DU PHÉNOMÈNE DE LA FORCE ET DE LA CONSTITUTION LE.-, CORPS NATURELS

232. L'histoire iialiirelle peut être considérée sous deux points de vue très-différens : elle peut être envisagée : 1* comme une série de faits , un assemblage de corps dont l'examen , l'analogie et la combinaison nous initient à la connaissance de l'ordre que suit la nature, et des agens qu'elle emploie pour arriver à ses fins, ce qui donne lieu à toutes les sciences; 2° elle peut être considérée comme une masse de phénomènes dont il s'agit de rendre compte , d'effets qu'il faut déduire de leurs causes , de matériaux qui nous sont confiés pour appliquer nos principes à des objets utiles. L'histoire naturelle, envisagée sous l'un ou l'autre de ces points de vue, est donc l'origine et le but des sciences physiques. Comme la nature nous offre , confondus , pêle-mêle , les élémens de toutes nos connaissances , nous devons chercher à les dégager, à les isoler, à les présenter sous la forme

524 DISCOURS SUR I.'j'iTUDE

qui leur est propre. Nous sommes ainsi appelés à résoudre ce problème si important et si complexe : étant donné un effet, ou une série d'effets, déterminer la cause qui les a produits. Les principes sur lesquels repose une telle recherche sont ceux qui constituent la relation qu'il y a de l'un à l'autre, telle qu'elle existe par rapport à nous. Ce sont les lois qui les énoncent, la manière dont on les applique qu'on a essayé de développer dans les pages qui précèdent. Il reste maintenant à exposer, d'une manière sommaire, les résultats auxquels ont conduit les recherches, soit par rapport à la découverte des agens naturels, soit par rapport à la manière dont s'exerce leur action.

233. Le premier grand agent que nous offre l'analyse des phénomènes naturels, celui qui se présente le plus souvent, et d'une manière plus sail lante, est la force dont l'action se manifeste 1^ par la destruction d'une force opposée, et, par conséquent, la continuation de l'équilibre; 2° par la production du mouvement.

234. La matière, ou ce je ne sais quoi , qui nous rend les corps sensibles , se présente à nous avec deux qualités générales qui, au premier abord, semblent contradictoires, l'activité et l'inertie. Son activité est prouvée par la puissance dont jouit un corps d'en mettre un autre en mouvement, d'obéir à une impulsion étrangère, de céder même à sa propre influence. Son inertie est démon frce par la propi'iélé que possède chaque objet-

de persévérer dans l'état où il se trouve , à moins que quelque force , quelque choc extérieur ne le déplace. Cette contraction , néanmoins , n'est qu'apparente. La force est la cause , le mouvement l'effet produit. Dire, donc, que la matière est inerte, ou a de Yinertie^ comme on s'exprime, ce n'est dire autre chose, si ce n'est que la cause s'est épuisée à produire son effet , et qu'elle ne peut , si elle ne se renouvelle , le produire une deuxième, une troisième fois. On peut, sous ce point de vue, concevoir l'équilibre comme la production continuelle de deux effets opposés, qui se paralysent incessamment.

23-5. Quoiqu'il en soit, cette différence donne naissance à deux grandes divisions de la science des forces qui sont communément connues sous les noms de statique et de dynamique ; ce dernier terme, qui est général et que nous avons employé dans son acception la plus étendue, est habituellement restreint à la doctrine du mouvement, en tant qu'il est produit ou modifié par une force. Chacune de ces grandes divisions se subdivise à son tour suivant que l'on considère l'équilibre ou le mouvement de la matière dans les trois états distincts sous lesquels elle se présente dans la nature , solide , liquide et aériforme. Peutêtre devrait-on encore ajouter, comme un moyen terme entre les deux premiers, celui de visqueux, dont l'étude est obscure, difficile , mais présente le plus haut intérêt.

Î236. Les principes de la statique et de la dyna-

226 DISCOURS SUK l'étudk

mique ont été arrêtés par Newton: comme ils sont généraux, qu'ils s'appliquent à chaque cas, ils résolvent, ainsi que nous l'avons observé, tous ceux que peuvent rencontrer les méthodes de déduction qui servent à rendre raison des phénomènes ou à en calculer les effets. Ainsi , ils embrassent toutes les questions qui peuvent s'élever au sujet du mouvement et du repos des plus petites, comme des plus grandes masses. Mais les inductions, auxquelles ils conduisent, diffèrent entièrement suivant qu'on les applique à des quantités de matière de grandeur sensible ou à ces molécules tenues, si toutefois elles ne sont indivisibles, dont se composent les corps. Les recherches qui ont pour objet cette dernière modification de la matière, sont extrêmement ardues , attendu qu'elles se compliquent forcément des diverses hypothèses qu'on peut faire sur la constitution intime des corps.

237. D'un autre côté, celles qui se rapportent à l'équilibre et aux mouvemens des masses sensibles de matière peuvent heureusement être dirigées de telle sorte, qu'il est inutile de recourir à aucune hypothèse particulière sur la structure des corps. Ainsi, en raisonnant sur l'application des forces à une masse solide, on suppose que les parties, dont celle-ci est formée, sont inaltérablement liées entre elles, peu importe comment elles sont réunies. Il suffit que cette condition soit satisfaite, pourvu qu'aucune de leurs ^nolécules ne puisse être déplacée sans mettre

i)E LA PHILOSOPHIE KàTURELLE. 227

toutes les autres en mouvement, de manière que leur situation relative ne puisse être changée. Telle est la notion abstraile du solide que le mécanicien emploie dans ses raisonnemens. Les autres conséquences, qu'on peut tirer des principes que nous avons indiqués, s'appliqueront de droit aux corps naturels, mais ne s'y appliqueront , néanmoins, qu'autant qu'ils se plieront à cette définition. Il faut le dire, cependant, il n'y a pas de substance qui la vérifie exactement. Il n'y en a pas dont les molécules soient absolument incapables de céder les unes à l'égard des autres. Mais la déviation dont elles sont susceptibles est si peu de chose , que , pour l'ordinaire , elle est véritablement incapable de troubler les résultats. Du reste, on peut presque toujours mesurer son influence dans les cas où elle en exerce. De là , deux sous-divisions de Tapplication des raisonnemens mécaniques aux masses solides. Ceux qui se rapportent à l'action des forces sur les corps flexibles ou élastiques, et sur ceux qui sont inflexibles ou rigides : on comprend, sous cette dénomination , tous ceux dont la résistance à la flexion, à la brisure est telle, qu'on n'a pas à craindre d'erreur matérielle en l'employant.

238. Nous disons de même, quand il s'agit de l'action des forces sur une masse fluide, que toutes les parties de celle-ci sont parfaitement libres les unes à l'égard des autres. Si nous allons plus loin, que nous regardions un fluide comme incompressible, les conséquences auxquelles donne lieu une

238 DISCOUR» SUR l'étude

telle hypothèse , ne seront exactes qu'autant qu'on rencontrera de tluides semblables dans la nature, et il n'y en a pas; mais, pratiquement parlant , la résistance qu'ils opposent dans le plus grand nombre de cas , à la compression , est si grande , que les choses se passent comme s'ils n'y étaient pas sujets du tout. Les mêmes principes généraux nous mettent à même, dans les autres cas, de faire des recherches spéciales sur ce point. De là, la division des fluides en compressibles et en incompressibles que font les mécaniciens, les derniers n'étant que la limite extrême des premiers.

239. ?se nous proposant ici que de rechercher quelle est la constitution actuelle de la nature, nous regarderons tous les corps ainsi qu'ils le sont réellement, comme plus ou moins flexibles, plus ou moins propres à céder. ]\ous sommes sûrs qu'aucun d'eux ne remplit entièrement l'espace qu'il parait occuper, attendu qu'il n'en est pas un qui, soumis à l'action d'une force suffisante, ne puisse être comprimé ou réduit à un moindre volume, et qui ne soit susceptible de reprendre entièrement, comme l'air, les liquides, ou en partie comme la plupart des solides , les dimensions qu'il avait d'abord, si la force qui les a altérés est détruite. Quand c'est sur l'air qu'on opère , on peut, pour ainsi dire, pousser indéfiniment la condensation. Et, non seulement cet air reprend son volume dès que la force qui le comprime cesse d'agir, mais il se dilate encore au-delà de toute limite,

i)K i-v PHiLtjsopHiE k.vtuui:lj.e. 22Î/

si on diminue, à l'aide d'une machine pneumatique, la pression qu'il éprouve à la surface de la terre, pression qui tient au poids de Tatmosphère. ;\ous sommes ainsi amenés à conclure que les molécules d'air sont naturellement élastiques, et qu'elles ont à s'éloigner les unes des autres une tendance qui ne peut être balancée que par l'action d'une force , qu'il est lui-même une force de nature répulsive. ^Néanmoins, comme il est pesant, et que la gravitation est une propriété générale de la matière, il n'est pas douteux que cette tendance répulsive n'ait une limite, et que, si les molécules d'air sont portées au-delà d'une certaine distance, leur force de répulsion ne cesse d'agir, et ne fasse place à l'attraction. Cette limite se trouve probablement à une très grande élévation au-dessus de la surface de la terre. C'est le terme où finit l'atmosphère.

240. Ce que nous pouvons seulement conclure à l'aide de ce raisonnement ou de considérations analogues, les liquides l'établissent clairement. Tous, quoiqu'à un faible degré, sont compressibles : tous reprennent leurs premières dimensions dès que la force qui les a comprimés cesse d'agir ; mais ils ne peuvent se dilater (par des moyens mécaniques), et ne manifestent aucune tendance, tant qu'ils restent liquides, à dépasser une certaine limite. C'est pour cela qu'ils prennent une surface déterminée pendant qu'ils sont en repos ; que leurs parties opposent à toute séparation une résistance considérable, et don-

230 DISCOURS SUR l'Étude

nent ainsi naissance au phénomène de la cohésion des liquides.

241. Dans l'air comme dans les liquides, les molécules se meuvent librement les unes à l'égard des autres, ce qui aurait difficilement lieu si elles n'étaient séparées et indépendantes. On a conclu de là et des considérations qui précèdent qu'elles ne se touchent pas, mais qu'elles sont maintenues entre elles à des distances déterminées par l'action constante des deux forces d'attraction et de répulsion qui sont supposées se balancer, se faire équilibre à la distance ordinaire des molécules, mais l'emportent l'une par rapport à l'autre, suivant le déplacement relatif que subissent celles-ci.

242. Il n'en est pas ainsi dans les solides. Le mouvement de leurs molécules entre elles n'est pas libre. Il est toujours fortement entravé, souvent même il est détruit. Dans quelques-uns, comme dans les métaux, l'argile, le beurre, la pression, le choc produisent des changemens de configuration lents et gradués, mais considérables ; dans d'autres, la moindre tentative pour altérer les formes au-delà d'une limite fort rapprochée, suffit pour déterminer une fracture. Il résulte de là que la structure intime des solides doit nécessairement modifier les résultats généraux des forces attractive et répulsive, en tant qu'on les envisage pour rendre compte des phénomènes qu'ils présentent. Néanmoins, la cohésion de leurs molécules, l'énergie avec laquelle elles résistent au déplacement suffisent pour établir l'existence

DE VK PHILOSOPHIE NATURELI.E. 231

de ces forces, quelle que soit l'obscurité qui enveloppe encore la manière dont elles agissent.

243. Cette division des corps en gaz, en liquides et solides donne lieu à trois branches de mécanique, dans chacune desquelles les principes généraux d'équilibre et de mouvement ont un mode d'application particulier ; savoir, la pneumatique , l'hydrostatique, et ce qu'on pourrait peut-être appeler sans impropriété la stéréostatique.

Pneumatique.

244. La pneumatique s'occupe de l'équilibre et du mouvement des fluides aériformes, quelle que soit la pression à laquelle ils sont soumis, la densité et l'élasticité dont ils jouissent. Le poids de l'air, la pression qu'il exerce sur tous les corps qui se trouvent à la surface de la terre , étaient tout-à-fait inconnus aux anciens, et furent aperçus par Galilée à l'occasion d'une pompe aspirante qui refusait de porter l'eau au-dessus d'une certaine hauteur. Jusque-là on supposait que ce liquide ne s'élevait que par suite d'une horreur qu'on attribuait à la nature pour le vide ; horreur qui le précipitait dans les tuyaux pour remplir l'espace que l'aspiration avait dépouillé d'air. Mais si une telle horreur avait existé et qu'elle eût eu la force d'élever Teau d'un pied, il n'y avait pas de raison pour qu'elle ne l'élevât pas de deux, de trois, d'une quantité indéfinie. Il n'y en avait aucune pour qu'elle cessât brusquement d'agir, qu'elle refusât de porter l'eau à une plus grande

23 2 DISCOURS SUR l'Étude

élévation, quelque forte que fût l'aspiration, dès qu'on l'avait , par un moyen quelconque, élevée au-dessus de la hauteur ordinaire.

245. Galilée cependant admit d'abord l'explication commune. Il admit que l'horreur de la nature pour le vide n'était pas assez forte pour porter l'eau au-dessus de trente-deux pieds. Plus tard il supposa que la véritable cause du phénomène résidait dans la pression que l'air exerce sur la surface du liquide; mais cette cause ne fut bien établie que torsque son élève Torricelli eut eu l'heureuse idée de la vérifier par l'expérience, de substituer à l'eau un liquide beaucoup plus pesant, le mercure. Il n'aspira pas l'air, il employa une méthode plus sûre. Il remplit un long tube de vif-argent et le renversa dans un bain de même méial. La colonne mercurielle baissa et se fixa à vingt-huit pouces. De la sorte, il fut établi d'une manière irrécusable que la suspension du vif-argent dans le tube (qui n'était pas autre chose que le baromètre ordinaire) était due à une cause extérieure qu'on ne pouvait méconnaître. Ses fluctuations suivant celles de l'atmosphère achevèrent de démontrer que c'était bien à la pression de l'air extérieur sur la surface du mercure dans le réservoir qu'était dû l'effet qu'on avait si gratuitement attribué à l'horreur de la nature pour le vide.

246. La découverte de Torricelli fut d'abord mal accueillie; elle fut même repoussée; mais enfin une expérience décisive, imaginée par Pascal, vint

mettre un terme à la discussion. Cet homme célèbre remarqua que , si le poids de l'air ambiant était la cause directe de l'élévation du mercure, il devait être mesuré par la somme de cette élévation ; que, par conséquent , si l'on portait un baromètre sur une haute montagne , et qu'on parvint ainsi au-dessus d'une certaine masse d'air, la pression serait pins faible, et par suite la longueur de la colonne beaucoup moindre. Si, au lieu de la pression, c'était l'horreur du vide qui soutenait le mercure, l'élévation devait être la même, que le tube fût sur la montagne , ou qu'il se trouvât dans la plaine. Peut-être l'effet décisif de l'expérience qu'il fit faire à ce sujet sur le Puy-de-Dôme, haute montagne de l'Auvergne, contribua plus puissamment, que tout ce qui avait été fait jusqu'alors, à fortifier la tendance qu'on commençait à manifester pour les recherches expérimentales.

247. Cette découverte fut immédiatement suivie de celle de la machine pneumatique qu'on doit à Otton van Guerike , de Magdebourg. Ce savant semble s'être proposé de rechercher si le vide pouvait ou ne pouvait pas exister, et, pour s'en assurer, il essaya de le produire. L'imperfection de sa machine ne lui permit pas d'épuiser ses réservoirs ; il ne réussit qu'à diminuer la quantité d'air qu'ils renfermaient. Cependant, les curieux effets qu'il obtint excitèrent vivement Taltention , et portèrent l'illustre Boyle à poursuivre des expériences qui , grâce à ses travaux, à ceux de Hauksbée , de Hooke , de Mariotte et autres , ont

234 DISCOURS SUR l'étude

fait connaître la loi de l'équilibre de l'air sous des pressions diverses. Ces découvertes ont été plus tard étendues aux diverses espèces de fluides aériformes dont la chimie a révélé l'existence , et qui conservent l'état gazeux sous une pression artificielle. Elles l'ont même été à ceux que peuvent produire les liquides réduits en vapeur par l'application de la chaleur, aussi long-temps qu'ils conservent cet état.

248. La manière dont la loi d'équilibre d'un fluide élastique, tel que l'air, peut être considérée comme l'effet de la répulsion mutuelle de ses molécules, a été étudiée par Newton, et l'énoncé de la loi , telle qu'elle a été exprimée par Mariotte » « que la densité de l'air ou la quantité d'air contenu dans le même espace est, toutes choses égales d'ailleurs , proportionnelle à la pression que supporte ce fluide , » a été récemment vérifiée » dans les limites les plus étendues, à l'aide d'expériences directes, par une commission nommée à cet effet par l'Académie des sciences. Cette loi contient le principe de solution de toute question dynamique qui peut se présenter relativement à l'équilibre des fluides élastiques. Elle peut , par conséquent , être envisagée comme un des premiers axiomes de la pneumatique.

Hydrostatique.

249. Les principes de l'équilibre des liquides, en comprenant sous ce nom les fluides qui , quoique libres , ne se dilatent pas au-delà de certaines li-

mites, sont à la fois simples et peu nombreux. Les premiers résultats qu'on obtint à cet égard sont dus à Archimède. Ce savant établit le fait général que le poids que perd un solide immergé dans un liquide est précisément égal à celui du volume de liquide qu'il déplace. Il est étrange qu'on n'ait pas immédiatement conclu de ce résultat que le poids qu'on disait être perdu de la sorte n'était que contrebalancé par la pression de bas en haut, et que, par conséquent , une portion d'un liquide quelconque , entouré de tous côtés par un liquide de même espèce , pèse réellement en occupant sa place. Le contraire , néanmoins, s'établit, et ce préjugé ne se dissipa que lorsque la philosophie expérimentale, introduite par Galilée, fit justice de cette masse d'erreurs, d'absurdités qui avaient cours dans les écoles.

250. La loi hydrostatique de \ égale pression des liquides dans tous les sens avec les conséquences qu'elle entraîne , est* une suite immédiate de la parfaite mobilité de leurs particules les unes à l'égard des autres , mobilité qui fait que chacune d'elles tend à céder à un excès de pression. Arrêtée par Newton, elle est devenue un des principes les plus utiles et les plus féconds de la science physico-mathématique de l'équilibre des masses fluides. Elle donne les moyens de suivre dans ses effets l'action d'une force qui agit sur un point quelconque d'un fluide. Elle s'applique aussi bien aux fluides expansibles qu'aux liquides , et si l'on fait usage de la géométrie dans des questions de ce

23fi DISCOURS sur. i/jîtude

genre , elle dispense de ces investigations si minutienses et si pénibles auxquelles on est conduit quand on veut chercher le mode dont les molécules agissent individuellement les unes sur les autres.

251. Sous un point de vue pratique, cette loi est remarquable par les applications directes dont elle est susceptible. La distribution immédiate , parfaite d'une pression appliquée sur une partie quelconque d'une surface fluide, quelque peu considérable qu'elle soit, à travers la masse entière, nous met à même de communiquer dans un instant quelconque la même pression à un nombre indéfini de ses parties, par la simple augmentation de la surface du fluide, ce qui peut se faire en augmentant simplement les dimensions du vase. Il y a plus: si le vase est construit de telle sorte qu'une grande partie de la surface se meuve ensemble, les pressions qui s'evercent sur toutes les parties semblables se réuniront et formeront une masse de forces simultanées qui pourra indéfiniment s'accroître. La presse hydraulique , inventée par Bramah , ou mieux exécutée par lui d'après les données de Stevin, est construite sur ce principe. Une petite quantité d'eau est poussée par une pression suffisante dans un vase déjà plein , et pourvu d'une surface mobile ou piston très-développé. Avec un mécanisme semblable, il faut que quelque chose cède. La grande surface du piston multiplie la pression à un point tel , que rien ne peut résister à sa violence. Elle déracine les ar-

bres , fait sauter les piliers , comprime les tissus de laine et de coton , et les réduit aux plus faibles dimensions. Le foin que consomme la cavalerie peut aussi être ramené à un volume qui permette de l'empiler sans peine sur les transports.

252. Les liquides diffèrent des fluides aériformes parleur cohésion^ qu'on peut regarder comme une espèce d'acheminement à l'état solide, ainsi que le fesait Bacon (193). Il est, en effet, difficile de ne pas admettre que la solidité, la fluidité et Fétat gazeux ne sont autre chose que des points saillans dans la transition graduelle que les corps subissent d'un terme extrême à l'autre. On ne peut contester non plus que, quelque prononcés que soient ces points saillans, ils ne peuvent se détacher brusquement , mais doivent se confondre par des nuances insensibles. Les diverses expériences du baron Cagnard de la Tour en offrent un commencement de preuve (199). Il n'en est pas de la cohésion des liquides comme de celle des solides. Elle n'est pas modifiée parleur structure, au point que la mobilité de leurs particules en masses soit détruite (si ce n'est dans le cas où ils touchent presque à l'état solide, comme ceux qui sont visqueux). Loin de là, les deux qualités sont habituellement réunies, et donnent naissance à une multitude de phénomènes aussi curieux que complexes.

253. Un des plus remarquables est l'attraction capillaire , ou la capillarité, comme on l'appelle quelquefois. Chacun a remarqué que l'eau adhère au verre. L'élévation de la surface générale du li-

238 DISCOURS SUR l'étude

quide aux points où il est en contact avec le vase qui le renferme , la forme d'une goutte à Textrémité d'un solide, sont autant d'exemples d'attraction capillaire; si on plonge dans l'eau un tube de verre dont le diamètre ne dépasse pas celui d'un cheveu, le liquide s'élèvera à une certaine hauteur, et prendra une surface concave à sa partie supérieure. Curieux effet qui est dû , sans aucun doute, à l'action simultanée de l'affmité que le verre exerce sur l'eau, et à la cohésion qui lie les molécules de ce liquide entre elles ; mais le mode d'action de ces deux causes est aussi obscur que complexe ; quoique les recherches de Laplace et celles de Young aient dissipé une partie de l'obscurité qui couvre ce sujet difficile, il en faut encore de nouvelles pour qu'on puisse se flatter de le bien saisir.

254. La capillarité et la cohésion des liquides prouvent que les molécules, dont ils se composent, exercent les unes sur les autres une affinité mutuelle. L'élasticité dont elles jouissent établit aussi qu'elles sont pourvues d'une puissance de répulsion qui se développe quand elles sont plus rapprochées que leur état ordinaire ne le comporte. Comparée à celle de l'air, la compression des liquides est si faible, quelle que soit la force dont on fait usage, qu'on ne peut se dispenser de conclure que cette répulsion est beaucoup plus considérable dans l'un que dans l'autre ; mais elle est en retour balancée par une plus puissante force d'attraction. La résistance que les liquides op-

posent à la compression est telle, qu'on peut généralement les regarder comme incompressibles; opinion en quelque sorte établie par la célèbre expérience faite à Florence et où l'eau fut soumise à une pression telle, qu'elle suintaàtravers les porc» d'une sphère d'or. Des recherches plus récentes néanmoins, et dont nous sommes redevables à Canton, à Perkins, à Oersted, etc., ont établi le contraire. Elles ont même déterminé la quantité de la compression.

255. La question des mouvemens des fluides , soit liquides ou gazeux, est infiniment plus compliquée que celle de leur équilibre. Quand les déplacemens se font avec lenteur, on peut supposer sans invraisemblance que c'est la loi de l'égale distribution de pression qui les régit. Mais quand ils sont vifs, que leurs molécules se mêlent brusment les unes aux autres, il n'est pas aisé de concevoir comment une telle distribution peut avoir lieu. Il y a d'ailleurs des phénomènes qui semblent conduire à une conclusion opposée.

256. Des difficultés d'une nature beaucoup plus grave ne permettent pas de faire une application régulière des principes généraux de la mécanique à ce sujet. Ces difficultés tiennent à l'excessive complication des recherches mathématiques auxquelles cette investigation conduit. C'est Newton qui, le premier, a essayé de déduire des principes dynamiques les lois qui régissent les mouvemens des masses fluides. Il jeta ainsi les fondemens de l'hydrodynamique. Mais ce n'est qu'au temps où

'^40 DiscoiRS sirn l'étude

vivait d'Alcnibert que la méthode de réduire toute question de cette espèce à une pure recherche mathématique fut bien comprise. Les cas, au surplus, où elle peut être appliquée d'une manière satisfesante sont peu nombreux en comparaison de ceux où les recherches expérimentales, comme on l'a déjà dit (189), sont préférables. Tel est, par exemple , celui de la résistance qu'opposent les fluides aux corps qui les traversent, dont la connaissance importe tant à l'architecture navale, à l'artillerie. Tel est aussi, parmi les sujets pratiques qui sont fondés sur cette branche de science, l'usage des voiles dans la navigation, la construction des moulins à vent, des roues à eau, la transmission de ce liquide à l'aide de tubes, de canaux, la construction des ports, des bassins, etc.

Nature des solides en général.

257. La constitution intime des solides est probablement très-compliquée, et nous ne pouvons nous flatter de la bien connaître. Quelques expériences récemment faites sur les dimensions des fils de métal violemment tirés ont établi qu'ils peuvent jusqu'à un certain point être dilatés parla tension, et sont également susceptibles d'être comprimés par la pression, mais beaucoup moins que les liquides. Ordinairement , quand ils sont trop étirés, ils cassent et refusent de se réunir, ou s'ils sont comprimés outre mesure ils se contractent tout-à-fait et ne reprennent plus leurs dimensions. Ainsi le bois peut être dentelé par le

choc; les métaux peuvent devenir plus durs, plus pesans quand on les martelle ou qu'on les passe au laminoir. Le langage ordinaire admet, au sujet de la dureté, de l'élasticité et autres propriétés semblables, une sorte de confusion qu'il n'est pas inutile de dissiper. La dureté est cette disposition qui rend les parties d'un solide si difficiles à déplacer entre elles. Ainsi l'acier est plus dur que le fer, le diamant l'est beaucoup plus qu'aucune autre substance, mais la compressibilité de l'acier ou les limites dans lesquelles il cédera à une pression donnée et reviendra ensuite à ses dimensions premières, n'est pas de beancoup au-dessous de celle du fer doux. Celle de la glace est presque la même que celle de l'eau.

258. Nous regardons le caoutchou comme un corps très élastique : il l'est en effet, mais d'une autre manière que l'acier. Ses particules peuvent éprouvt^r des déplacemens considérables sans que la dislocation qu'elles subissent devienne permanente. Quand cette substance est déformée, néanmoins, elle reprend sa configuration, mais faiblement. D'une autre part, si ce corps était renfermé dans un espace qu'il remplit, de telle sorte que ses molécules ne pussent pas éprouver de déviation latérale, il opposerait sans aucun doute une vive résistance à la compression. Il nous présente donc un exemple de deux espèces d'élasticité réunies dans la même substance, l'une qui tend à restituer sa configuration déformée; c'est la plus faible. L'autre qui cherche à rétablir ses dimensions teî-

242 DISCOURS SUR l'étude

les qu'elles étaient d'abord ; c'est la plus énergique. Toutes deux cependant tiennent à la même cause, toutes deux se rapportent aux mêmes principes. La première n'est dans le fait qu'une modification de la seconde, attendu que l'effort du ressort d'acier, quand il est tendu , pour reprendre sa position primitive , est dû précisément à ces forces qui donnent à l'acier sa dureté et le mettent à même de supporter la compression, de résister à la fracture.

259. La résistance que les corps solides opposent au choc ou à l'effort que l'on fait pour les écraser, est différente de la dureté d'un solide ou cette propriété qui lui fait supporter sans rompre les chocs les plus puissans; elle est tout-à-fait distincte de la dureté avec laquelle on la confond communément. Elle consiste dans un certain jeu de molécules qu'assemble une forte cohésion générale , et s'allie avec divers degrés d'élasticité. La malléabilité est une autre propriété des solides , des métaux surtout. Elle diffère encore de la ténacité et gît dans la facilité qu'ils ont à changer de formes sans éprouver de fracture pour subir les nouvelles comme sans faire d'efforts pour revenir aux anciennes.

260. La ténacité est aussi une propriété qui tient plus à la cohésion des molécules dont se composent les solides qu'à la résistance qu'ils opposent au choc. Elle consiste dans la puissance avec laquelle ils résistent à un effort qui tire leurs parties en sens opposé; tandis que l'autre espèce de

BE liA PHILOSOPHIE lïATURELLE. 243

résistance à la séparation dont ils jouissent, est singulièrement contrebalancée par leur disposition à communiquer à travers leurs couches l'action du choc. La ténacité d'un solide est, par conséquent, la mesure directe de la cohésion de ses molécules, et la meilleure preuve de l'existence d'une force semblable.

Ckristallographie.

261 . On ne peut supposer que ces propriétés, que d'autres encore existent dans les solides sans une disposition correspondante dans la structure intérieure de ceux-ci. Qu'ils aient un tel mécanisme, que leur constitution intime soit aussi curieuse que complexe, les phénomènes de la cristallographie le prouvent assez. Cette branche si intéressante et si belle est toute récente, si on la compare aux autres parties de l'histoire naturelle. On savait de toute antiquité que diverses substances affectent certaines formes. Pline ne l'ignorait pas, puisqu'il décrivit celles du quartz et du diamant; mais ce n'est qu'à l'époque où Linnée parut qu'on donna une attention sérieuse à ce sujet. Ce savant observa cependant et décrivit avec soin les formes cristallines d'une foule de substances, il les considéra même comme un caractère si positif des solides qui les prenaient, qu'il supposa que chaque forme était due à un sel particulier. Romée de risle poussa plus loin l'étude des formes cristallines qu'affectent les corps. Il constata le premier, la constance des angles sous lesquels se rassera-

blent leurs faces. 11 fit plus ; il remarqua que plu-sieurs d'entre eux se présentaient sous des formes diverses, et conjectura, le premier, que ces formes devaient se réduire à une qui était propre à chaque substance, et que modifiaient lesloisgéométriques. Bergmann partant d'un fait que lui avait fourni son élève Galian, fit un pas de plus, et montra comment une espèce au moins de cristaux, peut être construite à Taide de lamesminces, rangées dans un certain ordre, et suivant certaines règles de superposition. ïl se méprit en déduisant des conséquences justes et générales de cette observation, qui, bien envisagée, est la base de la loi ]n plus importante de la cristallographie ; celle qui lie la forme primitive avec les autres formes que peut présenter la même substance. On peut se faire une idée de ce qu'on entend par cette espèce de rapport que présente une forme avec une autre, en considérant une pyramide construite de pierres cubiques, disposées en couches dont chacune est isolément une bande carrée de l'épaisseur d'une des pierres. Ces couches placées Tune sur l'autre, horizontalement, et décroissant régulièrement de grandeur de la base au sommet, donnent lieu à une forme pyramidale à surface cannelée. Si les lames sont assez minces pour que les cannelures échappent à l'œil, la pyramide semblera unie et parfaite.

2G2. Peu de temps après, et sans avoir connaissance des travaux de Gahan et de Bergmann, l'abbé Haiiy, frappé de la fracture accidentelle d'un

DE L\ PHILOSOPHIE KATUREXLE. 245

beau groupe de cristaux , fit l'observation que nous avons rapportée (07). Il en déduisit des conséquences plus rigoureuses; il la suivit dans tous ses détails, développa les lois générales qui régissent la superposition des couches de molécules dont il suppose tous les cristaux formés; lois qui nous mettent à même, la forme primitive une fois connue, d'indiquer à l'avance celles qu'ils peuvent affecter et qui prennent en conséquence la dénomination des formes dérivées ou formes secondaires. Molis et autres ont, depuis, imaginé des procédés, des systèmes qui aident à dériver ces formes les unes des autres. Ils ont corrigé quelques erreurs que trop d'empressement à généraliser avait fait commettre, et ont avancé, par leurs recherches, la connaissance des formes que la nature et l'art peuvent donner aux diverses substances.

i.'63. On peut aisément se faire une idée de la manière dont différentes formes de même espèce peuvent dériver de la variété de figures des dernières particules qui les composent.il suffit de considérer ce qui arriverait si les briques qui entrent dans la construction d'un édifice, au lieu de dessiner un parallélépipède rectangle, étaient obliques dans une ou deux directions. Supposons, par exemple , que chacune de ces briques , lorsqu'elle est posée horizontalement sur une de ses faces ayant ses deux plus grandes arêtes dirigées du nord au sud et ses deux faces tournées vers l'est et l'ouest, soit dans une position verticale, tandis que celles qui regardent le nord et le sud sont inclinées vers

246 DISCOURS SUR l'étude

le sud. Une maison construite avec de telles briques présenterait une inclinaison dans le même sens, c'est-à-dire vers le sud. Si, en outre, nous supposons que les faces orientale et occidentale des briques, au lieu d'être verticales, sont inclinées vers l'est, la maison présentera une inclinaison semblable, et les quatre arêtes , au lieu d'être verticales , plongeront vers le sud - est- Une pyramide construite avec les mêmes briques, et dont les côtés de la base seraient dirigés vers les quatre points cardinaux, n'aurait pas son sommet situé verticalement au-dessus du centre de la base. Il serait placé au-dessus d'un point situé au sud-est de ce même centre , et les faces de la pyramide opposées au sud et à l'est seraient plus inclinées à l'horizon que les* deux autres.

264, Quelle que soit la manière dont on peut concevoir que les molécules d'un cristal adhèrent et forment masse entre elles, il est impossible de repousser l'idée d'une forme déterminée qui leur est commune. Toute autre supposition serait véritablement incompatible avec la similitude parfaite qu'elles présentent sous tous les autres rapports , et que les phénomènes chimiques ont démontrée. Il ne faut pas perdre de vue, néanmoins, que cette idée , quelque plausible qu'elle soit , est en quelque sorte hypothétique, et que les lois de la cristallographie , telles qu'elles ont été déduites de l'observation, sont entièrement indépendantes de toute supposition de cette espèce , ou même de l'existence des atomes.

265. Il y a plus : la constitution interne des corps solides, quelle qu'elle soit,qui est indiquée par les formes déterminées qu'ils affectent, par leur clivage plus facile dans des directions que dans d'autres, et par l'éclat que présentent leurs surfaces planes quand ils se brisent, ne peut manquer d'avoir une grande influence sur leurs rapports avec les agens extérieurs, ainsi que sur leurs mouvemens internes et l'action réciproque de leurs molécules entre elles. La division des corps en cristallisés et non cristallisés, ou cristallisés d'une manière imparfaite , est donc de la plus grande importance , et presque tous les phénomènes dus aux causes naturelles qui agissent dans d'étroites limites comme sur le mécanisme immédiat des substances solides , sont singulièrement modifiées par la structure cristalline de celles-ci. Ainsi, la direction des rayons lumineux qui traversent les corps transparens solides et les propriétés qu'ils contractent dans le passage sont entièrement liées avec cette structure. Les expériences de M. Savart ont également prouvé qu'il en est de même pour la puissance de résistance qu'elles opposent aux forces extérieures, puissance d'où dépend leur élasticité. D'après ces expériences , les substances cristallisées résistent à la compression avec divers degrés d'énergie , suivant la direction que suit la force qui agit sur elles. Tous les phénomènes qui tiennent à leur élasticité sont modifiés par cette cause, ceux surtout qui se rapportent aux mouvemens vibratoires et à la transmission du son.

•>48 DISCOURS SUR l'étude

266. Il n'est pas douteux que des modifications qui tiennent également à la structure interne des cristaux n'aient lieu dans toutes les i^ranches de la physique. Le professeur Mitscherlicli a fait des recherches sur celle qui s'occupe de l'action de la chaleur sur les substances. On sait depuis longtemps que tous les corps sont dilatés par la chaleur, et que cette loi ne présente aucune exception tant qu'on se borne à considérer le volume de celui qui est soumis à son action. Ainsi , une tige de fer rouge est à la fois plus longue et plus épaisse quand elle est chaude que quand elle est froide. Cette différence de dimension, qui est peu de chose en elle-même, peut néanmoins être rendue sensible et devenir importante dans la pratique. Ainsi, le mercure employé dans un thermomètre ordinaire occupe plus d'espace quand il est chaud que quand il est froid ; et , comme il est renfermé dans un globe de verre (qui se dilate aussi, mais dans une proportion beaucoup moindre), il est obligé de s'élever dans le tube. Ces faits et d'autres de même espèce sont connus depuis long-temps. On a mesuré la somme de la dilatation d'une foule de corps soumis à l'action de la chaleur, et on en a dressé des tables. Mais personne n'avait soupçonné ce fait important, que dans les corps cristallisés la dilatation a lieu avec des circonstances toutes différentes de ce qui se passe pour ceux qui ne le sont pas. Mitscherlich a fait voir que ces sortes de substances se dilatent différemment dans les différentes directions. Il a même

reconnu un cas dans lequel la dilatation dans un sens est accompagnée de contraction dans un au tre- Cette observation, la plus importante qui ait été faite depuis long-temps dans la pyrométrie , ne peut néanmoins être considérée que comme le premier anneau d'une série de recherches qui promet une abondante moisson de faits nouveaux, ainsi que l'éclaircissement de quelques-uns des points les plus obscurs et les plus intéressans de la théorie de la chaleur.

267. D'après ce qui précède , il est clair que si nous considérons les corps solides comme de? collections de molécules ou d'atomes liés entre eux et contenus par Faction continue des forces d'attraction et de répulsion, nous ne pouvons supposer que ces forces agissent, au moins dans les substances cristallisées, d'une manière égale dans toutes les directions. De là l'idée de la polarité dont nous voyons un exemple en grand dans l'aiguille magnétique ; mais nous pouvons concevoir l'action comme s' exerçant sous des formes modifiées sur les atomes des solides ou même des fluides, et produisant tous les phénomènes que ceuxci présentent dans leur état cristallisé, soit entre eux, soit avec la lumière, la chaleur, etc. Il n'est pas difficile , si on donne carrière à son imagination , de concevoir comment des atomes attractifs et répulsifs, unis ensemble par un lien inconnu , peuvent former des machines ou des molécules composées qui jouiraient de plusieurs des propriétés que nous attribuons à la polarisation. On a fait

250 DISCOURS SUR l'Étude

diverses hypothèses ingénieuses; mais au point où nous en sommes , il est prudent de ne les prendre que pour ce qu'elles valent , et de regarder la polarité de la matière comme un des derniers phénomènes auxquels conduit l'analyse de la nature dont nous devons rechercher les lois avant de vouloir en pénétrer les causes ou dévoiler la manière dont elle se manifeste.

268. L'attraction , la répulsion que les molécules ont les unes pour les autres, ainsi que leur polarité, soit qu'on la regarde comme une propriété originelle ou dérivée, sont des forces qui, agissant avec une grande énergie et dans des limites trèsétroites, doivent être considérées comme les principes sur lesquels reposent la constitution immédiate de tous les corps , et plusieurs des actions qu'ils exercent entre eux. Ce sont ces forces que l'on comprend sous la dénomination générale de forces moléculaires. On a essayé de confondre l'attraction moléculaire avec la gravité que toute matière exerce sur toute autre matière ; mais cette idée est repoussée par les faits.