CHAPITRE II

Sommaire. —De l'usage des vitres chez les anciens. — Concentration de la chaleur solaire dans une enceinte vitrée. — Les Arabes se servaient de vases de verre pour opérer certaines distillations au soleil. — Expériences de de Saussure, de Ducarla. — La chaleur du soleil est, comme sa lumière, formée d'une infinité de rayons d'espèces différentes. — Les lames incolores de verre se comportent avec la chaleur comme les vitraux colorés avec la lumière; expériences qui ont conduit à ces conclusions. — Résultats des observations de Melloni et de sir John Herschel. — Influence sur la transmission calorifique de la nature de la substance, de l'épaisseur des plaques, de la source de chaleur, etc. — Outre les rayons lumineux et calorifiques, le spectre solaire renferme des rayons chimiques.

La concentration de la chaleur solaire dans une enceinte vitrée est un fait expérimental si facile à constater, que l'observation en a dû suivre d'assez près l'invention des vitres. Il est donc probable que le mérite de cette observation revient aux Egyptiens, qui excellèrent de bonne heure dans l'art de travailler le verre, d'en varier les couleurs, et d'en former ces lames minces si propres à défendre les appartements contre les intempéries de l'air, tout en y laissant pénétrer la lumière et la chaleur du soleil.

Boudet, membre de l'Institut d'Egypte, nous apprend en effet, dans son Mémoire sur l'art de la verrerie, que, suivant Strabon et d'autres historiens, on fabriquait de temps immémorial en Egypte, surtout dans les verreries de la grande Diospolis, des verres très-beaux, très-transparents, et même des verres dont les couleurs étaient celles du rubis, du saphir, ... etc. Il ajoute que les Egyptiens imaginèrent les premiers d'enchâsser le verre dans les voûtes des temples et des bains publics ou particuliers afin d'en éclairer l'intérieur, et que cet usage fut

ensuite transmis aux Grecs et aux Romains, lorsque le verre devenu un produit considérable des manufactures égyptiennes leur parvint par la voie du commerce. « Les anciens, continue-t-il, garnissaient ordinairement les fenêtres de leurs maisons, ou les litières de leurs dames, avec des feuilles d'une pierre transparente qu'ils nommaient spéculaire, et qui, vraisemblablement, étaitdu mica à grandes lames semblable à celui qui, sous le nom de verre de Moscovie, remplace le véritable verre non-seulement dans ce pays, mais encore sur les vaisseaux de guerre, où nos carreaux de vitres ordinaires seraient bientôt brisés par l'explosion de l'artillerie. Mais, il n'en est pas moins prouvé, comme nous l'avons dit en parlant des voûtes vitrées des bains et des temples, que les riches avaient des carreaux de véritable verre, même aux fenêtres des serres dans lesquelles ils gardaient les plantes délicates qu'ils voulaient comme eux-mêmes garantir de l'intempérie de l'atmosphère. » I

Avant Boudet, le célèbre Winckelmann avait déjà revendiqué pour les anciens l'honneur d'avoir inventé les vitres. Mais, certains critiques, trop prévenus en faveur des modernes, n'eurent garde de se ranger à son opinion. De là des discussions qui dureraient probablement encore, si les fouilles de Pompeï n'étaient venues clore le débat en prouvant l'existence chez les Romains de vitres ayant à peu près la même composition que les nôtres. Ajoutons, puisque nous avons dû remonter jusqu'à l'origine du verre, que, lors de la conquête de l'Egypte par les Mahométans, l'art de la verrerie était encore florissant dans ce pays et que les savants Arabes en profitèrent pour donner un nouvel essor à la chimie créée par les prêtres de Thèbes

et de Memphis. On croit en outre que ce fut pendant la captivité de Saint-Louis en Egypte que les croisés apprirent à travailler le verre : en sorte que les plus pauvres d'entre eux, au retour de leurs lointains voyages, purent se faire concéder le privilège de cette industrie pour rétablir leur fortune. Mais ce serait nous écarter de notre sujet que d entrer dans de plus longs détails à cet égard. Aussi, nous bornerons-nous à dire que les Arabes avaient reconnu l'efficacité d'un vase de verre mince pour concentrer la chaleur solaire dans certaines liqueurs et qu'ils se servaient exclusivement d'alambics de verre pour leurs distillations au soleil. Les premiers chimistes ou plutôt les alchimistes de l'Occident suivirent sur ce point l'exemple des Arabes, comme on en pourra juger plus loin par les essais de Lonicer, de Libavius, etc. Enfin, on verra dans l'histoire des applications mécaniques de la chaleur solaire que vers le milieu du dix-septième siècle, Kicher et Milliet-Dechales se servaient de matras en verre mince pour échauffer au soleil l'air confiné dans une enceinte obscure. Voici maintenant ce qu'écrivait im siècle plus tard de Saussure (1740-1799), le célèbre naturaliste genevois.

« C'est un fait connu, et sans doute depuis longtemps, qu'une chambre, un carosse, une couche, sont plus fortement réchauffés par le soleil, lorsque ses rayons passent au travers de verres ou de châssis fermés, que quand ces mêmes rayons entrent dans les mêmes lieux ouverts et dénués de vitrages ; on sait même que la chaleur est plus grande dans les chambres dont les fenêtres ont un double châssis.

« Lorsque je réfléchis pour la première fois à ces faits si connus, je fus bien étonné qu'aucun physicien n*eût cher-

ché à voir ju8qu*oii pourrait aller cette augmentation ou cette concentration de la chaleur. . .

« Pour faire donc cette expérience alors nouvelle, j*ai fait faite en mars 1767 cinq caisses rectangulaires de verre blanc de Bohème, chacune desquelles est la moitié d*un cube coupé^parallèlement à sa base ; la première a un pied de largeur en tous sens, sur six pouces de hauteur ; la seconde dix pouces sur cinq, et ainsi de suite jusqu*à la cinquième qui a deux pouces sur un. Toutes ces caisses sont ouvertes par le bas et s'emboîtent les unes dans les autres sur une table fort épaisse de poirier noirci, à laquelle elles sont fixées. J'emploie sept thermomètres à cette expérience, l'un suspendu en l'air et parfaitement isolé à côté des boîtes et à la même distance du sol ; un autre placé sur la caisse extérieure en deliors de cette caisse, et à peu près au milieu ; le suivant posé de même sur la seconde caisse, et ainsi des autres jusqu'au dernier qui est sous la cinquième caisse et à demi noyé dans le bois de la table.

« Il faut observer que tous ces thermomètres sont de mercure, et que tous, excepté le dernier, ont la boule nue, et ne sont pas engagés, comme les thermomètres ordinaires^ dans une planche ou dans une boite, dont le plus ou le moins d'aptitude à prendre ou à conserver la chaleur fait entièrement varier les résultats des expériences.

« Tout cet appareil exposé au soleil, dans un lieu découvert, par exemple, sur le mur de clôture d'une grande terrasse : je trouve que le thermomètre suspendu à l'air libre monte le moins haut de tous ; que celui qui est sur la caisse extérieure monte un peu plus haut; ensuite celui qui est sur la seconde caisse, et ainsi des autres, en observant cependant que le thermomètre qui est placé sur la

cinquième caisse monte plus haut que celui qui était sous elle à demi noyé dans le bois de la table. J*ai vu celui-là monter jusqu'à 70 degrés de Réaumur (87^^ 5 cent.). Les fruits exposés à cette chaleur s'y cuisent et rendent leur jus.

<c Quand cet appareil est exposé au soleil dès le matin ^ on observe communément la plus grande clialeur vers les deux heures et demie après midi; et lorsqu'on le retire des rayons du soleil, il emploie plusieurè heures à son entier refroidissement

« Je soupçonnai que j'obtiendrais une plus grande clialeur en renfermant plus exactement l'espace dans lequel je voulais concentrer la chaleur, et en présentant toujours mes verres perpendiculairement aux rayons du soleil. Comme je voulais faire des expériences comparatives entre la plaine et les hautes montagnes, j'étais obligé de donner un très^petit volume à ma machine, pour la rendre légère et peu embarrassante. Je fis donc faire une caisse en sapin, d'un pied de longueur sur neuf pouces de largeur et de profondeur hors d'œuvre ; cette caisse, d'un demi-pouce d'épaisseur, était doublée intérieurement d'un Uége noir, épais d'un pouce. J'avais choisi cette éoorce comme une matière légère et en même temps très-coerçante ou trèspeu perméable à la chaleur. Trois glaces entrant à coulisse dans l'épaisseur du Uége, et placées à un pouce et demi de distance l'une de l'autre, fermaient cette boite, de ma* uière que les rayons du soleil ne pouvaient parvenir au fond de la boite qu'après avoir traversé les trois glaces.

« Pour que le soleil frappât toujours perpendiculairement ces glaces, qu'il fît par cela même la plus grande impression sur elles et souffrit le moins de réflexions possible,

j^ayais soîo, dtum mes expérienoesj de £ûre suivre à ma caisse le mouremeiit du soleil, en la retournant régulier rement toutes les vingt minutes, en sorte que le soleil éclairât exact^nent la totalité du fond de la caisse, la plus grande chaleur que j'aie obtenu par ce moyen a été de 87%7 K (109%6c-), c'eslrà-diredeprès de 8^R. (10»c.)au. dessus de Teau bouillante*

«c Mais comme je m'aperçus que ma caisse perdait de la chaleur parce qu elle s'échaufËtit sensàblement à Textérieur, j'essayai de la placer au milieu d'une autre caisse, beaucoup plus grande, remplie de bourre, de laine, et ouverte seulement du côté du soleil. Avec cette précaution, la chaleur monta jusqu'à 88^ R. (llO^c), quoique le t^nps fiit moins favorable; en sorte que j'ai lieu de croire que, -dans des circonstances plus heureuses, elle serait montée à 90^ ou 95^ R.

« Enfin, pour supprimer totalement le refroidissement extérieur, je fis &ire un poêle de fer blanc, fermé d'un côté par une glace bien transparente. Je plaçai mon instrument dans ce poêle, je l'exposai au sol^I, en ayant soin, comme je l'ai dit plus haut, que les rayons de cet astre entrassent toujours perpendiculairement dans la boite. Alors à mesure que la chaleur du soleil faisait monter les thermomètres renfermés dans ma boite, je réchauffais graduellement le poêle, afin que la boite eût toujours par dehors une chaleur qui ne fût que de peu de degrés inférieure à celle que le soleil lui imprimait par dedans. Malgré ces soins le soleil ne put jamais faire monter le thermomètre au-dessus de 128'' R. (160'' c.)

c< On me demandera peut-être pourquoi je n'ai pas essayé de multiplier mes verres. Je répondrai que je ne les

ai pas multipliés parce que je me suis convaincu, par un nombre d expériences comparatives Élites dans des circonstances oii je mettais toute la parité qui était en mon pouvoir, que trois glaces ne donnaient pas plus de chaleur que deux ; et, dans mon premier appareil, composé de cinq caisses emboîtées les unes dans les autres, j*avais aussi vu très-clairement que je n avais pas plus de chaleur avec cinq caisses qu'avec quatre, et même avec trois. Mais ce qui peut induire en erreur dans ces expériences, c'est que si Ion met plusieurs verres les uns sur les autres et des thermomètres dans chaque intervalle, la chaleur paraît plus grande dans ceux qui sont les plus près du fond de la boîte, quoique le plus haut degré, celui du thermomètre qui est au fond, ne soit pas plus élevé lorsqu'il y a quatre ou cinq verres, que lorsqu'il y en a seulement deux, au moins lorsque ces verres sont des glaces de deux ou trois lignes d'épaisseur. Je crois cependant que si l'on augmentait au delà d'un certain terme le nombre des verres, alors ce point le plus chaud se trouverait non plus au fond de la caisse, mais dans quelqu'un des verres intermédiaires. Là serait le maximum et la chaleur décroîtrait en haut et en bas à mesure que l'on s'éloignerait de ce point... « Sans décider si les rayons du soleil sont eux-mêmes du feu, ou s'ils ne font qu'imprimer au feu contenu dans les corps un degré de mouvement que produit la chaleur, c'est un fait *qu'il les réchauffent. C'est un fait tout aussi certain que, quand le corps sur lequel ils agissent est exposé en plein air, la chaleur dont ils le pénètrent lui est en grande partie dérobée parles courants qui régnent dans l'air, et par ceux que cette chaleur produit elle-même. Mais si ce corps est situé de manière à recevoir ces rayons

sans être accessible à Tair, il conserve une plus grande portion de la chaleur qui lui est imprimée. Une seule glace ne suffit pas pour préserver l'intérieur d'une caisse du refroidissement produit ainsi par Tair qui circule ainsi autour d elle. Il faut deux ou plusieurs glaces, suivant leur épaisseur, leur distance et la grandeur de la caisse. Mais je n'ai pas cru que leur multiplication pût augmenter indéfiniment l'intensité de la chaleur, premièrement, parce que la raison me semblait indiquer que dès qu'il y avait assez de verres pour que la somme de leurs forces coerçantesou conservatrices delà chaleur égalâtcelledesparoisde la caisse leur multiplication devenait absolument inutile. Enfin, ce qui achevait de me démontrer qu'il ne saurait être avantageux de multiplier les verres, je ne dis pas seulement à l'infini, mais pas même au delà de quatre ou dnq, c'est la considération de la déperdition considérable que souffre la lumière par la réflexion, la dispersion et l'absorption de ses rayons à chaque verre qu'elle traverse. •• Je pensais donc que le meilleur moyen d'augmenter la chaleur dans cette expérience aurait été d'augmenter la grandeur de la caisse, parce que la déperdition se faisant par les surfaces, on aurait eu sous un plus grand volume une déperdition proportionnellement moins grande. Si en même temps on avait augmenté la force cœrçante des parois de la caisse, peut-être alors aurait-on pu avec avantage employer un ou deux verres de plus, et c'est ce que je me proposais d'essayer.

<i Quant aux applications, je m'en suis occupé. Gomme je ne me flattais pas de fondre des métaux, je ne pensai qu'à faire servir cette invention à des usages qui ne demandent qu'une chaleur peu supérieure à celle de l'eau

bouillante. Je voulais aussi éviter Fassujétissement et la perte de temps qu'entrsdne la nécessité de présenter toujours la caisse au soleil à mesure que sa position change. Dans cette intention, j ai essayé d employer des calottes de verre hémisphériques tjui s'emboîtaient les unes dans les autres; la plus grande avait douze pouces six lignes de diamètre, la seconde dix pouces deux lignes, et la troisième huit pouces trois lignes. Lés ayant posées sur une table d'ardoise recouverte de sable bien sec, à la hauteur d'un pouce, je trouvai que le thermomètre montait dans cet appareil à 70® R, comme dans mes caisses ; ce qui me fit voir qu'on ne pouvait pas même se flatter de faire cuire la soupe dans cet appareil. Je ne désespérais cependant pas qu'on pût tirer quelque utilité de la chaleur solaire concentrée par le moyen des verres plans, et je pensais même à quelques nouvelles tentatives, mais seulement pour des distillations, des décoctions^ ou, en général pour des opérations qui ne demandaient pas un degré de chaleur fort supérieur à celui de l'eau bouillante. En attendant cet instrument peu volumineux, peu coûteux, facile à exécuter, qu'on aurait aisément rendu comparable, m'avait paru propre à une infinité d'expériences curieuses et intéressantes, et je lui avais donné le nom d'héliothermomètre ou de thermomètre solaire, comme devant servir à mesurer la vraie somme de chaleur que le soleil peut exciter en difiërentes circonstance^. »

Les passages qu'on vient de lire sont extraits de deux lettres de de Saussure, adressées l'une à Buffon, l'autre au Journal de Paris. La seconde de ces lettres, en même temps qu'elle faisait connaître dans leur ensemble les essais de l'auteur, avait pour but de combattre sur plusieurs

-r THE

points lès vues du physicien français Ducarla (1738-1816), homme de mérite qui, tout en donnant une théorie prématurée et par conséquent défectueuse des appareils de de Saussure, venait d'indiquer de notables perfectionnements à y apporter.

Ducarla soutenait que si l'élévation de température n'était pas plus grande sous les caisses de verre superposées, c'était parce que la chaleur était bue par les supports à mesure qu'elle se concentrait dans l'appareil. Il essaya donc d'isoler d'une manière plus complète cet appareil en formant les supports eux-mêmes d'enveloppes alternées de verre et d'air. De plus, il plaça sous la dernière caisse un réservoir massif, noirci extérieurement et destiné «à tasser le feu solaire, » selon ses propres expressions. Enfin, il eut soin de munir son appareil d'une sorte de housse ou d'écran qui devait le couvrir la nuit ou les jours de pluie afin d'y conserver la^chaleur acquise pendant l'insolation. Grâce à ces perfectionnements, il espérait avec raison obtenir des températures plus élevées que celles qu'avait observées de Saussure. Mais en se laissant guider par un calcul fondé sur des hypothèses inexactes , il crut pouvoir admettre que plus on emploierait de caisses de verre superposées, plus on concentrerait de chaleur dans l'appareil. Aussi fut-il amené de la sorte à des conclusions inadmissibles et que dut combattre de Saussure..

Voici la première figure que, dans son Traité du feu complet^ Ducarla donne de son appareil, abstraction faite de l'écran.

Sept cloches de verre superposées interceptent entre elles des couches d'air épaisses de â lignes et reposent sur un tronc de cône à bases parallèles E A B DE, lequel est

soKde, creux, mince et noirci. Dans Tintérieur de ce tronc

Fig. 4.

de cône sont fixées des calottes de verre, déforme conique, espacées entre elles comme les cloches ; enfin^ sur la base supérieure repose un hémisphère ACB A de même rayon qu'elle, massif, noir, réfractaire et dense. Cet hémisphère est le réservoir oii doit se concentrer la chaleur.

Ducarla se flattait, en exposant au soleil un appareil de ce genre, formé d un nombre considérable de bocaux, et en le recouvrant de son écran pendant la nuit ou les temps sombres, « d entasser et de conserver le feu solaire pour fondre telles et autant de matières qu'on voudrait, fut-ce après un mois de pluie, » et il engageait Tindustrie métallurgique à construire des fourneaux sur ce modèle. Hâtons-nous d'ajouter qu'il ne semble pas s'être mis en peine de contrôler sa théorie par l'expérience puisque dans une réplique à de Saussure, il dit à ce propos : « Je crois

pouvoir répondre théoriquement du succès. La chose paraît digne de vérification. » U parle cependant d'un essai où il put constater une élévation progressive de température, sinon jusqu au réservoir massif, du moins jusqu au delà de la douzième cloche ; mais, il en conclut que la chaleur n'avait pas eu le temps de cheminer jusqu'au centre de 1 appareil, et n'en persista pas moins dans sa manière de voir.

Nous ne suivrons Ducarla ni dans l'exposé de sa théorie, ni dans les écarts où il fut entraîné faute de s'être laissé guider par l'expérience. Disons seulement qu'il eut encore un mérite, sur lequel nous reviendrons plus loin, celui de joindre à son appareil des miroirs ou réflecteurs : car, bien qu'il ne propose ce perfectionnement que dans le cas irréalisable où les cloches voisines du réservoir deviendraient incandescentes, et qu'il n'y attache même guère d'importance, puisqu'il ajoute : « Ce moyen également puissant, incommode et coûteux, sera peu mis en usage : il vaut mieux employer son argent à multiplier les bocaux^ » on doit lui tenir compte d'une idée qui devait plus tard amener de bons résultats. Pour être juste il faut pourtant reconnaître que Milliet Dechales avait eu déjà cette idée avant lui.

En résumé, l'addition de miroirs à l'un des appareils de de Saussure, l'installation d'un réservoir noirci sous la dernière cloche et les précautions prises pour l'isoler à l'aide de corps mauvais conducteurs, sont de notables pro* grès réalisés par Ducarla dans la question qui nous occupe. Quant à la cause de la concentration de la chaleur solaire dans l'appareil, l'état des sciences physiques à cette époque ne permettait pas encore de la découvrir; Ducarla

croyait, mais à tort, la trouver dans la diflérence de densité du réservoir et des enveloppes successives de verre et d*air. « Tout mon secret, disait-il, consiste dans l'alternative d'un fluide très-rare avec des matières très-denses formant un tout isolé. » De là les conclusions étranges auxquelles il fut conduit.

De Saussure lui-même n'entrevoyait qu'une partie de la vérité, en jugeant que si la paroi vitrée de l'héliothermomètre concentre les rayons solaires, c'est uniquement parce qu'elle s'oppose au refroidissement produit par le contact de l'air extérieur, et non point par quelque action particulière du verre sur la lumière, ou plutôt sur la chaleur. Il avait pourtant observé que les rayons brillants émanés d'une source calorifique assez faible ne produisaient pas dans son appareil le même efïët que les rayons solaires. Car, en présentant la caisse à un bon feu de bois allumé au foyer de sa cheminée, il trouva précisément Tinverse de ce qui avait lieu au soleil, c'est-à-dire que le verre exté • rieur était le plus chaud de tous, et que les autres avaient une température d'autant moindre qu'ils étaient plus près du fond de la caisse. Il y avait au reste déjà plus de cent ans que le physicien français Mariotte (mort en 1684) avsdt conclu d'une expérience analogue que la lumière et la chaleur ne se comportent pas toujours de la même manière, par rapport à une lame de verre mince. Mais les observations de ce genre n'étaient encore ni assez nombreuses, ni assez variées pour permettre d'expliquer convenablement rinfluence du verre en pareil cas. Il était indispensable pour cela de pénétrer plus avant qu'on ne l'avait fait jusqu'alors dans Tétude des propriétés de la chaleur, et de constater entre cet agent et la lumière une harmonie des plus inti-

mes. On avait, à la vérité, reconnu déjà quelques analogies entre les rayons calorifiques elles rayons lumineux. Ainsi, de Saussure et Pictet (1752-1825) avaient prouvé que la chaleur obscure se concentre comme la lumière au foyer d*un miroir métallique. Mais certains faits, tels que la décomposition de la lumière blanche en rayons de couleurs différentes, la transparence ou l'opacité des corps [réduits en lames minces pour ces rayons élémentaires n'avaient pas jusque-là leurs analogues dans la théorie de la chaleur. Or, les expériences en se multipliant finirent par montrer que, soit dans sa constitution, soit dans la manière dont elle se comporte avec les corps réduits en lames minces, la chaleur présente les mêmes particularités que la lumière, et, chose remarquable, ce fut précisément l'observation de Mariette qui, loin d'établir une dissemblance entre les deux agents, devint le premier indice de cette analogie nouvelle, en ce qu'elle fit voir que le verre est transparent pouî les rayons calorifiques émanés du soleil et à peu près opaque pour ceux d'un feu de bois ordinaire. Malgré l'intérêt qu'offre l'histoire de tant d'ingénieuses recherches, nous ne pouvons en donner ici qu'un résumé rapide, où seront consignés toutefois les résidtats les plus utiles à recueillir pour les applications de la chaleur solaire.

La première expérience connue dans cet ordre de faits est, comme nous venons de le dire, celle de Mariette : elle date de 1682. Voici comment ce grand physicien la rapporte dans son Traité des couleurs :

« Il faut remarquer ici que la lumière et la chaleur du soleil passent avec une égale facilité à travers le verre et les autres corps transparents, ce qu'on peut observer en mettant une glace de verre sur un petit miroir concave de

métal exposé au soleil ; car il fera un semblable effet à peu près daûs son foyer pour mettre le feu, comme s'il n'y avait point de verre, et la différence sera seulement d'environ une cinquième partie, qui est à peu près ce que la lumière perd par les réflexions qui se font sur les surfaces du verre en passant et repassant. Mais il n'en est pas de même de la chaleur du feu et de sa lumière, car sa lumière passe facilement à travers le verre, et sa chaleur n'y passe point, ou bien il y en passe très-peu, vous en pourrez faire l'expérience en cette sorte.

« Servez-vous du même petit miroir concave et le tenez à deux Qu trois pieds de distance d'un assez grand feu, faites réfléchir sa lumière sur quelque endroit de votre main, de manière qu'elle s'y réunisse, vous sentirez une chaleur telle que vous ne la pourrez souffrir que très-peu de temps; couvrez ensuite votre miroir avec la même glace qui aura servi pour le soleil, et recevez de même sur votre main la lumière du feu réunie, elle vous paraîtra presque aussi claire que quand le verre n'y est pas, mais vous ne sentirez aucune chaleur, et quand même vous approcheriez le miroir à un pied de distance du feu, il ne fera aucun effet sensible de chaleur, quoique la lumière réunie soit alors plus claire que quand le miroir est éloigné de deux ou trois pieds du feu, le verre étant ôté. »

Dufay (1698-1739), comme on le peut voir par les Mémoires de l'Académie pour 1726, refit cette expérience d'une autre manière, en joignant de nouvelles observations à celles de Mariotte. Ayant disposé vis-à-vis l'un de l'autre deux miroirs concaves, de façon à ce que les rayons émis par un charbon ardent placé au foyer de l'un vinssent se féunir au foyer de l'autre pour y brûler des matières in-

flammables, il reconnut que l'interposition d'une lame de verre entre les deux foyers diminuait assez notaMement TefFet produit, et que d'ailleurs l'épaisseur de la lame exerçait dans ce cas peu d'influence.

<( J*ai placé, dit-il, entre mes deux miroirs éloignés Tun de Tautre de 18 pieds (S'^jS) une glace plane des deux oàtés ; cela a tellement diminué la chaleur qu'il m*a fellu pour pouvoir brûler au foyer du second les rapprocher d'environ 8 pieds (2"'^6), ce qui est près de la moitié de la distance à laquelle ils brûlent sans l'interposition de la glace. Je n'ai pas remarqué qu'il arrivât de différence sensible soit que j'approchasse la glace de l'un des deux miroirs, ou qu'elle fût placée à égale distance de Tun ou de l'autre.

« J'ai remarqué que la diminution de la force des rayons n'est pas à beaucoup près en raison des épaisseurs des glaces qu'ils traversent; car, une glace très-mince fait une diminution fort considérable, et une dont l'épaisseur était double de la première ne m'a obligé de rapprocher le miroir que de très-peu de chose : ainsi , c'est prindpalement à l'entrée des rayons dans le verre que se fait la plus grande perte. »

Deux savants célèbres, le suédois Schéele (1742-1786), dans son Traité chimique de l'air et du feu^ et le français Lambert (1728-1777), dans sa Pyrométrie^ s'occupèrent plus tard d'essais du même genre. Mais, tandis que le second de œs observateurs étudiait l'extinction calorifique au moyen de vitres superposées, le premier crut pouvdir affirmer qu'en interposant une lame de verre entre un miroir et le feu, on n'avait pas la moindre chaleur au foyer de ce miroir. Pictet, pour combattre cette assertion, n'eut

qu'à recommencer lexpérience de Dufiiy, et fit voir que, malgré l*interposition d'une lame de verre entre les foyers de deux miroirs conjugués, la chaleur d'une bougie ou même d'un vase plein d'eau bouillante, en rayonnant du foyer du premier miroir à celui du second, y produisait encore un effet sensible quoique très-faible.

Ainsi, la seule conclusion légitime à tirer des expériences que nous venons de mentionner, c'était qu'une lame de verre mince ne se laisse pas traverser avec une égale facilité par tous les rayons calorifiques. A la rigueur, on pouvait déjà comparer l'action du verre en cette circonstance à celle d'une vitre colorée sur la lumière. Mais selon toute probabilité cette comparaison n'eut pas encore paru suffisamment justifiée par l'expérience. Avant de l'établir, il fallait l'étayer sur des observations nombreuses que nous allons rappeler brièvement. Examinons d'abord comment la décomposition de la lumière en rayons de couleurs diverses put servir de guide aux physiciens dans l'étude des propriétés de la chaleur.

Quand la lumière du soleil pénètre par une petite ouverture circulaire A dans une chambre obscure, elle y forme un faisceau rectiligne qui va se projeter sur le mur

Fig. SL

opposé suivant un disque brillant B. Mais, si Ton feit traverser au faisceau le prisme triangulaire de cristal C, le disque brillant se déplace et s'allonge en formant un spectre solaire D, c*est^-dire une bande lumineuse dont les nuances transversales, variées à Tinfini, viennent se fondre en sept teintes principales, le roufi;e, lorangé, le jaune, le vert, le bleu, l'indigo et le violet. La diversité de ces nuances prouve immédiatement que le faisceau de lumière a été décomposé par le prisme en une infinité de rayons d'espèces différentes, puisque des rayons identiques ne sauraient en pareil cas affecter différemment notre œil* La nuance n est d'ailleurs pas le seul caractère qui permette de distinguer les uns des autres les rayons élémentaires du faisceau lumineux. En effet, tous ces rayons sont réfractés par le prisme à des degrés différents : en d'autres termes^ ils sortent du cristal plus au moins déviés de leur direction primitive ; d'où il suit que, la déviation croissant d'une manière continue du rouge au violet, chaque rayon peut, indépendamment de sa nuance, être parfaitement caractérisé par la réfraction qu'il subit. Ce nouveau caractère, en quelque sorte superflu quand il s'agit des rayons lumineux, puisque notre œil peut en apprécier les moindres différences, devient un précieux moyen d'investigation pour qui veut étudier la constitution de la chaleur. Car, s'il est vrai que cet agenjL présente une grande analogie avec la lumière, il est, omune <&^ 4écampo$able en une infinité de rayons ioéffiemeiat réfemgiUes, et ces rayons diversement répara» JaM le tsp&fâm solaire, doivent y occasionner au moins de U^ise» ^Sérmom de toooférature. En un mot, pour veummÊbF^mh dkafear A»«oleil est ou n'est pas homogène, ^ «offira é» ^ofomiÊltbte un thermomètre

très-sensible successivement promené dans les diverses teintes du spectre.

BufFon (1707-1788) paraît avoir eu le premier l'idée de cette expérience, à en juger par ce passage d'un mémoire lu par lui à l'Académie des sciences en 1747 : « Les rayons jaunes, dit-il, sont ceux qui ébranlent le plus fortement la rétine et qui brûlent le plus violemment, comme je crois m'en être assuré en réunissant au moyen d'un verre lenticulaire une quantité de rayons jaunes qui m'étaient fournis par un grand prisme, et en comparant leur action, avec une égale quantité de rayons de toute autre couleur, réunis par le même verre lenticulaire et fournis par le même prisme. »

S'il ne se fut pas servi dans cette circonstance d'une lentille inégalement perméable à tous les rayons calorifiques du faisceau lumineux, Buffon n'eût pas manqué de reconnaître que la chaleur va constamment en croissant du violet au rouge dans le spectre solaire. Mais cette vérité ne fut démontrée qu'en 1775 par le physicien français Rochon (1741-1817) qui trouva de plus que la chaleur des rayons rouges vaut environ 8 fois celle des rayons violels. La question en était là, vers 1800, lorsque W. Herschel (1738-1822) lui fit faire un pas considérable. En promenant un thermomètre fort sensible dans le spectre solaire, il reconnut que la chaleur allait non-seulement en croissant du violet au rouge, mais encore qu'elle atteignait son maximum un peu au-delà de cette dernière teinte, c'est-àdire dans une région privée de lumière. Il était donc prouvé par là que le ^oleil nous envoie des radiations obscures assujéties aux lois de la réfraction comme les rayons brillants et que d'ailleurs la chaleur de cet astre se compose

aussi bien que sa lumière d'une infinité de rayons d'espèces différentes.

Le célèbre astronome anglais avait été amené par une question d'optique à s'occuper de ce genre de recherches. Ayant reconnu la nécessité d'éteindre en partie les rayons lumineux et calorifiques qui formaient dans son grand télescope une image trop vive du soleil, il essaya pour y parvenir d'interposer entre cette image et l'œil des lames transparentes de diverses substances, et vit avec surprise que certaines plaques fortement colorées laissaient passer presque toute la chaleur, tandis que d'autres plaques beaucoup plus diaphanes présentaient le phénomène inverse. 11 n'en fallut pas davantage pour lui faire conjecturer que la chaleur est formée comme la lumière de rayons d'espèces différentes et que les corps réduits en lames minces sont doués à des degrés divers de la transparence calorifique. Afin de s'en assurer, il était nécessaire d'observer le passage instantané de la chaleur à travers un grand nombre de plaques de diverse nature. W. Herschel se mit à l'œuvre et, malgré l'insuffisance des indications du thermomètre dans des recherches aussi délicates, il parvint à démontrer, 1^ qu'en général il n'existe aucun rapport entre la transparence des corps pour la lumière et la faculté qu'ils possèdent de transmettre la chaleur rayonnante ; 2^ que la nature de la source calorifique influe sur le nombre des rayons transmis à travers un même écran.

Cependant, la doctrine de la^ transmission calorifique, ou du passage instantané de la chaleur à travers les lames minces, ne laissa pas que de rencontrer au début de nombreux contiadicteurs. On prétendit que la chaleur était simplement absorbée par celle des faces de l'écran qui

regardait la source, puis, qu elle se propageait de coudia en couche à travers cet écran jusqu'à l'autre face pour rayonner de là sur le thermomètre. B. Prévost (1755-1819) combattit le premier cette manière de voir en prouvant à Taide d'une expérience des plus ingénieuses que la chaleur rayonnante traverse instantanément un filet d'eau coulant sous la forme d'une nappe très-mince. Delaroche (vers 181 1) fit observer ensuite que si la clialeur qui vient de traverser une lame de verre dépend à la fois de la conductilMlité de cette lameet de sa transparence pour les rayons calorifiques, l'effet produit sur le thermomètre doit diminuer lorsqu'on supprime cette transparence en noircissant à l'encre de Chine celle des faces de l'écran qui est tournée vers la source. L'expérience étant venue confirmer pleinement sa prévision, il ne fut dès lors plus guère permis de révoquer en doute la transmission de la chaleur à travers certains corps so* lides. Ce même physicien reconnut aussi par des méthodes, plus exactes que celles de ses prédécesseurs, V qu'une lame de verre ordinaire est plus ou moins transparente pour les rayons calorifiques selon la température de la source qui les émet ; 2*. que lachâleur qui vient de traverser une lame de verre éprouve une déperdition beaucoup moindre en passant à travers une seconde lame identique à la première : d'où il était facile de conclure que la chaleur est en quelque sorte tamisée par une vitre incolore, comme la lumière Test par des vitraux colorés. Mais c'est principalement à Melloni (1801-1854) que revient l'honneur d'avoir dissipé tous les doutes relativement à la transmission calorifique, soit en agrandissant le domaine des recherches entreprises par ses devanciers^ soit en apportant dans ses expériences une pré* dsion inconnue avant lui.

' Il est juste de reconnaître d*ailleurs que ce grand physicien fut bien servi par les circonstances et qu*il dut une partie de ses succès à une découverte remarquable dont un de ses amis venait d'enrichir la science. En effet, pour aborder les expériences délicates qui firent sa gloire , il avait besoin d'un appareil beaucoup plus sensible que le thermomètre ordinaire ; et ce fut Nobili, son msdtre, qui, vers 1830, ie tira d'embarras ea inventant comme à point nommé le thermo-multiplicateur. Grâce à l'exquise sensibilité de cet instrument dans lequel la moindre élévation de température produit des effets très-appréciables, et dont il est inutile de donner ici la description, Melloni put démontrer de la manière la plus rigoureuse l'existence de la transmission calorifique en distinguant à des signes certains les effets dus à cette transmission de ceux que produit la chaleur propre de l'écran. Il fut alors prouvé quQ la chaleur reçue par certains corps réduits en lames ou en couches très-minces se fractionne en trois parts, dont la première est réfléchie et la seconde absorbée par ces corps, tandis que la troisième les traverse instantanément sans modifier en rien leur température. Cette dernière particularité conduisit Melloni à diviser les corps solides liquides ou gazeux en deux classes, suivant leur transparence ou leur opacité pour la chaleur, il appela les premiers diathermanes, les seconds athermanes, puis, il se mit à étudier la transmissioncalorifiqueà travers diverses espèces de solides ou des liquides et des gaz renfermés entre des lames de verre parallèles. Il put ainsi consigner dans des tables fort étendues l'influence sur cette transmission soit de la nature des substances^ soit de l'épaisseur de l'écran, soit enfin de la température de la source calorifique. On doit seulement re-

greiter queMelloni ait exclusivement opét*é, dans ses expériences, sur les rayons émis par le platine incandescent, les lampes de Locatelli et d'Argant, ou des vases de cuivre noirci chaufTés tantôt à 100 et tantôt à 400 degrés ; en comprenant les rayons solaires parmi ces différentes sources il eût pu fournir des indications précieuses pour la question qui nous occupe. Parmi les lois qu'il sut découvrir ou confirmer nous n avons d ailleurs besoin que de rappeler les suivantes, qui se rapportent plus ou moins directement à notre sujet:

V Là quantité de chaleur transmise par un écran diminue quand 1 épaisseur de Técran augmente.

En effet, Melloni a trouvé que sur 1 ,000 rayons émis par une lampe d*Argant, il en passait respectivement 619, 576, 558, 549, à travers des lames d'un beau verre dont les épaisseurs étaient entre elles comme les nombres 1, 2^ 3, 4, celle de la première étant 2°'"^,068.

On voit de plus par ces résultats qoe la chaleur absorbée par récran est loin d'être proportionnelle à son épaisseur y et que si l'on partage par la pensée la lame la plus épaisse en 4 tranches égales à la première lame, l'absorption de la chaleur est plus grande pour la première tranche que pour la seconde, et ainsi de suite. Ce &it reçoit au -reste une nouvelle confirmation de la loi suivante.

2^ La chaleur rayonnante qui vient de traverser une première lame de verre est absorbée en moindre propor^tion quand elle en traverse une seconde, une troisième, etc...

Pour le prouver, Melloni prit quatre lames du même verre, ayant une épaisseur commune de 2"™,068 ; puis, il ferma successivement l'écran d'une, deux, trois, quatre de

ces lames, et trouva que, sur 1,000 rayons incidents, les rayons transmis étaient respectivement au nombre de 619, 531, 485, 450. D'où il était facile de conclure que la chaleur absorbée par chaque lame allait en diminuant de la première à la dernière. C'est particulièrement ici qu'on doit regretter de ne pas voir figurer les rayons solaires parmi les sources de chaleur employées par Melloni ; mais, pour combler en partie cette lacune, il suffit d'invoquer une expérience que sir John Herschel rapporte ainsi dans son Traité d'astronomie :

« Au moyeu de mesures directes prises avec l'actinomètre, instrument que j'ai longtemps employé à ce genre de recherdies, et qui n'offre aucune des chances d'erreur auxquelles on est exposé en suivant d'autres méthodes, je trouvai que sur 1 ,000 rayons solaires calorifiques, 816 pénètrent une plaque de verre épaisse de 0,12 de pouce (3™™ ,04); et que, sur 1,000 rayons qui ont traversé une semblable plaque, 859 peuvent en traverser une autre. »

Quand même le verre dont il s'agit dans cette expé*rience ne serait pas du verre ordinaire, il est permis de conclure de là qu'un châssis formé de deux vitres parallèles, épaisses chacune de 3°*™, n'absorbe guère que les 0,3 de la chaleur incidente ; en sorte qu'il en reste 0,7 à transformer en travail.

3® La nature de la substance influe sur la transmission calorifique.

Ainsi, l'air et les gaz sont éminemment diathermanes ; les liquides le sont à dés degrés divers ; enfin, parmi les corps solides, la plupart de ceux qui sont transparents pour la lumière le sont aussi pour la chaleur. Cependant il peut se &ire que des substances opaques pour la lu-

mière soient transparentes pour la chaleur, et réciproquement. Melioni trouve, par exemple, en opérant sur des solides réduits en lames minces de 2"°*,62 d épaisseur que, sur 100 rayons émis par la lampe d*Argant, le sel gemme en transmet 92; le verre à glace, 62; le cristal de roche enfumé, 57 ; l'alun diaphane, 12, etc.

La conîposition du verre influe, en particulier, sur sa transmission calorifique. Ainsi, des plaques d'une épaisseur commune de 1™™,88, sur 100 rayons incidents, en laissent passer :

Flint anglais 65

Flint français 64

Autre espèce 64

Verre de glace 62

Autre espèce 60

Autre espèce 59

Crown français 58

Verre à vitres 54

Autre espèce 52

Autre espèce 50

Crown anglais 49

Enfin la quantité de chaleur rayonnante qui traverse un verre coloré est toujours inférieure à celle que transmet un verre blanc de même épaisseur : comme on peut le voir par le tableau suivant, où, sur 100 rayons incidentS| des verres de 1"",85 d'épaisseur en laissent passer :

Violet foncé 53

Rouge vif. ...... . 47

Orangé 44

Jaune. 34

Bleu foncé 33

Vert pomme 26

Vert minéral 23

Bleu très-foncé 19

II- faut dmUeurs conclure de ces derniers résultats que la matière colorante du verre indue par sa nature sur la transmission calorifique, puisque le nombre des rayons transmis par chaque lame n*est pas en rapport avec la température de la teinte correspondante du spectre solaire.

Melloni reconnut encore qu'une lame de verre ou de cuivre noircie à la lampe ne se laisse pas traverser par la chaleur.

4^ La faculté que possède la chaleur de rayonner à travers les substances diathermanes diminue rapidement avec la température de la source. Le sel gemme fait seul exception à cette loi.