I. - « ÉNERGIE UTILISABLE » ET « ÉNERGIE DE L'AIR COMPRIMÉ

« Le cas de l'air comprimé, dit Tait, est très instructif et en même temps très simple. Il a été complètement étudié par Joule, et de la manière suivanle. Il prit un vase solide contenant de l'air comprimé et le mit en communication avec un autre vase dans lequel l'air avait été raréfié. Les deux vases étaient plongés chacun dans un réservoir rempli d'eau. Après avoir soigneusement agité l'eau du réservoir, de manière à rendre sa température uniforme, on ouvrit brusquement un robinet dans le tube de communication des deux vases. L'air comprimé se précipita violemment dans le vase vide, et ce passage de l'air d'un vase à l'autre se continua jusqu'au moment où la pression fut la même dans les deux vases. Comme on pouvait s'y attendre, l'opération eut pour résultat un abaissement de température du vase d'où l'air était sorti avec violence. 11 avait dépensé une partie de son énergie en forçant l'air à passer dans l'autre vase. Mais l'air, en pénétrant dans

U-î LA DEGRADATION DE L ENERGIE

ce dernier, venait se heurter contre les parois, et l'énergie avec laquelle il avait traversé le conduit était retransformée en chaleur. De cette manière, l'air arrivé dans le vide s'était échauffé, tandis que celui qui était resté dans l'autre vase s'était refroidi. En agitant leau autour de ces vases, après le passage de l'air du premier vase dans le second, et en fermant le robinet. Joule trouva que le. nombre d'unités de chaleur perdues d'un côté par le vase et l'eau étaient presque exactement égal à la quantité de chaleur gagnée de l'autre côté.

« Il répéta ensuite l'expérience, en mettant les deux vases dans un même réservoir rempli d'eau au lieu de mettre chaque vase dans un réservoir séparé. En faisant passer une partie de l'air d'un vase à l'autre, et en remuant l'eau jusqu'à ce qu'elle ait pris partout la même température, il trouva qu'il y avait à peine une variation de température sensible. Ces expériences prouvent d'une manière incontestable que la quantité de chaleur perdue par une partfe de l'air est égale à la quantité de chaleur gagnée par l'autre partie, au moins autant qu'une expérience de ce genre permet d'en juger. Or, ce fait vous montre que l'aîr comprimé possédait une certaine capacité de produire du travail.

a Vous auriez pu vous en servir pour mettre en mouvement une machine à air comprimé, ou bien pourchasser les boulets d'un canon à air, ou pour une autre opération de ce genre. Mais dans l'état final, lorsque l'air s'était dilaté de manière à occuper le double de son volume primitif, il n'avait plus rien de cette puissance motrice utilisable. Il y a donc eu une dissipation de l'énergie, ou d'une partie de l'énergie que l'air possédait primitivement; et cependant, comme vous avez vu, l'appareil et son contenu n'avaient point perdu de chaleur.

« En somme, il n'y a eu aucune perte de chaleur,

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car l'un des vases avait gagné ce que l'autre avait perdu. Aucune chaleur n'a été cédée aux corps extérieurs et aucun travail utile n'a été produit. On a simplement laissé l'air se dilater, changer de volume, sans mettre en marche aucun piston,» sans faire exécuter aucun travail à des corps extérieurs. Par conséquent, il possède finalement la même quantité d'énergie qu'au début ; mais il ne possède plus la même quantité d'énergie utilisable. L'air avait saisi l'occasion qui s'est présentée pour dissiper une partie de son énergie, et il l'a dissipée, autant que cela était possible dans les conditions du dispositif.

« Voici maintenant le point réellement curieux dans cette question. Pour restituer la valeur perdue à l'énergie de l'air, pour replacer cet air dans les conditions primitives de manière à le rendre capable de produire la même quantité de travail qu'auparavant, il serait nécessaire de dépenser du travail. Il faudrait, en effet, le transvaser à l'aide d'une pompe du vase double dans le vase simple; mais la quantité de chaleur ainsi dépensée à pomper l'air a pour effet d'échauffer toute la masse d'air. Quand on a dépensé assez de travail pour forcer l'air à passer du second vase dans le premier, on trouve que la quantité de chaleur dégagée pendant l'opération, qui peut être mesurée avec beaucoup de précision, est presque exactement équivalente au travail dépensé pour forcer l'air à revenir à son état initial.

« Donc, pour restituer à l'énergie sa valeur primitive, vous n'avez pas besoin de dépenser de l'énergie : vous navet besoin que de faire subir une dégradation à une certaine portion d'énergie. Vous avez dépensé du travail, et en échange vous avez obtenu l'équivalent de la dépense en chaleur moins utile. Pour restituer sa valeur à l'énergie que la masse d'air possédait primitivement et qu'elle a perdue par sa dilatation graduelle, vous êtes obligés de perdre une certaine

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quantité d'énergie, ou mieux, de l'échanger contre une mauvais*! forme d'énergie 1 , »

Un réservoir d'air comprimé de 2 litres de capacité rempli d'air à 10 atmosphères et un réservoir de 10 litres plein d air â 2 atmosphères, contiennent t) peu prt)s la même masse d'air et la même quantité totale d'énergie. Je dis : à peu prêt. Ce serait exactement, ai l'air était rigoureusement un gaz parfait H suivant la toi de compression de Mariotte et la loi de dilatation de Gay-Lussac. En réalité, l'écart à ces lois simples est d'autant plus notable que la différence de pression est plus forte* On peut négliger cet écart dans une première approximation,

Vênergte est la même pour une masse de 2 litres d'un gaz parfait à 10 atmosphères et pour une masse de 10 litres du même gaz &2 atmosphères, puisque, comme l'a vu Joule, ht détente des 2 litres à 10 atmosphères dans un vase vide de 10 litres se fait sans aucun travail extérieur et sans gain ni perte de chaleur; il y aurai L pour l'air, en réalité, léger refroidis* sèment. Mais si on le néglige comme on a négligé l'écart à la loi de Mariotte. on peut dire que Vénergie de ta même mmH totale d'air ne dépend pas du volume (fu'etle occupe ou de la pression qu'elle exerce.

Et pourtant il est bien évident que Lênergir utilisable, ou la capacité de produire du travail extérieur, est plus grande si l'air est comprimé que s'il ne Test pas. Cette énergie utilisable, si la température ne varie pas, croit en progression arithmétique si la pression croit en progression géométrique. Elle augmente par échelons égaux, si Ton comprime il abord de 2 a 10 atmosphères, puis de 10 a, 50, puis de 50 à 250 atmosphères, — et inversement baisse de quantités identiques, si Ton détend l'air de 250 à

1. P. -G. Tait, — Conféimcos sur quelques-un* des progrès rûceuts de la. physique. — Tr:iiL Kroiiclikoll, Paris, G» utliîer-V illnrs. 1887, p, 183- 18&

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50, de 50 à 10 ou de 10 à 2 atmosphères, en produisant une détente lente qui permette à l'air détendu de se maintenir constamment à la température du milieu extérieur.

Dans cette détente isothermique, ou à température constante, l'air comprimé fournit du travail. Ce travail est accompli aux dépens de l'énergie utilisable de l'air comprimé, à laquelle il peut servir de définition et de mesure. Mais on ne peut pas dire qu'il soit emprunté à l'énergie totale.

Si une masse d'air comprimé a produit un travail extérieur de 425 kilogrammètres, son énergie utile a baissé d'autant ; mais son énergie totale n'a pas baissé : on en est sûr si l'on trouve que l'air n'est pas refroidi. On est certain dès lors que l'air comprimé a récupéré quelque part les 425 kilogrammètres dépensés en travail ou leur équivalent. En fait, c'est qu'il a emprunté à l'extérieur une calorie.

Uair comprimé est donc susceptible de puiser à V extérieur, dans un milieu à température uniforme, de Vénergie calorifique pour la transformer en travail. On pourrait dire qu'il restaure ainsi de l'énergie utile, mais c'est aux dépens de sa propre énergie utile, qui résulte elle-même d'une dépense préalable de travail. Il est donc un accumulateur, — non un créateur y — d'énergie utile.