune nous devons traiter longuement ce sujet un peu plus loin, nous nous contenterons d'en donner ici un aperçu.

Toute molécule pondérable, en tournant rapidement autour de son axe, doit produire dans Téther environnant une sorte de tourbillon d'un rayon très-petit, n)ais égal à celui nommé rayon de sphère d'activité moléculaire, et donner ainsi naissance à une diminution de pression, que lelher voisin tend à équilibrer. Or un de ces petits tourbillons ne peut dépasser les limites d'un autre que lorsque la distance des molécules est moindre que la somme des rayons de ces tourbillons eux-mêmes. Dès lors, si les distances intermoléculaires ont diminué au point d'être inférieures à cette limite, les sphères d'activité empiéteront les unes sur les autres, et la cohésion pourra résulter de la réunion de plusieurs tourbillons en un seul, ou de l'absorption de plusieurs petits par un plus grand. Poursuivant le développement de notre hypothèse, nous dirons que les molécules étant rapprochées, Tune peut entrer dans le tourbillon d'élher qui environne l'autre, et alors les rotations aidées par Tinfluence mécanique du milieu tendent ù s'effectuer parallèlement aux axes dans une direction déterminée en rapport avec les moments d'inertie des molécules elles-mêmes. Ainsi se produit une enveloppe ou sphère d'activité qui, commune à plusieurs atomes, forme entre eux le lien indispensable pour la constitution des solides et détermine leur mode de cristaUisation. Or, d'après un principe de géométrie il est impossible de rempHr complètement avec des sphères égales un volume donné, il Bxiste donc toujours quelques lacunes dans diverses directions et on s'explique alors Tinfinie variété des formes cristallines. Les rotations peuvent également s'accomplir soit autour d'axes fixes, ou variables de position et animés de ces mouvements dits de précession ; il en résultera

une grande divei^sitè des propriétés physiques des solides, telles que densité, ténacité, élasticité, etc.

Voilà quelle idée générale on peut se faire des trois états physiques de la matière dans la théorie dynamique de la chaleur. Voyons maintenant si cette manière devoir est sanctionnée par l'observation.

La théorie que nous rappelons ici fut ébauchée par Cauchy ^ vers la fin de 1859 ; se fondant sur la quantité de chaleur absorbée pendant la vaporisation, il annonçait Texistence d*un mouvement de projection dans les gai dont les molécules, d'après lui, décrivaient des orbites en tournant sur elles-mêmes; tandis que dans les liquides et •les solides le mouvement se réduisait à de simples osdllalions.

Plus tard, Glausius afûrma hautement l'existence de la force de projection des molécules gazeuses et du mouvement orbitaire ou rotatoire dans les liquides et les solidi^s. L'hypothèse des petits tourbillons moléculaires a été jusqu'ici acceptée avec empressement par les physiciens partisans de réthcr. Rankine, Rodtenbacher, Challis et d'autres ont accepté cette manière de voir, et ils ne Cfjq^pt nullement revenir par cette voie aux tourbillons A^bAM^ cartes. Ils se sont déclarés partisans de ces idéesj pendant ils ne possédaient pas encore toutes laf;; nécessaires pour établir un système complet. N< lopperons ces vues théoriques en leur lieu. Pour Tù les indications sommaires données plus haut su! nous répétons encore une fois que si quelques-aiw ^jSivent l'hypothèse des petits tourbillons un peu hasardée, ils peuvent au moins, jusqu'à plus ample informé, conserver l'ancienne théorie des attractions; dans la suite, nous montrerons quelle est la vraie valeur de cette dernière. De toutes façons, il n'est pas absolument nécessaire d'accep-

' yoyci Comptes vendunf Yol. IX.

ter immédiatement ces hypothèses; il sufQt de regarder comme fait démontré que les atomes ont une très-grande tendance à se réunir ; telle est, du reste, l'opinion de tous les physiciens.

Pour donner une idée des moaTements muliculaircs des corps, nous avons placé ci-dessous des Agures relatives aux trois états physiques, dans lesquelles on a représenté la route que doit sutTre nne molAcute dans l'intérieur dé la masse par rapport sux autres tupposèis fixes.

Dans la ligure 5, la ligne polygonale qui serpente indéfiniment dans l'intérieur du corps, représente la trajectoire d'une molécule gazeuse. Cette molécule passe librement d'un groupe à l'autre, heurtant tajitét celui-ci, taiitdt celui-là, subissant des réHexions positives ou négatives, changeant de direction à chaque instant, ayant en un mot un mouvement comparable à celui que certains astronomes attribuent aux comètes hyperboliques qui [passent d'un svstènie stellaire à un autre.

FiK|3. Fis.C.

Les orbites fermées de la figure C représentent l'uscillation moléculaire dans un corps liquide. Les molécules n'ont point d'axe stable de rotation. L'orbiLe dechacune d'elles se i-éduità la ligure fgrmèe par les molécules voisines, et il

bU CALOIllQUE.

e produit aucun mouvement de translation dans ce système en dehors de l'agjlatjon de toute la masse.

Ii:i l'orbite est hexay:uiiale, parce que l'on a supposé les atomes disliibués sur un plan, de fnçon h figurer des triauj;les équilatéraus, mais (.'lie pourrait être trêsdifférenle.

La figure 7 se rapvii. 1. porte à l'èlal solide. On

doit imaginer les molé- CLilos encore plus rapprochées que dans le cas prècédeol et présenlaut des axes de rotation dirigés parallèlement les uns aux autres, enfin un plus grand nombre de molécules sont comprises dans une même sphère d'activité. Leurs mouïeraenis sont de moindre amplitude que ceux des liquides et sont réduits à de simples oscillations sans aucune translation dans u ue orbite plus ou moins étendue, le transport iulérieur dans la masse étant impossible.

Avant d'aller plus loin, nous croyons nécessaire de résoudre une difficulté qui se présentera naturellement à l'esprit : si le calorique est produit par des cliocs et des collisionsmolécul3ires,commentsefait-ilqu'fi la longue ce mouvement ne s'éteigne pas ? Les physiciens répondent : De même que le mouvement ne peut prendre naissance sans cause, de même il ue peut se détruire sans cause. En un mot, ils admettent le mouvement indestmclible comme la matière ; et à leur avis, si les hommes ont élé amenés peu à peu à dire que la matière ne pouvait s'anéantir, bien que dans certains cas il serait impossible île jjrouver le contraire, de même on arrivera â poser comme axiome que II! mouvement lui aussi ae s'aiéaulil pas. lia quiuililë

d'action qui a produit le mouvement dans l'origine, c'està-dire la force première, reste indestructible dans le système. Le mouvement déterminé par cette puissance initiale se transforme : de translation il devient vibration ou rotation, passe d'un corps à un autre, se subdivise et se communique à un nombre de corps de plus en plus grand, si bien qu'il est impossible de nous représenter d'une façon sensible, comment^ les choses s'accomplissent aux confrns de l'espace, mais assurément le mouvement ne s'annihile pas. En un mot, d'après les physiciens, la production du mouvement aussi bien que celle de la matière ne peut s'expliquer que par une création ^

Nous ne voulons pas assumer sur nous l'entière responsabilité de cette explication ; cependant, sans entrer dans la question métaphysique de la possibilité ou de l'impossibilité de la destruction du mouvement, nous dirons qu'au point de vue expérimental on peut toujours reconnaître la conservation de mouvement. Constamment on peut retrouver le mouvement tout entier dans les effets produits, et remonter à ses origines, alors même qu'il semble ou s'anéantir ou se créer subitement... « Une masse de charbon en combustion fait naître directement de la chaleur et indirectement de la force mécanique. D'où vient cette force?. . .Dans le développement du végétal l'acide carbonique est la matière qui fournit le carbone de la plante, et le rayon solaire est l'agent qui sépare les atomes, mettant l'oxygène en liberté, et permettant au carbone de selransformer en fibre ligneuse. Laissez tomber les rayons solaires à la surface du sable, il s'échauffe et finalement rayonne au dehors la chaleur qu'il a reçue ; laissez tomber les rayons solaires à la surface d'une forêt, b quantité de chaleur qu'elle rayonnera sera moindre que la quantité absorbée, car l'énergie d'une partie des rayons du soleil est employée à faire croître les arbres. Sans Tin-

* Grove, Cort'élat des forces physiques, p. 259, et conclusion linale, p. 265.

tervention du soleil la réduction de Tacide carbonique ne peut avoir lieu, et lorsqu'il a produit son efTet, il a dépensé une quantité de lumière équivalente au travail moléculaire accompli. Ainsi sont formés les arbres, et ainsi, lorsque le coton s*enflamme, Toxygène s*unit à son cher carbone, et cette combustion du coton fait naître une quantité de chaleur égale à celle qui avait été perdue par le soleil pour le développer au sein du végétal ^ » Tel est, sur ce point, le raisonnement d'un célèbre physicien, et cette doctrine peut s'appliquer à tous les phénomènes de la nature liés entre eux par une merveilleuse solidarité.

Il est facile de s'expliquer l'indestructibilité du mouvement, grâce au principe général de ces transformations. En effet, d'après ce que nous avons exposé plus haut^^u bien on adopte l'opinion la plus répandue jusqu'à ce jour, et l'on considère les atomes comme doués d'élasticité, ou bien on passe à l'autre hypothèse, et alors les atomes sont animés d'une rotation équivalant à l'élasticité ; or, dans Tune ou l'autre supposition, la quantité absolue de force vive se conserve toujours la même dans le système, et lorsqu'elle semble disparaître comme mouvement de translation, elle se convertit en mouvement de rotation ; par conséquent, il n'y a jamais une véritable destruction au point de vue mécanique. De même il n'y a jamais une véritable créatio:i de mouvement, bien que Ton pourrait croire le contraire dans certains cas étudiés en mécanique, par exemple dans la rencontre des corps animés de rotation ; après le choc ils présentent quelquefois une vitesse de translation plus grande que celle qu'ils possédaient avant ; mais nous nous sommes entendus sur ce point.

On ne peut nier que malgré la justesse du raisonnement suivi jusqu'à présent , certaines personnes trouveront étranges les paroles suivantes : le mouvement se con-

1 Tyndal. — Voyez Cosmos de Moigno, vol. XXI, p. 275,

serve, alors qne Ton voit les corps rester immobiles; à leur avis, il serait plus convenable de dire : c'est la force qui se conserve. Nqus ne nous opposons en rien à cette manière de dire, si Ton a soin de prendre pour mesure de la force soit le produit de la masse par la vitesse, soit le produit de la masse par le carrô de la vitesse, car cette expression est en même temps celle de l'action mécanique. Toutefois ce langage aurait un inconvénient ; on arriverait à regarder la force comme une sorte d'entité indépendante de la matière, et susceptible de passer d'un corps à l'autre ; en un mot, on arriverait à croire qu'il existe dans les corps quelque principe actif analogue à celui qui, résidant en nous, nous conduit à Fidée de la force. En effet, si l'on examine les choses à fond, on reconnaît que la notion de force ou d'activité extérieure prend naissance dans notre esprit par suite de Veffort que nous devons exercer pour mouvoir les corps; cette notion purement subjective nous porte à croire qu'un semblable effort existe dans les corps, de même qu'autrefois on imaginait en eux des principes calorifiques, odorants, sonores, etc.

Pour éclairer cette discussion , il est bon de rappeler une doctrine célèbre due à Galilée : « Dans l'univers physique et sensible il n'y a que matière en mouvement ou en repos. La matière ne peut se concevoir sans figure, grandeur, et changement de continuité. En effet, supposons l'existence d'une matière ou substance corporelle, il faut aussitôt imaginer qu'elle est terminée; par suite, qu'elle a telle ou telle figure, et que, par rapport aux autres corps, elle est en mouvement ou reste immobile, » etc.

Le physicien dePise concluait qu'il n'y avait dans les corps ni odeurs, ni saveurs, ni couleurs, mais seulement certains mouvements ou aspects capables de produire en nous ces sensations. Nous pouvons en dire tout autant de la force; et admettre qu'il réside dans les corps une cause qui nous donne la sensation de Veffort à faire pour arrêter un

corps en mouvement, ou pour mouvoir celui qui est en repos, et cette cause, nous l'avons déjà vu, n*est autre que la masse elle-même animée de vitesse.

Le sens donné aux expressions étant bien expliqué, toute controverse cesse d'elle-même; cependant Raukine a cru bien faire en introduisant dans la science une expression spéciale, afin d'éviter les contradictions de mots. 11 propose le terme énergie pour désigner la moitié du produit Mv', nommé ordinairement force vive, ou encore travail, se fondant sur ce que cette valeur est proportionnelle au travail et en donne la mesure. Car, dit-ilS le mot force étant employé depuis longtemps pour représenter la tendance de deux corps à changer de mouvement relatif, il est inexact d'admettre qu'on puisse appliquer à cette tendance le principe de la conservation indéfinie, puisque le produit des facteurs indiqués plus haut seul reste constant.

Tous les savants n'ont pas encore adopté ce nouveau langage; aussi, de même que l'on est arrivé à employer sans scrupule le mot chaleur pour désigner le caloriqvLe^ de même nous emploierons les expressions conservation de force vive et conservation du mouvement comme synonymes.

Du reste, au fur et à mesure que nous étudierons les phénomènes, on reconnaîtra dans chacun des cas spéciaux comment se vérifie le principe de la conservation du mouvement. Ici nous dirons seulement qu'une objection résultant de l'explication incomplète d'un fait particulier ne suffirait pas pour détruire un principe établi sur une longue série d'observations. Il faut dans les sciences faire une distinction entre une théorie et une loi, La mécanique de la chaleur est encore à Fètat de théorie, c'est-à-dire qu'elle essaye la synthèse de tous les phénomènes dans lesquels se manifestent à la fois la chaleur et le mouvement, et

* Voyez Rankine B. U., Arch. se. nat., 1859, vol. V, p. 68.

certainement de nombreuses recherches sont encore nécessaires pour donner à cette théorie toute la rigueur d*une loi. Nous préférons cette doctrine à celles qui, pour éviter toute incertitude, arrivent à la négation déliesmômes. En effet, ceux qui admettent les forces, après avoir longtemps disserté sur la nature de ces entités, concluent qu'elle leur est complètement inconnue. Un pareil aveu honore le philosophe lorsque les bases manquent à la spéculation, mais il le rabaisse lorsqu'il est dicté par une interprétation inexacte du langage de la nature.