CHAPITRE X

I. ÉQUILIBRE DE LA CHALEUR A LA SURFACE DE LA TERRE. — LOI DE LA CONSERVATION DE L'ÉNERGIE.

La teiTG est formée par une masse centrale excessivement chaude, et par une couche superficielle sur laquelle s'cteiident les continents, les mers et l'atmosphère. Tout nous porte à croire que la masse centrale est liquide, et que la couche superficielle est une croûte solide, dont Tépaisseur n'est guère que la cent cinquantième partie du rayon de la terre. On se fait une idée du rapport qui existe entre ces deux parties, en imaginant une feuille de papier recouvrant . une sphère de 20 centimètres de diamètre ; c'est la feuille de papier qui représente l'écorce solide du glohe terrestre, tandis que la sphère représente le noyau liquide. Nous avons appris dans le chapitre premier que l'écorce solide contient une couche située à une profondeur invariable où la tempéralurc reste constanteeuloulesmoTv.KA\At^svys»^^tçN.\&^>sRfefi

U CHALEUR SUR LE GLOBE TERfllESTRE. 283

i température est soumise à des variations régulières ou ccidentelles ; au-dessous, la température croît régulièrement vec la profondeur d'un degré environ par 30 mètres. Tel st le résultat d'observations nombreuses, dont les premières eniontent à deux cents ans.

L'existence de la coucbe invariable nous indique un état 'équilibre calorifique, une. compensation entre la chaleur erdue et la chaleur gagnée par notre globe, ou au moins ne lenteur excessive dans les changements de température u noyau central, de sorte que nous pouvons admettre la onstance de cette température quand il s'agit de considérer ne période de quelques siècles. Nous sommes dans ce cas 3rsque nous voulons chercher les lois de la distribution de i chaleur au-dessus de la couche invariable, soit à diverses poques, soit en divers lieux. Cette distribution présente le »ius grand intérêt puisque le régime des êtres vivants en iépend, et nous allons en étudier les lois principales.

L'atmosphère, l'Océan, les parties du sol situées au-dessus le la couche invariable, sont soumis à deux actions conraires qui s'équilibrent, à savoir l'action échauffante du soeil et l'action refroidissante des espaces célestes. Les rayons •olaires qui tombent sur le sable aride des déserts sont en Partie réfléchis, en partie absorbés. La chaleur absorbée ilève la température du sable ; mais dès que le soleil n'est }m sur l'horizon, le sable rayonne à son tour vers les espaces célestes, il restitue la chaleur qu'il avait reçue, et la compensation s'établit.

Mais habituellement il y a un grand nombre d'opérations intermédiaires entre l'arrivée sur la terre d'un rayon solaire ^t le retour vers les espaces célestes du rayon terrestre équiyafent; ces opérations s'accomphssent soit dans la matière ^^^ahique, soit dans les êtres inorganisés, et voilà comment i« choeur du soleil détermine le mo\x\em^iv\. çX\\\\^ W^^

surface de la terre. Quand le soleil est absent, les forces de la nature sont en équilibre, il y a repos, il y a sommeil. Quand il est présent, l'équilibre est rompu ; une nouvelle force excite toutes les autres, et un arrangement nouveau devient nécessaire. L'alternative du jour et de la nuit est ainsi une cause incessante d'activité.

Dans toutes les évolutions de la matière, il y a une grande loi, c'est la conservation de l'énergie. L'énergie ou puissance de mouvement est transmise d'un corps à un autre sans augmentation ni diminution, et les effets qu'elle produit, différant entre eux par la forme, sont toujours équivalents. Nous ne pouvons connaître exactement que ces effets : quant à leur cause, nous n'avons que le sentiment de son existence, sans qu'il nous soit donné de lui assigner une nature particulière. Nous parlons de forces, mais nous ne les voyons pas ; elles sont les causes mystérieuses des pbénomènes que nous contemplons ; elles émanent de la puissance divine, et il ne nous appartient pas de connaître leur nature intime. Notre rôle est d'observer attentivement les phénomènes et de chercher les liens qui les unissent.

Suivons les opérations variées qui s'accomplissent dans la matière sous l'influence de la chaleur solaire, et nous vérifierons la conservation de la force, en même temps que nous résumerons les lois qui ont été traitées dans les chapitres précédents.

Une simple goutte d'eau nous servira d'exemple. Quittant l'Océan sous forme de vapeur, elle parcourt les régions atmosphériques, et retombe en neige sur les glaciers des hautes montagnes ; puis elle redescend en eau vers la mer, et dans ce dernier trsyet elle rencontre les végétaux et les animaux qui lui font subir des métamorphoses merveilleuses avant de la restituer à TOcéan.

Supposons à noire gouUe Oie^wwxv ^q\A& da 9 grammes,

et analysons ses transformations successives, en prenant les chiffres que nous donne la science moderne.

Lorsque la goutte d'eau de l'Océan est échauffée par le soleil, elle se réduit en Tapeur, et la chaleur qu'elle consomme représente une dépense d'énergie capable d'élever un poids d'un kilogramme à plus de 2300 mètres de hauteur. La vapeur mêlée à Tair s'élève dans l'atmosphère, où elle contribue à la production des vents et des météores. Douée de la faculté d'absorber et d'émettre la chaleur rayonnante beaucoup plus que l'air sec, lu vapeur d'eau modère, comme le ferait un écran, l'action échauffante du soleil et l'action refroidissante des espaces célestes ; grâce à son influence, l'atmosphère devient le vêtement de la terre. Dans son séjour au milieu de l'air, notre goutte d'eau en vapeur s'échauffe et se refroidit alternativement, de sorte qu'elle sert de véhicule à la chaleur, et qu'une compensation parfaite existe entre la chaleur qu'elle absorbe et celle qu'elle restitue. Elle se condense bientôt dans un nuage, et alors a lieu un dégagement de chaleur. Supposons que la condensation soit opérée à la même température que la vaporisation initiale, il y a égalité parfaite entre la chaleur dégagée et la chaleur primitivement dépensée : en d'autres termes, la condensation de 9 grammes de vapeur équivaut à la chute d'un poids d'un kilogramme tombant d'une hauteur de 2300 mètres. Nous savons qu'une telle chute développe une certaine quantité d'énergie active, capable de produire des effets mécaniques dans les corps extérieurs. Les mêmes effets peuvent êtres obtenus à l'aide de la chaleur créée lors de la condensation de cette vapeur ; de sorte que, dans son transport de l'Océan au nuage, l'eau a simplement transmis à l'atmosphère l'énergie qu'elle avait reçue du soleil. Cette énergie est transmise ensuite par le rayonnement aux corps innombrables qui remplissent les espaces cé\ftç\.^'s».

2H0 LA CHALEUn.

L(*% hauten moniagtic» condensent une grande partie de b \'j\Hmr (Veau atmo^pli/^rique, Dou/fes d'nn rayonnement con- Hidéralfle à cause de la pureté et de la raréfaction de Tair situé au-ilessus d'elles, elles refroidissent pendant la nuit les couches d'air qui les touchent, et les nuages s amoncdlent sur leurs flancs. Ces nuages se refroidissent aussi par leur rayonnement propre, et se résolvent en neige. Les dmes neigeuses qui se dressent au-dessus des glaces étemelb réalisent sur une échelle immense la condensation des n- [leurs formt^es â la surface des mers. I/Océan et les monta* gnes constituent nn véritable appareil distillatoire, dans lequel la sourr^; de chaleur est le soleil. Toute la glace; de nos glaciers provient de la vapeur dVau de TOcéan ; et la chaleur fournie par te soleil pour la production de cette vapeur est UittCf qu elle [pourrait fondre un poids quintuple de fer. Nous venons de voir (ju'une quantité égale de chaleur était crék par la simple formation des nuages. Nous avons maintenant h nous rendre œmpte (les effets calorifiques qui arx:ompagnciit leur transformation en neige.

Kn prenant Tétat solide, 9 grammes d'eau dégagent de la chaleur, qui é(|uivfnit â la chute d'un kilogramme tombantde 500 mètres de hauteur, et cette quantité d'énergie est dissipée par le rayonnement. Mais le glacier fond peu à peu, et la fusion (le grammes de glace représente justement Topération inverse de la pré(/5dente. Il faut que le glacier perde par la fusion autant d'enu qu*il en gagne par la condensation de la vapeur atmosph/^rique pour (pi'il conserve ime étendue invariable, et alors il y a une compensation parfaite entre la chaleur cri^'éc et la chaleur dépensée. Ici l'énergie dérive du soleil, qui (l/itermine la fusion partielle du glacier, soit directement, soit par l'interrui'fdiaire du sol, et elle parait simplement transmise de la terre aux (;spuccs céh^stcs.

Voilfi nolvc goutte d'eau t(i\viuw^, lv\(!\a\.\\s5judc; mais elle

à une grande hauteur au-dessus de l'Océan. Supposez-la à

00 mètres d'élévation. 11 faut joindre aux effets que nous ions de décrire le travail mécanique qui représente letransrt de 9 grammes à une telle hauteur. Il y a dans ce transrt une dépense d'énergie capable d'élever un kilogramme à e hauteur de 36 mètres : elle provient encore de l'action aire, et elle correspond au déplacement des couches nosphériques que nous avons appelées convectiou. Ce qui CDpeuse cet effet, c'est le retour de l'eau du glacier à TOan. La pesanteur rassemble les gouttes d'eau à la base des iciers ; elle en fait les torrents et les fleuves, puis elle les nduit à la mer. En descendant d'une source située à lOO mètres de hauteur, 9 grammes d'eau développent ui^e lantité d'énergie égale à la précédente.

Par le simple frottement des corps qui gênent sa chute, tte eau peut restituer la chaleur qu'elle a primitivement Qpruntée au soleil. Mais les formes sous lesquelles l'énergie îut reparaître sont variées à l'infini, et là ne s'arrêtent pas s transformations. Le fleuve arrose les plaines fertiles, et îcrit mille sinuosités partout où le terrain est très-peu ininé. Il semble que la terre cherche à retenir ses eaux pour mrrir les êtres innombrables qui la recouvrent. Le végétal besoin de divers éléments pour composer ses organes ; il lui ut de l'eau pour la circulation et l'élaboration de ces élélents ; il lui faut même de l'hydrogène. Or , pour fixer dans « tissus 1 gramme de cette substance, le végétal doit préablement décomposer 9 grammes d'eau. Le soleil est chargé 3 fournir la force motrice nécessaire à ce travail , qui équilut à l'élévation du poids de 1 kilogramme à plus de

1 kilomètres de hauteur. C'est sous celte puissante inlluence ne la plante s'approprie 1 gramme d'hydrogène. Plus tard ie servira de nourriture à quelque animal , et alors reçaûtra en lui toute l'énergie primili\eme\\l à^^civ^^. ^>a»s\\<î.

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iant leur vie sous Finfluence du soleil, et cette décompott a nécessité la dépense d'une quantité d'énergie capable ;ver 1 kilogramme à 5400 kilomètres de hauteur. Aujouri, lorscpie nous brûlons ce charbon, nous retrouvons cette gie : elle s'est conservée intacte, et nous utihsons la chaque le soleil envoyait sur la terre il y a des milliards de es. L'utilisation est comjilète dans nos foyers lorsque

cherchons seulement à nous procurer de la chaleur.

si nous voulons en tirer du travail mécanique, nous sa-

qu*il est impossible d'éviter dans nos machines le dément d'une forte proportion de chaleur sensible , et de ertir en travail toute la chaleur de combustion. Nous ne 'ons guère élever, avec 1 kilogramme de charbon lirùlé la chaudière d'une machine à vapeur , qu'un poids de logramme à une hauteur de 155 kilomètres : la plus de partie de l'énergie est développée sous forme de cha- . Dans tous les cas, le grand principe de la conservation i force se vérifie toujours.

est ce prhicipc qui établit une corrélation entre tous les lomènes physiques ; car l'énergie communiquée par la ère peut se manifester autrement que par la chaleur et le travail mécanique ; elle peut prendre, par exemple, la le de l'électricité ; mais nous avons eu soin de n'étudier certaines phénomènes oii les forces de ce genre n'inteilent pas. C'est en séparant les forces de la nature les

des autres, en les faisant agir isolément sur la matière, l'on peut arriver à connaître leurs lois. Plus tard, lorsr la science est très-avancée, on peut essayer d'embrasser

une même formule tous les résultats partiels auxquels it arrivé : on préparc alors une synthèse qui résume toute ience.

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