S 3. — SOLIDES ET LIQUIDES

L'intérêt des résultats auxquels ont conduit les

cherches sur la continuité entre les états liquides

et gazeux est si grand que de nombreux savants ont

été naturellement amenés à examiner si Ton ne trouverait pas, pour les liquides et les solioYs, quelque chose d'analogue. L'on pouvait pc: qu'une semblable continuité devait là aussi se rencontrer, que la généralité des propriétés de la matière interdisait toute véritable discontinuité entre deux étals différents, et qu'à vrai dire l'état solide était un prolongement de l'état liquide.

Pour savoir si cette supposition est juste, il importe de comparer les propriétés des liquides et des solides : si l'on trouve que toutes les propretés sont communes aux deux états, alors même qu'elles se présenteraient à des degrés très différents, l'on sera fondé à croire que, par une série continue de corps intermédiaires, on pourra relier les deux classes ; si, au contraire, on découvre qu'il existe dans ces deux classes quelque qualité de nature différente, on devra nécessairement conclure à une discontinuité que rien ne saurait faire disparaître.

La distinction que l'on établit, au point de vue des usages courants, entre les solides et les liquides, provient surtout de la difficulté que l'on rencontre chez les uns, de la facilité chez les autres, quand on veut changer leur forme par l'action d'une force mécanique d'une manière temporaire ou permanente.

Cette distinction ne correspond cependant, dans la réalité, qu'à une simple différence dans la valeur de certains coefficients; on ne saurait trouver par ce moyen un caractère absolu établissant une séparation entre les deux classes ; les travaux modernes le prouvent clairement. Il n'est pas inutile, pourles bien comprendre, de préciser le sens de quelques terme? employés en élasticité.

Si un ensemble de forces agissant sur une masse matérielle homogène vient à la déformer sans la comprimer ou la dilater, deux genres de réactions bien distinctes peuvent apparaître qui s'opposent à l'effort exercé.

Pendant le temps de la déformation, et pendant ce temps seulement, les premières se font sentir; elles dépendent essentiellement de la plus ou moins grande rapidité de la déformation, elles cessent avec le mouvement et ne sauraient, en aucun cas, ramener le corps à son premier état d'équilibre; l'existence de ces réactions nous conduit à l'idée de la viscosité ou de frottement intérieur.

Les secondes sont de nature différente ; elles continuent à s'exercer quand la déformation reste stationnaire, et si les forces extérieures viennent à disparaître, elles sont capables de faire revenir le corps à sa forme initiale, pourvu qu'une certaine limite n'ait pas été dépassée; elles constituent la rigidité.

Au premier abord, un corps solide paraît avoir unerigidité finie et une viscosité infinie ; un liquide au contraire, présenterait une certaine viscosité, mais une rigidité nulle. Mais qu'on examine les choses de plus près, en partant, soit des solides, soit des liquides, et l'on voit s'évanouir la distinction.

Tresca avait déjà montré autrefois que le frottement intérieur n'est pas infini dans un solide ; certains corps solides peuvent, en quelque sorte, fluer, se mouler ; M. W. Spring a donné beaucoup d'exemples de phénomènes semblables. D'autre part, la viscosité chez les liquides n'est jamais nulle, car s'il en était ainsi, pour l'eau, par exemple, dans la célèbre expérience faite par Joule pour déterminer la valeur de l'équivalent mécanique de la

caiorie, le liquide, entraîné par les palettes, glisserait sans frottement sur le liquide ambiant et le travail moteur serait le même que les palettes plongent ou ne plongent pas dans la masse liquide. Dans certains cas depuis longtemps observés, pour les corps que l'on appelle les corps pâteux, cette viscosité arrive presque à atteindre une valeur comparable à celle que M. Spring a pu observer pour quelques solides.

La rigidité ne saurait non plus permettre d'établir une barrière entre les deux états: malgré l'extrême mobilité de leurs particules, les liquides recèlent en effet des vestiges de cette propriété que l'on voulait autrefois considérer comme un caractère spécial des solides.

Déjà Maxwel avait réussi à rendre très probable l'existence de cette rigidité, en examinant les propriétés optiques d'une couche liquide déformée ; mais un physicien russe, M. Schwedoff, a été plus loin : il a pu, par des expériences directes, montrer qu'une gaine liquide comprise entre deux cylindres solides, tend, lorsque l'un des cylindres subit une légère rotation, à revenir à sa position première en imposant une torsion mesurable à un fil qui soutient ce cylindre; de la connaissance de cette torsion on peut déduire la rigidité; dans le cas d'une solution contenant 1/2 % de gélatine, on trouve que cette rigidité, énorme par rapport à celle de l'eau, est cependant encore un trillion, 840 billions de fois moindre que celle de l'acier!

Ce chiffre certain..., à quelques billions près, prouve que la rigidité est bien faible, mais elle n'est pas nulle et cela suffit pour que l'on puisse

fonder sur cette propriété une distinction caractéristique.

D'une façon générale, M. Spring a d'ailleurs établi que l'on rencontre chez les solides, à un degré plus ou moins marqué, les propriétés des liquides; lorsqu'ils sont placés dans des conditions convenables de la pression et du temps, ils s'écoulent à travers les orifices, ils transmettent les pressions dans tous les sens, ils se diffusent et se dissolvent les uns dans les autres, ils réagissent chimiquement entre eux. On peut les souder par la compression, produire, par le même moyen, des alliages, et aussi, ce qui semble bien nettement prouver que la matière, à l'état solide, n'est pas privée de toute mobilité moléculaire, on parvient à réaliser de véritables réactions limitées, des équilibres entre sels solides, et ces équilibres obéissent aux lois fondamentales de la thermodynamique.

Ainsi la définition d'un solide ne saurait résulter de ses propriétés mécaniques; on ne peut dire, d'après ce que nous venons de voir, que les corps solides conservent leur forme ; on ne saurait dire davantage qu'ils ont une élasticité limitée, car M. Spring a fait connaître aussi un cas où l'élasticité des solides est sans limite.

On a cru, dans un phénomène différent, le phénomène de la cristallisation, trouver le moyen d'arriver à une délimitation nette, parce qu'il s'agirait d'une qualité spécifique ; les corps cristallisés seraient les véritables solides, les corps amorphes étant alors regardés comme des liquides visqueux à l'extrême.

Mais les travaux d'un physicien allemand, M. 0. Lehmann, semblent prouver que ce moyen luimême n'est pas infaillible; M. Lehmann a réussi, en effet, à obtenir avec quelques composés organiques, par exemple avec de l'oléate de potassium, dans certaines conditions, des états particuliers auxquels il donne le nom de cristaux semi-fluides et de cristaux liquides; ces phénomènes singuliers en peuvent être observés et étudiés qu'avec le microscope, et le professeur de Carlsruhe a dû imaginer un dispositif ingénieux qui lui permît de porter la préparation à la température voulue sur la platine même du microscope.

On arrive ainsi à mettre en évidence que ces corps agissent sur la lumière polarisée à la manière d'un cristal; ceux que M. Lehmann appelle semiliquides présentent encore des traces de délimitation polyédrique, mais avec des arêtes et des angles arrondis par la tension superficielle; les autres tendent à prendre une forme rigoureusement sphérique. Pour les premiers, l'examen optique est très difficile parce qu'il peut se produire des apparences dues à des phénomènes de réfraction, apparences qui simulent les phénomènes de la polarisation; pour les autres, qui, souvent, sont aussi mobiles que l'eau, le fait qu'ils polarisent la lumière est absolument indubitable.

Malheureusement tous ces liquides sont troubles, sans exception, et l'on pourrait objecter qu'ils ne «ont pas homogènes ; ce défaut d'homogénéité pourrait, d'après M. Quincke, être dû à l'existence de particules en suspension dans un liquide en contact avec un autre liquide miscible avec lui et l'enveloppant comme le ferait une membrane, et les

phénomènes de polarisation s'expliqueraient ainsi tout naturellement.

M. Tammann croit qu'il s'agit plutôt d'une émulsion, et, dans cette hypothèse, l'action sur la lumière serait bien aussi celle que l'on observe. Divers expérimentateurs ont cherché, pendant ces dernières années, à élucider la question; on ne saurait la considérer comme définitivement tranchée, mais ces très curieuses expériences, poursuivies avec beaucoup de patience et une ingéniosité remarquable, permettent de penser qu'il existe réellement entre les cristaux et les liquides des formes intermédiaires où les corps conservent encore une structure particulière, agissent par suite sur la lumière, mais ont déjà une plasticité considérable.

Remarquons que la question de la continuité de l'état liquident de l'état solide n'est pas tout à fait la même que la question de savoir s'il existe des corps intermédiaires, pour toutes les propriétés, entre les corps solides et les corps liquides.

On confond souvent, à tort, ces deux problèmes; entre les deux classes de corps le fossé peut être comblé par certaines substances présentant des propriétés intermédiaires, corps pâteux, corps liquides encore cristallisés parce qu'ils n'ont pas perdu complètement leur structure particulière, et cependant la transition ne sera pas forcément établie, d'une façon continue, lorsqu'il s'agira, pour une seule et même substance déterminée, de passer de la forme liquide à la forme solide.

On conçoit que ce passage puisse s'effectuer par

degrés insensibles lorsqu'il s'agit d'un corps amorphe, mais le cas d'un cristal, qui est un cas où les mouvements moléculaires doivent être essentiellement ordonnés, semble ne pouvoir être considéré comme une suite naturelle du cas du liquide où l'on se trouve au contraire en présence d'un état de mouvement extrêmement désordonné.

M. Tammann a fait voir que les solides amorphes peuvent bien, en effet, être regardés comme des liquides surfondus, doués d'une très grande viscosité, mais il n'en est plus de même quand l'état solide est en même temps l'état cristallisé; il existe alors une solution de continuité des diverses propriétés de la substance, et les deux phases peuvent coexister.

On pourrait présumer encore, par analogie avec ce qui se passe pour les liquides et les gaz, que, si Ton suivait la courbe de transformation de la phase cristalline en la phase liquide, on pourrait arriver à une sorte de point critique où disparaîtrait la discontinuité des propriétés.

M. Poynting, puis M. Plank et M. Ostwald avaient supposé qu'il en était bien ainsi, mais, plus récemment, M. Tammann a démontré qu'un tel point n'existe pas et que la région de stabilité de l'état cristallisé est limitée de tous côtés.

Le long de la courbe de transformation les deux états peuvent coexister en équilibre, mais on peut affirmer que l'on ne saurait réaliser une série continue d'intermédiaires entre ces deux états; il y aura toujours une discontinuité plus ou moins marquée dans quelques-unes des propriétés.

Au cours de ses recherches, M. Tammann a été d'ailleurs conduit à certaines remarques fort importantes; c'est ainsi qu'il a rencontré chez presque toutes les substances des modifications allotropiques nouvelles qui viennent, d'ailleurs, singulièrement compliquer la question. Dans le cas de l'eau, par exemple, il trouve que la glace ordinaire se transforme, sous une pression déterminée, à la température de — 80° en une autre variété cristalline qui est plus dense que l'eau.

Ainsi, la statique les solides sous forte pression, à peine ébauchée encore, semble promettre des résultats qui ne seront pas identiques à ceux que l'on a obtenus pour la statique des fluides, mais qui présenteront un intérêt au moins égal.