SUR LA .NATURE DE LA CHALEUR ET SUR SA MESURE EN CHIMIE

Hàloiis-uous (l'arriver sur iiu terrain [dus ferme, je veux parler du développenieut de la théorie du calorique dans l'explication des phénomènes chimi([ues : il s'agit d'un point capital dans l'histoire de la science. Ce développement a fait pendant près de dix ans l'ohjel des expériences de Lavoisior. Il déhula dans cette nouvelle carrière eu 1777; mais il ne tarda pas à s'associer pour les poursuivre avec Laplace, alors à ses débuts : c'est ainsi qu'ils ont jeté en commun les premiers fondements de la thermochimie. C'était toujours la suite logique du système géuéral, inau^juré par Lavoisier et poursuivi par lui avec une infatigable persévérance.

Eu effet, ses découvertes avaient transformé les idées régnantes en chimie sur la combustion. Il avait établi celte vérité inattendue que dans la combustion il n'y a ni formation, ni disparition de matière pondérable, contrairement aux opinions reçues avant lui. Lavoisier avait prouvé que l'intervention des gazsufht à expliquer les augmentations et les diminutions de poids observées,

et il avait appuyé ces découvertes par des mesures poussées jusqu'au dernier degré d'exactitude. Mais cette explication, je le répète, laissait en dehors deux phénomènes fondamentaux, que la théorie du phlogistique avait réussi à embrasser dans le cadre de ses explications : je veux parler des dégagements de chaleur et de lumière qui accompagnent la combustion et qui ont frappé si fortement et de tout temps l'esprit des hommes.

Lavoisier cependant avait cherché à expliquer ces phénomènes. Pour lui, ils étaient dus à la séparation d'une matière spéciale, matière d'un caractère particulier et impondérable : la matière du feu, ou fluide igné, dont la combinaison avec la matière pondérable de l'oxygène, de l'hydrogène, de l'azote, etc., constitue ces gaz dans leur état présent. Lorsque le gaz oxygène se combine aux métaux et aux corps combustibles, il perd la chaleur à laquelle il était combiné précédemment et qui le maintenait à l'état aériforme.

La combustion devient ainsi un véritable phénomène de substitution, opérée entre la matière impondérable du feu, qui s'échapi)e avec flamme, chaleur et lumière, et la matière pondérable du soufre, du phos- Ithoreoii du charbon qui demeure combinée aveclabase, ixtndciabic aussi, de l'oxygène'. Les mêmes phénomènes se |)r()(luist'nt, mais avec plus de lenteur, dans la calcination des métaux.

Voilà par quelle suite d'idées Lavoisier fut conduit à mesurer la (|uantit('' de clialtMir mise à nu et dissipée sous forme libre dans la combustion.

Après divers làtonuements dont ses Registres de labo-

(1 IKlvhus dr Laroixcr, I. II. p. 22".t.

NATLKE ET xMESLHE DE LA CIIALKIR lO!

ratoire portent la trace, il crutdevoir s'associer avec uu homme plus jeuue que lui et plus exercé aux spéculaious physiques et mathématiques, de Laplace, esprit uou moius puissant d'ailleurs et qui devait être plus tard le législateur de la Mécanique céleste. Lavoisier et Laplace travaillèrent ensemble pendant les années 178:2 et 1788 pour mesurer la quantité exacte de la clialeur dégagée par la combustion des corps'. Le résultat fut digne de ce que l'on pouvait attendre de l'association de deux hommes de génie.

Leur Mémoire débute par des considérations générales sur la nature de la chaleur, considérations qui n'ont pas perdu leur valeur, même de nos jours, après un siècle de recherches approfondies dans toutes les branches de la physique et de la chimie. Le problème y est envisagé d'une manière plus large que Lavoisier ne l'avait fait jusque-là. « Les physiciens, disent nos auteurs, sont partagés sur la nature de la chaleur. Plusieurs d'entre eux la regardent comme un fluide répandu dans toute la nature et dont les corps sont plus ou moins pénétrés... Il peut se combiner avec eux, et dans cet état il cesse d'agir sur le thermomètre et de se communiquer d'un corps à l'autre. »

Cette opinion n'était autre que celle de la chaleur latente des physiciens ; c'était celle que Lavoisier avait soutenue jusque-là et qu'il reproduisit de la façon la plus expresse, pour son compte personnel,

(1) Mémoire sur la chaleur, lu à l'Académie le 18 juin 1783, et inséré dans ses Mémoires pour 1780, eu retard d'impression, qui parurent cette année 1783 même. — Œuvres, t. II, p. "^83 à 333. —Les Registres de laboratoire conservent une trace fort étendue de cette collaboration et des pages entières écrites de la main de Laplace. (Voir plus loin.)

dans sou Traité de clii mie, publié sept aus plus tard'. Mais, après avoir présenté cette première opinion, les deux auteurs ajoutent, dans un langage que les savants de notre temps ne désavoueraient pas : < D'autres physiciens pensent que la chaleur n'est que le résultat d'un mouvement insensible des molécules de la matière. On sait que les corps, même les plus denses, sont remplis d'un grand nombre de pores ou de petits vides... Ces espaces vides laissent à leurs parties insensibles la liberté d'osciller dans tous les sens, et il est naturel de penser que ces parties sont dans une agitation continuelle, qui, si elle augmente jusqu'à un certain point, peut les désunir et décomposer les corps : c'est ce mouvement intestin (|ui, suivant les physiciens dont nous parlons, constitue la chaleur'. »

Laplace et Lavoisier continuent leur exposé, en appliquant à la théorie de la chaleur le principe de la conservation des forces vives, la chaleur étant regardée comme la force vive qui résulte des mouvements insensibles des molécules d'un corps. Ils ajoutent qu'ils ne se prononcent pas entre les deux hypothèses, observant que * peutêtre ont-elles lieu toutes les deux à la fois »; et ils déduisent de ces idées des conséquences qui sont demeurées celles de la science actuelle, relativement à la conservation de la chaleur dans le simple mélange des corps et à l'invariabilité de la somme des chaleurs dégagées ou absorbées, lorsque l'on revient à un même état primitif, ajtrès une suite (le coinhinaisons ou de changements d'étal.

Citons encore vv principe ([uc, t dans les change-

(1) Tbaitk l)K r.iiiMii:, I. I, p. i. rt pd^siin.

(•J) (Kl VIIKS, I. II. |i. 'JS...

NATURE ET MESURE DE LA CIIALEUK Ki;',

ments causés par la chaleur à l'état d'uu système de corps, il y a toujours absorption de chaleur » <; principe auquel il suffit d'ajouter qu'il u'est applicable qu'aux phénomènes réversibles, pour le mettre en harmonie avec la science actuelle.

Ou voit jusqu'à quel point les idées développées dans le Mémoire de Laplace et Lavoisier sur la chaleur sont demeurées, même aujourd'hui, les nôtres. Ces idées remontent d'ailleurs à des sources plus anciennes encore. Elles se rattachent à celles de Descartes et même à celles des philosophes de l'antiquité. « Heraclite et Hippasus, disait déjà l'alchimiste grec Olympiodore, ont soutenu que le feu est le principe de tous les êtres parce qu'il est l'élément actif de toutes choses.^ »

Quelques années même avant le Mémoire de Laplace et de Lavoisier, on lisait dans les écrits de Macquer, l'un des plus célèbres chimistes de l'époque \ l'exposé suivant qu'il n'est peut-être pas superflu de rappeler :

« J'ai pensé jusqu'à présent, avec la plupart des physiciens, que la chaleur était une espèce particulière de matière assez subtile pour pénétrer les corps. » Et plus loin : « Tout concourt à indiquer que ce n'estqu'un accident, une modification dont les corps quelconques sont susceptibles et consistant uniquement dans le mouvement intestin de leurs parties et qui peut être produit non seulement par l'impulsion et le choc de la lumière, mais en général par tous les frottements et percussions des corps quelconques. »

Il ajoute à l'occasion de la chaleur qui se dégage par

(\) ŒivRF.s, 1. 11, p. 314.

(2) Voir mes Origmex de l'Alchimie, p. 25S.

(3) Dictionnaire dp f^kimie, iirlicle Fei", 1778.

le mélange d'uQe li({ueur acide et d'une liqueur alcaline, sans que la tranquillité du système soit en apparence troublée :

« Les cOilisiuus les plus fortes, qui occasionnent les plus grandes diiïérences de chaleur dans les combinaisons des agents chimiques ne sont point celles des parties sensibles des corps ; mais elles ne se font qu'entre des particules élémentaires d'une petitesse inconcevable, dont les mouvements, quoique très violents, sont absolument insensibles à nus yeux. Ces actions, qui se présentent à nous sous l'apparence trompeuse d'une liqueur homogène et tranquille, mettent en jeu une multitude infinie d'atomes, que nous verrions dans une agitation incroyable, » etc.

On voit ici combien uuus sommes loin de cette conception imparfaite, fondée sur la matérialité de la chaleur, à laquelle Lavoisier s était particulièrement attaché. Mais les conséquences de ces idées et la théorie de r<'nf/'gie, qui les traduit aujouidhui, ne se sont développées que soixante ans plus t;ud. J'ai dû les rappeler cependant, pour mieux faire entendre le caractère réel et la portée du progrés accompli par Lavoisier et Laplace. Ce progrès était considérable, non s;:ulemeut en théorie, mais ilans la pratique même des expériences.

En etïet, les auteurs, après avoir présenté leurs principes généraux, exposent une nouvelle méthode pour mesurer la chaleur. Au lieu de recourir, comme Black l'avait fait récemment, à la méthode des mélanges, tondre sur la mesure des changenn'Uls de température d'nn système, ils imaginent d'opérer à une température lixe, à 0", en mesurant la quantité d'eau réduite à l'état li(|ui(le par la fusion de la glace; procédé déjà essayé

XATURK KT Mr;>URE Df-] LA CHALEUR lOo

l)ar un physicien suédois, Wilke, mais avec peu de succès.

Laplace et Lavoisier perfectiouaent ce procédé et le reudeut rigoureux par l'emploi d'une euceinte de neige, qui protège la glace destinée à l'expérience contre les rayonnements ambiants; précaution nécessaire dans des expériences qui duraient jusqu'à vingt heures. Ils ont déterminé ainsi les chaleurs spécifiques de divers corps et surtout les chaleurs de combustion du charbon, de l'hydrogène et du phosphore, la chaleur de détonation du nitre avec le charbon et le soufre; enfin, dans un autre ordre non moins intéressant, la chaleur dégagée par un cochon d'Inde vivant, enfermé dans l'appareil pendant dix heures.

L'idée fondamentale qui les dirige, au point de vue chimique, est cette imagination imparfaite de Lavoisier, qui attribuait le principal rôle à l'oxygène, et pensait que ce gaz fournit la chaleur des combustions, empruntée à sa provision propre. L'inégalité entre les quantités de chaleur, dégagées par un même poids d'oxygène combiné à différents corps, résulterait alors uniquement de ce qu'une portion de chaleur demeurait unie aux produits de la combinaison : vue fort incomplète des causes véritables qui développent la chaleur en chimie.

C'est dans les expériences sur la détonation du charbon par le nitre, substance concrète qui fournit la base matérielle de l'oxygène, dépouillée de son état de gaz, que l'imperfection de leurs conceptions se manifeste plus particulièrement. Les auteurs n'avaient pas à ce moment cette notion plus étendue, que nous possédons aujourd h ui, et d'après laquelle la chaleur dé-

iOO LAVOISIHR

gagée dans les combinaisons ne préexiste point en réalité dans chacun des composants dun système, envisagé séparément; mais elle résulte d'un travail commun accompli pendant les rapprochen)ents et l'échange des molécules hétérogènes.

Quoi (ju'il en soit de cette imperfection, les idées de Laplace et de Lavoisier ouvraient à la chimie unchanij) nouveau. Leurs données expérimentales furent pendant longtemps les seules qu'on ait possédées, pour les théories chimiques, aussi ])ien que pour les applications pratiques. Si elles ont été, par suite des progrès inévitables de la science, perfectionnées depuis, cela ne diminue en rien le mérite des premiers promoteurs de la thermochimie.

Rappelons en terminant, et ])our faire connaître plus complètement le caractère de leur œuvre et l'état des idées de l'époque, quelles questions théoriques on discutait alors, (le sont celles de hi ([uantité absolue dechaleur contenue dans les corps, l'existence et la valeur du zéro absolu, le calcul hypothétique de la chaleur de combinaison, au moyen des chaleurs spécifiques des composés, comparées à celles des composants. Par exenq)le. Crawford, en 1779, cxpli([uait la clialeur dégagée dans la combustion et la respiration, en admettant ([u'elle résultait de la diminution de la chaleur spécifuiue de l'o.xygène, regardée i)ar lui comme ([uatre-vingl-sept fois plus grande que celle de l'eau '. Il rendait compte de la chaleur dégagée jiar la conversion de l'oxygène en acide carboni(|ue, en disant que ce dernier gaz possède une chaleur spécifujue nmindre que celle de l'oxygène : opinion précisément contraire aux relations constatées depuis.

(I) fF,iivm:s ih- l.nr,>,\i,'r. i. II. p. .T2n.

XATURK KT MKSURE DE LA ClIALEli; 107

Si je rappelle ces discussious et ces erreurs, ce n'est pas pour faire une vaine critique des savants qui nous ont précédés; mais c'est afin de bien distinguer les progrès qu'ils ont faits et ceux qui ont été réalisés depuis, par suite de conceptions plus exactes et plus approfondies. Cette distinction est nécessaire. En effet, c'est une illusion commune aux personnes qui relisent les auciens travaux, et surtout ceux des hommes de génie, tels queLavoisier, que de vouloir y trouver à la fois et les découvertes qu'ils ont réellement faites et celles de leurs successeurs. On affaiblit par cette confusion le vrai mérite des uns et des autres.

Ce qu'il y a de plus important peut-être dans le Mémoire de Lavoisier et de Laplace, après leurs vues générales sur la chaleur, c'est l'étude delà chaleur animale, qui a ouvert une ère physiologique nouvelle : j'y reviendrai tout à l'heure. Mais auparavant il convient de reprendre l'examen des conditions historiques dans lesquelles s'est constitué le systéuie nouveau de la chimie.