LA STATIQUE DES FLUIDES

La division des corps, en corps gazeux, liquides et solides et la distinction que l'on établit, pour une même substance, entre les trois états gazeux, liquide ou solide conservent une grande importance pour les applications et les usages de la vie journalière, mais ont perdu, depuis longtemps déjà, leur valeur absolue au point de vue scientifique.

En ce qui concerne particulièrement les états liquides et gazeux, les recherches déjà anciennes d'Andrews sont venues confirmer les idées de Cagnard de la Tour et établir la continuité de ces deux états; il s'est ainsi constitué dans la physique un ensemble d'études, sur ce qu'on peut appeler la statique des fluides, où l'on examine les relations qui existent entre la pression, le volume, et la température des corps, et où l'on comprend, sous le nom de fluide, aussi bien les gaz que les liquides.

Ces recherches méritent l'attention par leur inté-

rèt et la généralité des résultats auquelles elles ont conduit; elles donnent d'ailleurs un exemple remarquable des heureux effets que l'on peut obtenir par l'emploi combiné des diverses méthodes d'investigation qui peuvent être employées pour explorer le domaine de ia nature. La thermodynamique a, en effet, permis d'obtenir des relations numériques entre les divers coefficients, les hypothèses atomistiques ont conduit à établir une relation capitale, l'équation caractéristique des fluides, et, d'autre part, l'expérience, utilisant les progrès accomplis dans l'art des mesures, a fourni les plus précieux renseignements sur l'ensemble des lois de compressibilité et de dilatation.

Le travail classique d'Andrews n'était pas très étendu : Andrews s'était peu écarté des pressions voisines de ia pression normale et des températures ordinaires. En ces dernières années, divers cas particuliers fort intéressants ont été examinés par M. Caillent, M. Mathias, M. Batelli, M. Leduc, M. P. Chappuis et d'autres physiciens; SirW. Ramsay et M. S. Young ont fait connaître les réseaux d'isothermes relatifs à un certain nombre de corps liquides à la température ordinaire; ils ont pu ainsi, tout en restant dans des limites assez restreintes de température et de pression, aborder les questions les plus importantes puisqu'ils se trouvaient dans la région de la courbe de saturation et du point critique.

L'ensemble le plus complet et le plus systématique de recherches est dû à M. Amagat, qui a entrepris l'étude d'un certain nombre de corps, liquides et gaz, en étendant le champ de ses expériences de façon à embrasser les différentes phases

des phénomènes et à pouvoir comparer entre eux, non seulement les résultats relatifs aux mêmes corps mais encore ceux qui concernent des corps différents se trouvant dans les mêmes conditions de température et de pression, bien que dans des conditions très dissemblables par rapport à leurg points critiques.

Au point de vue expérimental M. Amagat a su, avec une extrême habileté, vaincre les plus graves difficultés; il est parvenu à mesurer avec précision des pressions atteignant jusqu'à 3,000 atmosphères, et aussi les volumes très petits qu'occupe alors la masse fluide considérée. Cette dernière mesure, qui entraine de nombreuses corrections, est même la partie la plus délicate.

Les recherches ont porté sur un certain nombre de corps, celles relatives à l'acide carbonique et à l'éthylène englobent le point critique; d'autres, sur l'hydrogène et l'azote par exemple, sont très étendues ; d'autres enfin, telles que l'étude de la compressibilité de l'eau, ont un intérêt spécial à cause des propriétés particulières de cette substance.

M. Amagat a pu, par une discussion très serrée des expériences, établir d'une façon définitive, les lois de compressibilité, de dilatation sous pression constante des fluides et déterminer la valeur des divers coefficients ainsi que leurs variations.

Tous ces résultats doivent pouvoir se condenser en une formule unique qui représente la relation qui existe entre le volume, la température et la pression ; déjà Rankine, puis Recknagel, puis Ilirn avaient proposé de telles formules, mais la plus célèbre, celle qui, la première, parût contenir d'une façon satisfaisante, tous les faits que l'expé-

rience avait permis de trouver et qui conduisit è en prévoir beaucoup d'autres, est la célèbre équation de Van der Waals.

M. Van der Waals est arrivé à cette relation en s'appuyant sur des considérations empruntées à la théorie cinétique des gaz. Si l'on s'en tient à l'idée simple qui est à la base de cette théorie, on démontre immédiatement que le gaz devrait obéir aux lois de Mariotte et de Gay Lussac, de sorte que l'équation caractéristique s'obtiendrait en écrivant que le produit du nombre qui mesure le volume par eelui qui mesure la pression est égal à un coefficient constant multiplié par la valeur de la température absolue. Mais, pour arriver à ce résultat, on néglige deux facteurs importants.

On ne tient pas compte en effet de l'attraction que les molécules doivent exercer les unes sur les autres ; or, cette attraction, qui n'est jamais nulle, peut devenir considérable lorsque les molécules gont plus rapprochées, c'est-à-dire lorsque la masse gazeuse comprimée occupe un volume de plus en plus restreint.

D'autre part, on assimile, comme première approximation, les molécules à des points matériels sans dimensions; dans l'évaluation du chemin parcouru par chaque molécule, on ne se préoccupe pas de ce fait que, au moment du choc, leurs centres de gravité sont encore séparés par une distance égale au double du rayon moléculaire.

M. Van der Waals a cherché quelles modifications il fallait apporter à l'équation caractéristique simple pour mieux se rapprocher de la réa-

lité ; il étend an cas des gaz les considérations par lesquelles Laplace a réduit, dans sa célèbre théorie de la capillarité, l'effet de l'attraction moléculaire à une pression normale exercée sur la surface d'un liquide, il est ainsi amené à ajouter à la pression extérieure une pression due aux attractions réciproques des particules gazeuses; d'autre part, lorsque l'on attribue à ces particules des dimensions finies, on doit donner une valeur plus élevée au nombre des chocs qui se produisent dans un temps donné, puisque ces dimensions ont pour effet de diminuer le chemin moyen parcouru dans le temps qui s'écoule entre deux chocs consécutifs.

Le calcul ainsi dirigé conduit à ajouter à la pression, dans l'équation simple, un terme qu< l'on désigne sous le nom de pression interne et qui est le quotient d'une constante par le carré du volume, et à retrancher du volume une quantité constante qui est le quadruple du volume total et invariable qu'occuperaient les molécules gazeuses si elles étaient amenées à se toucher les unes les autres.

Les expériences sont assez bien d'accord avec la formule de Van der Waals, mais cependant des écarts notables se produisent lorsque l'on étend les limites, particulièrement lorsque les pressions sont considérées dans un intervalle un peu plus étendu, aussi d'autres formules plus complexes, sur lesquelles il n'est pas utile d'insister, ont-elles été proposées qui, en certains cas, représentent mieux les faits.

Mais le résultat le plus remarquable trouvé par M. Van der Waals est la découverte des états cor-

respondants. Depuis longtemps les physiciens parlaient de corps pris dans un état comparable 5 Dalton, par exemple, faisait remarquer que les liquides ont des pressions de vapeur égales à des températures également éloignées de leur point d'ébullition ; mais si, pour cette propriété parti* culière, les liquides étaient comparables dans cei conditions de température, pour d'autres propriétés, le parallélisme ne se trouvait plus vérifié. Aucune règle générale n'avait été trouvée lorsque M. Van der Waals. le premier, énonça une loi capitale : si la pression, le volume et la température sont estimés en prenant pour unités les quantités critiques, les constantes spéciales à chaque corps disparaissent dans l'équation caractéristique qui devient ainsi la même pour tous les fluides.

Les mots :états correspondants, prennent donc une signification parfaitement précise : les états correspondants sont ceux pour lesquels les valeurs numériques de la pression, du volume et de la température, exprimées en prenant pour unités les valeurs correspondantes au point critique, sont égales et. sous des états correspondants, deux fluides quelconques ont exactement les mêmes propriétés.

M. Natanson, puis P. Curie et M. Meslin, ont fait voir, par des considérations diverses, qu'on arrive au même résultat en choisissant des unités qui se rapportent à des états correspondants quelconques ; on a montré aussi que le théorème des états correspondants ne suppose nullement l'exactitude de la formule de Van der Waals ; en réalité, il tient simplement à ce que l'équation caractéristique ne renferme que trois constantes.

L'importance philosophique et l'intérêt pratiqua

de la découverte restent néanmoins considérables ; comme il était à prévoir, de nombreux expérimentateurs ont cherché si ces conséquences se vérifiaient bien dans la réalité. M. Amagat, particulièrement, a employé à cet effet une méthode des plus originales et des plus simples. Il remarque que, dans toute sa généralité, la loi peut se traduire ainsi : si les réseaux d'isothermes de deux substances aont construits à une même échelle en prenant pour unité de volume et de pression les valeurs des constantes critiques, les deux réseaux devront coïncider, c'est-à-dire que leurs superpositions présenteront l'aspect d'un réseau relatif à une seule substance. Par suite, si l'on possède les réseaux de deux corps tracés avec des échelles quelconques rapportées également à des unités quelconques, comme les changements d'unités reviennent à changer l'échelle des axes, on devra rendre Tun des réseaux semblable à l'autre par un allongement ou une diminution suivant l'un des axes. M. Amagat photographie alors deux réseaux d'isothermes, il en laisse un fixe, l'autre, au contraire, peut tourner autour de chacun des axes de coordonnées, et, en projetant en lumière parallèle le second sur le premier par transparence, il arrive à une coïncidence presque complète dans certains cas.

Ce moyen mécanique dispense ainsi de calculs laborieux, mais sa sensibilité est inégalement répartie dans les différentes régions des réseaux. M. Raveau a indiqué un moyen également simple pour procéder à la vérification de la loi en remarquant que si l'on prend pour coordonnées les logarithmes de la pression et du volume, les coordon-

nées de deux points correspondants différent de deux quantités constantes et les i.ourbes correspondantes sont identiques.

De ces comparaisons et d'autres recherches importantes, parmi lesquelles on doit particulièrement citer celles de M. S. Young et celles de M. Mathias, il résulte que les lois des états correspondants n'ont malheureusement pas le degré de généralité qu'on leur avait attribué tout d'abord, mais qu'elles sont fort bien vérifiées lorsqu'on les applique à des groupes de corps.

Si, dans l'étude de la statique d'un fluide unique, les résultats expérimentaux sont déjà complexes, on doit s'attendre à des difficultés plus grandes encore lorsqu'il s'agira de mélanges; le problème a cependant été abordé et bien des points sont dès à présent éclaircis.

On peut d'abord envisager les fluides mêlés comme composés d'un grand nombre de particules invariables ; dans ce cas, particulièrement simple. M. Van der Waals a établi une équation caractéristique des mélanges, fondée sur des considérations mécaniques ; diverses vérifications de cette formule ont été effectuées, elle a été en particulier l'objet de remarques fort importantes de la part de M. Daniel Berthelot.

Il est intéressant de remarquer que la thermodynamique paraît impuissante à d terminer cette équation car elle ne s'occupe pas de la nature des corps qui obéissent à ses lois ; mais elle intervient, en revanche, pour déterminer les propriétés des phases coexistantes. Si l'on examine les conditions d'équilibre d'un mélange qui n'est pas sou-

LES DIVERS ETATS DE LA MATIÈR1 iii

mis à des forces extérieures, on démontre que la distribution doit se ramener à une .-juxtaposition tie phases homogènes; dans un volume donné, la matière doit s'arranger de telle sorte que la somme totale de l'énergie libre ait une valeur minima. On est ainsi amené à envisager, pour élucider toutes les questions relatives au nombre et aux qualités des phases dans lesquelles la substance se divisera, une certaine surface géométrique qui, pour une température donnée, représente i'éaergie libre.

On ne saurait entrer ici dans le détail des questions qui se rattachent aux théories de Gibbs et qui ont été l'objet de nombreux travaux théoriques et aussi d'une série de plus en plus abondante de recherches expérimentales. M. Duhem, particulièrement, a publié, sur le sujet, des mémoires de la plus haute importance, et un grand nombre d'expérimentateurs, hollandais pour la plupart, travaillant dans le laboratoire de physique de Leyde sous l'impulsion du directeur M. Kamerling Ones, ont cherché à vérifier les prévisions de la théorie.

On est un peu moins avancé en ce qui concerne les substances anormales, c'est-à-dire celles qui sont composées de molécules en parties simples et en parties complexes, dissociées ou associées ; ces cas doivent naturellement être régis par des lois fort complexes, des recherches récentes de MM. Van der Waals, Alexeïf, Rothmund, Kuenen, Lehfeld, etc., jettent cependant quelque lumière «nr la question.

Les applications, chaque iour plus nombreuses,

des lois des états correspondants ont rendu fort importante la détermination des constantes critiques qui permettent de définir ces états.

Dans le cas des corps homogènes les éléments critiques ont un sens simple, clair et précis ; la température critique est la température de l'isotherme unique qui présente un point d'inflexion à tangente horizontale, la pression critique et le volume critique sont les deux coordonnées de ce point d'inflexion.

On peut déterminer, comme l'ont fait M. S. Young et If. Amagat, les trois constantes critiques par une méthode directe reposant sur la considération des états saturés ; on peut aussi obtenir des résultats, peut-être plus précis, si l'on ne tient qu'à deux ou même à une seule constante, par exemple la température, en employant diverses méthodes spéciales; c'est ce qu'ont fait, entre autres, MM. Cailletet et Colardeau, M. Young? M. J. Chappuis, etc.

Le cas des mélanges est singulièrement plus compliqué : un mélange binaire a un espace critique au lieu d'un point critique, cet espace est compris entre deux températures extrêmes, correspondant, la plus basse à ce que l'on appelle le point de plissement, la plus élevée au point que l'on désigne sous le nom de point de contact du mélange. Entre ces deux températures, une compression isotherme donne une quantité de liquide qui augmente d'abord, passe par un maximum, diminue, puis disparaît ; c'est le phénomène de la condensation rétrograde.

On peut dire que les propriétés du point critique d'une substance homogène sont en quelque

sorte partagées, lorsqu'il s'agit d'un mélange binaire, entre les deux points dont il vient d'être parlé.

Le calcul avait permis à M. Van der Waals, par l'application de ses théories cinétiques, et à M. Duhem, par le moyen de la thermodynamique, de prévoir la plupart des résultats qui ont été vérifiés par l'expérience. Tous ces faits ont été admirablement exposés et systématiquement coordonnés par M. Mathias qui, par ses recherches personnelles, a d'ailleurs apporté une contribution de premier ordre à l'étude des questions concernant la continuité des états liquides et gazeux.

La connaissance plus précise des éléments critiques a permis d'examiner de plus près les lois des états correspondants dans le cas des substances homogènes ; on est ainsi arrivé à montrer, comme nous l'avons déjà dit, qu'il faut ranger les corps en groupes et ce fait prouve clairement que les propriétés d'un fluide donné ne sont pas déterminées par ses seules constantes critiques et qu'il est nécessaire d'adjoindre d'autres paramètres spécifiques ; M. Mathias et M. D. Berthelot ont indiqué quelques-uns de ces paramètres qui semblent jouer un rôle considérable.

Il résulte de là aussi que Ton ne saurait encore considérer comme parfaitement connue l'équation caractéristique d'un fluide ; ni l'équation de Van der Waals, ni les formules plus compliquées qui ont été proposées par divers auteurs ne sont en parfaite conformité avec la réalité. On peut penser que les recherches de ce genre n'aboutiront que si l'on se préoccupe, non seulement des phé-

nomènes de compressibilité et de dilatation, mais encore des propriétés calorimétriques des corps.

La thermodynamique établit bien des relations entre ces propriétés et les autres constantes, mais elle ne permet pas de tout prévoir.

Plusieurs physiciens ont effectué de fort intéressantes mesures calorimétriques, soit, comme M. Perot, pour vérifier la formule de Glapeyron relative à la chaleur de vaporisation, soit pour connaître les valeurs des chaleurs spécifiques et leurs variations quand la température ou la pression vient à changer. M. Mathias est même arrivé à déterminer d'une façon complète les chaleurs spécifiques des gaz liquéfiés et de leurs vapeurs saturées, ainsi que les chaleurs de vaporisation interne et externe.

|2. — LA LIQUÉFACTION DES GAZ, PROPRIÉTÉS DES CORPS AUX BASSES TEMPÉRATURES

Le bénéfice scientifique de toutes ces recherches a été grand, et comme il arrive presque toujours, les conséquences pratiques qui en découlent ont été, elles aussi, des plus importantes. C'est grâce à la connaissance plus complète des propriétés générales des fluides que l'on a, dans ces dernières années, fait d'immenses progrès dans les moyens de liquéfier les gaz.

Au point de vue théorique, les procédés nouveaux de liquéfaction se classent en deux catégories. La machine de Linde et les machines similaires utilisent, on le sait, la détente sans

production notable de travail extérieur; cette détente occasionne néanmoins un abaissement de température parce que le gaz en expérience n'est pas un gaz parfait, et, par un procédé ingénieux, on accumule les refroidissements produits.

Plusieurs physiciens ont proposé d'employer une méthode où la liquéfaction serait obtenue par détente avec un travail extérieur récupérable ; cette méthode, proposée dès 1860 par Siemens, présenterait des avantages considérables ; théoriquement, la liquéfaction serait plus rapide et obtenue beaucoup plus économiquement ; malheureusement l'expérience rencontre des obstacles graves, provenant surtout de la difficulté d'obtenir un graissage convenable pour les grands froids dans les parties de l'appareil qui doivent être en mouvement pour pouvoir travailler.

M. Claude a récemment réalisé des progrès considérables à cet égard, grâce à l'emploi, pendant la période de mise en route, de Téther de pétrole qui est incongelable et qui lubréfie bien les organes mobiles ; une fois le régime atteint, on se sert comme graisseur de l'air lui-même qui mouille bien les métaux mais qui cependant n'empêche pas complètement les frottements ; aussi les résultats seraient-ils restés assez médiocres si ce très ingénieux physicien n'avait imaginé encore un nouveau perfectionnement qui n'est pas sans analogie avec celui de la surchauffe dans les machines à vapeur ; il relève légèrement ia température initiale de l'air comprimé qui est au voisinage de sa liquéfaction, de façon à sortir d'une zone de perturbations profondes dans les propriétés des fluides, perturbations qui rendent alors très faible

le travail d'expansion et par là faibles aussi les iroids produits, ce perfectionnement, si simple en apparence, présente divers autres avantages qui triplent immédiatement le rendement obtenu.

Le but de M. Claude était surtout d'obtenir pratiquement de l'oxygène par une véritable distillation de l'air liquide; l'azote bouillant à — 194° et i'oxygène à — 180° 5, si de l'air liquide s'évapore, "azote s'échappe surtout au début de l'évaporation tandis que l'oxygène se concentre dans le liquide résiduel qui est finalement constitué par de l'oxy- Lène pur, en même temps la température se relève pour aboutir finalement au point d'ébullition — i80° 5 de l'oxygène. Mais l'air liquide coûte cher et si l'on se contentait de l'évaporer pour recueillir une partie de l'oxygène dans le résidu de l'évaporation, le procédé serait des plus médiocres au point de vue industriel. Dès 1892, M. Parkinson avait songé à améliorer le rendement en récupérant le froid produit par l'air liquide pendant son évaporation, mais une idée inexacte qui semblait résulter de certaines expériences de Dewar, l'idée que le phénomène de la liquéfaction de l'air ne serait pas, par certaines particularités, exactement l'inverse de celui de la vaporisation, avait conduite employer des dispositifs très imparfaits ; M. Claude, utilisant une méthode qu'il appelle méthode avec retour en arrière, obtient une rectification complète, d'une manière remarquablement simple et dans des conditions économiques extrêmement avantageuses ; des appareils, dont les dimensions réduites causent un véritable étonnement, fonctionnent aujourd'hui et permettent d'obtenir aisément, chaque jour, plus d'un millier de mètres

LES DIVERS ÉTATS DE LA MATIÈRE ii7

cubes d'oxygène au taux d'un mètre cube, et plus, par cheval-heure.

C'est en Angleterre, grâce à l'habileté de M. Dewar et de ses élèves, grâce aussi, il faut bien le dire, à la générosité de l'Institution Royale de Londres, qui a consacré des sommes considérables à ces expériences coûteuses, que les recherches les plus nombreuses et les plus systématiques ont été effectuées sur la production des grands froids ; on ne retiendra ici que les résultats les plus importants, relatifs surtout aux propriétés des corps, portés à de basses températures.

Les propriétés électriques, particulièrement, subissent d'intéressantes modifications. L'ordre dans lequel se placent les métaux, au point de vue de la conductibilité, n'est plus le même qu'aux températures ordinaires : ainsi, à — 200 °, le cuivre conduit mieux que l'argent. La résistance diminue avec la température; jusque vers — 200°, cette diminution est à peu près linéaire, et il semblerait que la résistance tend vers zéro quand la température tend vers le zéro absolu ; mais, à partir de — 200°, l'allure des courbes change, et il est facile de prévoir qu'au zéro absolu, lesrésistivitésde tous les métaux conserveraient, contrairement à ce que l'on supposait autrefois, une valeur notable. Les électrolytes solidifiés qui, à des températures fort inférieures à leur point de fusion, conservent encore une conductibilité très appréciable, deviennent au contraire, aux basses températures, des isolants parfaits. Leurs constantes diélectriques prennent des valeurs relativement élevées. MM. Jurie et Compan

qui ont étudié de leur côté cette question, ont constaté d'ailleurs que ce pouvoir inducteur spécifique change notablement avec la température.

On a, de même, étudié les propriétés magnétiques; un résultat très intéressant est celui que Ton trouve pour l'oxygène : la susceptibilité magnétique de ce corps croît au moment de la liquéfaction ; toutefois, cet accroissement, qui est énorme (puisque la susceptibilité acquiert une valeur 1.600 fois plus grande que sa valeur primitive), si on le rapporte à des volumes égaux, est beaucoup moins considérable si l'on envisage des masses égales ; on doit conclure de ce fait que les propriétés magnétiques n'appartiennent pas, sans doute, aux molécules en elles-mêmes, mais qu'elles dépendent de l'état d'agrégation de ces molécules.

Les propriétés mécaniques des corps subissent aussi d'importantes modifications : en général, la cohésion est considérablement accrue. Les dilatations produites par de faibles changements de température sont considérables. M. Dewar a effectué des mesures soignées sur la dilatation de certains corps, la glace, par exemple, aux basses températures. Des changements de couleur se produisent : ainsi le vermillon et l'iodure de mercure passent à l'orangé pâle. La phosphorescence s'exagère, et la plupart des corps à structure complexe, le lait, les œufs, les plumes, le coton, les fleurs, deviennent phosphorescents; il en est de même pour certains corps simples, tel l'oxygène qui se transforme en ozone en émettant une lumière blanche.

L'affinité chimique est presque abolie : le phosphore, le potassium demeurent inertes dans

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i'oxygène liquide. Il est cependant à noter, et cette remarque a, sans doute, quelque intérêt pour les théories de l'action photographique, que les substances photographiques conservent, même à la température de l'hydrogène . liquide, une partie très notable de leur sensibilité à la lumière.

M. Dewar a fait des applications importantes des basses températures à l'analyse chimique ; il les utilise aussi pour faire le vide. Ses recherches ont, en effet, prouvé que la pression de l'air congelé au moyen de l'hydrogène liquide ne peut excéder un millionième d'atmosphère; on a donc, par ce procédé, un moyen original et rapide de faire un excellent vide dans des appareils très divers, moyen qui peut être particulièrement commode en certains cas.

Grâce a tous ces travaux, un champ considérable s'ouvre aussi pour les recherches biologiques; sur ce terrain, qui n'est pas le nôtre, nous ne marquerons qu'un seul point. On a constaté que des germes vitaux, des bactéries par exemple, peuvent être maintenus pendant sept jours à — 190° sans que leur vitalité soit modifiée; les organismes phosphorescents cessent bien, en vérité, de luire à la température de l'air liquide, mais ce fait est dû simplement à ce que les oxydations et les autres réactions chimiques qui entretiennent la phosphorescence sont alors suspendues, car l'activité phosphorescente reprend dès que la température remonte suffisamment. On a tiré de ces expériences une conclusion importante au point de vue des théories cosmogoniques : puisque le froid de l'espace ne saurait détruire les germes de vie, il n'est nullement absurde de supposer que,

dans des conditions convenables, un germe puisse avoir été transmis d'une planète dans une autre.

Parmi les découvertes faites avec les nouveaux procédés, celle qui a certainement le plus vivement intéressé l'opinion publique est la découverte de nouveaux gaz dans l'atmosphère. On sait comment Sir W. Ramsay et M. Travers ont d'abord caractérisé spectroscopiquement les compagnons de l'argon dans la partie la moins volatile de l'atmosphère. M. Dewar d'un côté, Sir W. Ramsay de i autre, ont ensuite séparé nettement, outre i argon et l'hélium, le crypton, le xénon et le néon. Le procédé mis en œuvre consiste essentiellement à solidifier d'abord la partie la moins volatile de l'air, puis à la faire évaporer avec une extrême lenteur; un tube à électrodes permet d'observer le spectre du gaz qui distille. On voit ainsi se succéder les spectres des divers gaz dans l'ordre inverse de leur volatilité; tous ces gaz sont monoatomiques comme le mercure, c'est-à-dire qu'ils sont à l'état le plus simple; ils ne possèdent aucune énergie interne de la molécule, au moins celle que la chaleur est capable de fournir; ils semblent de même n'avoir aucune énergie chimique. Tout porte à croire qu'ils sont les témoins sur la Terre d'un état de choses antérieur, aujourd'hui disparu. On peut supposer, par exemple, que l'hélium et le néon, dont la masse moléculaire est très faible, étaient autrefois plus abondants sur notre planète, mais à une époque où la température du globe était plus élevée, la vitesse propre des molécules a pu atteindre une valeur consi-

dérable, dépasser par exemple 11 kilomètres à la seconde, ce qui suffit pour expliquer que ces molécules ont pu quitter notre atmosphère.

Le crypton et le néon, qui ont une densité quatre fois plus forte que l'oxygène, ont pu, au contraire, disparaître en partie par dissolution au fond de la mer, où il n'est pas absurde de supposer qu'on en trouverait des quantités considérables liquéfiées à de grandes profondeurs.

Il est probable, d'ailleurs, que les régions supérieures de l'atmosphère ne sont pas composées comme l'air qui nous environne. M. Dewar fait observer que la loi de Dalton exige que cha'cun des gaz qui composent l'atmosphère ait, à chaque hauteur et à chaque température, la même pression que s'il était seul, la pression décroissant d'autant moins vite, toutes choses égales d'ailleurs, que sa densité est plus faible. Il en résulte que, la température baissant au fur et à mesure que l'on s'élève dans l'atmosphère, à une attitude assez élevée, il ne doit plus rester que des traces d'oxygène et d'azote, qui se liquéfient sans doute et que l'atmosphère est presque exclusivement composée des gaz les plus volatils, parmi lesquels l'hydrogène dont M. A. Gauthier a, comme lord Rayleigh et Sir W. Ramsay, prouvé l'existence dans l'air. Le spectre de l'aurore boréale, où l'on retrouve les raies des parties de l'atmosphère qu'on ne peut liquéfier dans l'hydrogène liquide, et celles de l'argon, du crypton, du xénon, est bien en conformité avec cette manière de voir; il est cependant singulier que ce soit sur tout le spectre du crypton, c'est-à-dire du gaz le plus lourd, qui se montre, et de beaucoup, le plus

nettement, dans les régions supérieures de l'atmosphère.

Parmi les gaz les plus difficiles à liquéfier, l'hydrogène a été l'objet de travaux particuliers et de véritables expériences de mesure. On connaît aujourd'hui très nettement ses propriétés à l'état liquide : sa température d'ébullition, mesurée avec un thermomètre à hélium, dont l'étude a été faite comparativement aux thermomètres à oxygène et à hydrogène, est de — 252°; sa température critique est — 241°; la pression critique, 15 atmosphères ; il est quatre fois plus léger que l'eau, il ne présente pas de spectre d'absorption, et sa chaleur spécifique est la plus grande qui soit connue; il n'est pas conducteur de l'électricité; solidifié à 15° absolus, il est loin de rappeler par son aspect un métal : il ressemble à un morceau de glace parfaitement pure. M. Travers lui attribue une structure cristalline.

Récemment enfin, M. Kamerlingh Onnes, grâce aux ressources merveilleuses du laboratoire cryogène de l'Université de Leyde qu'il a fondé et qu'il dirige avec une si haute compétence, est parvenu à liquéfier l'hélium, le dernier des gaz permanents. En détendant ce gaz comprimé et refroidi par un courant d'hydrogène liquide, on obtient un liquide transparent et incolore ; le point critique est voisin de 5° absolus.