Annales de Phys.et CA., 4° série, XXI, p

liquide? cette question, ce me semble, n'admet pas de réponse définitive. L'acide carbonique à 35%5 et sous 108 atmosphères de pression se trouve à moitié chemin à peu près entre l'état gazeux et l'état liquide; et il n'y a pas de raisons solides pour l'assigner à l'état de gaz plutôt qu'à l'état de liquide.

La matière prend des formes intermédiaires

en passant, sans changement brusque de volume ou évolution abrupte de chaleur, de l'état liquide ordinaire à l'état gazeux ordinaire. »

N'est-ce pas là une simple supposition? Et en l'admettant, comprend-on très bien ce que signifie la fixation du point critique? Aucune pression ne rend le gaz liquide au-dessous de 31 degrés : c'est la première affirmation, et nous nous y tenons. Vous élevez la température à 35 degrés , vous voyez s'effacer la surface du liquide, et vous demandez ce qu'il est devenu? Il est devenu gaz : pourquoi et comment supposer un état intermédiaire?

Les deux passages du solide au liquide, du liquide au gaz ne sont même pas toujours nécessaires. Tout à l'heure nous parlions de l'acide carbonique réduit en neige, qui reprend directement la forme gazeuse. Souvent, on rencontrera, dans la nature, des phénomènes semblables; car tous les corps dégagent des vapeurs. Un corps solide peut devenir gaz sans passer par l'état liquide.

Aussi de tous les liquides et même des solides se dégagent des molécules gazeuses : elles s'enfuient plus ou moins nombreuses suivant l'énergie existant dans le corps, et suivant la pression extérieure. Les choses ne se passent pas très simplement, et il y a beaucoup de faits à observer, si l'on veut essayer de pénétrer la nature.

Le même corps, dans les mêmes conditions, se présentera souvent dans les deux états différents : liquide et gaz. Abandonnez de l'eau dans un vase ouvert, elle s'envolera lentement, même si la température baisse. Au-dessus des rivières et des étangs, même en temps froid, des vapeurs s'élèvent constamment et, le matin, l'air glacé n'a point d'autre effet que de les condenser assez pour les rendre visibles; elles se changent en longues traînées de brouillards qui remplissent les vallées et dont les collines émergent, mouillées et brillantes, lorsque le soleil se lève. Quand, sous ce premier feu du matin, l'air s'est réchauffé plus vite que la terre, les vapeurs se condensent au froid contact de la terre, et celle-ci se couvre de rosée.

Il semble bien que l'évaporation est constante et que les liquides, au moins, dégagent des vapeurs à toute température. On cite l'acide sulfurique qui n'en donne pas, mais l'acide sulfurique

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n'est pas un liquide; c'est une matière solide dissoute, la plus avide d'eau que Ton connaisse, desséchant l'atmosphère autour d'elle, attirant à elle les vapeurs.

Le liquide le plus lourd que nous puissions citer, du moins dans les conditions où nous vivons, le mercure, s'évapore constamment. Faraday l'a constaté au moyen de feuilles d'or, attachées audessus d'une cuve à mercure et blanchies par les vapeurs mercurielles au bout de quelques jours; cependant quand la température était abaissée au-dessous de zéro, les feuilles d'or n'étaient plus blanchies. Avec un réactif plus délicat, l'azotate d'argent ammoniacal, imbibant des feuilles de papier Berzélius, M. Merget a prouvé le dégagement de vapeurs même à — ii degrés, alors que le mercure était devenu une masse solide, congelée.

11 est donc probable que les vapeurs se dégagent à toute température, mais en quantité de plus en plus ténue, échappant par leur petitesse et leur extrême diffusion à nos sens et à nos observations. Dans l'air où nous ne reconnaissons guère que l'azote, l'oxygène et un peu d'eau, fume un imperceptible encens émané de toutes les substances terrestres, les solides comme les liquides, puisque le passage par l'état liquide n'est pas obligé.

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8*6 LE MONDE EXTÉ1UEUR

Quand la matière se divise ainsi et nous échappe, elle sort du monde humain aussi bien que la comète qui fuit au delà de la portée de nos yeux et de nos télescopes. Il y a, dans le monde matériel, des chaleurs, des lumières, des sons inconnus à Thomme, des possibilités de sensations pour d'autres sens que ceux de Thomme. Il y a aussi des substances pondérables, de la matière proprement dite et que nous perdons de vue. Cette matière sort du monde humain, soit emportée trop loin h travers l'espace, soit diluée en l'air, autour de nous, en vapeurs trop légères, soit même cachée dans la terre solide en filons trop menus. D'autres mains la toucheraient, d'autres yeux la verraient; elle n'existe plus pour les nôtres, et dans une délicate expérience, comme celle de M. Merget, nous disons, du plus loin, une sorte d'adieu.

Quelquefois cette matière sortie du monde humain y rentre, témoin la comète qui nous revient des profondeurs de l'espace; témoin encore la lithine puisée par les racines de la plante de tabac dans une terre où aucun chimiste ne l'eût soupçonnée. C'est la matière perdue et ramenée par des agents autres que nous à la portée de nos yeux et de nos mains, la matière rentrant en notre monde. Il est des cas où l'un de nos sens perçoit encore une substance qui a échappé aux autres et

qui pour eux n'existe plus : par exemple, quand un flocon invisible de vapeur parfumée embaume tout l'air d'une salle. Un bouquet de fleurs peut répandre dans l'air assez de matière pour provoquer des sensations nombreuses et fortes, et ne rien perdre de son poids; rien, du moins, pour nos balances. Cette fois la matière n'est pas tout à fait sortie de notre monde sensible ; elle échappe à nos yeux, à nos mains, mais trahit encore sa présence.

D'autres fois, elle se cache et disparaît tout à fait et cependant nous savons qu'elle ne périt point. « Rien ne se crée, rien ne se perd » est une vérité clairement vue par notre esprit ; il l'a apprise par l'induction, qui est sa seule manière d'apprendre.

Le phénomène de l'évaporation paraît donc être universel, quoique variable suivant les circonstances; quelquefois il diminue d'intensité jusqu'à devenir tout à fait imperceptible sans que rien cependant nous autorise à croire qu'il a tout à fait cessé. Mais il y a deux cas extrêmes : celui où l'évaporation est complète pour toute la matière présente, et celui où l'évaporation, au contraire, est complètement arrêtée.

Prenons le premier. Il est démontré là, ce nous semble, qu'il n'y a pas continuité entre les trois états de la matière. On aura déjà pu relever une preuve de cette vérité dans ce fait que le passage par l'état

liquide n'est pas nécessaire. On a vu que la matière passe du solide au gaz sans intermédiaire et, qu'en ce cas, « nalura saltus facit ».

Mais il y a d'autres preuves. Pour ce qui est du premier changement, la fusion, le passage du solide au liquide, on ne pourra pas contester que la transformation soit brusque et qu'à ce moment il n'y ait rupture de continuité dans la série des états de la matière progressivement échauffée. Tous les corps solides se dilatent quand la température monte ; et ils le font inégalement, chacun suivant son coefficient de dilatation, qui est une des marques auxquelles on le reconnaît. A un certain degré, à leur point de fusion, qui est encore caractéristique pour chacun, ils deviennent liquides.

Ce point de fusion varie suivant la nature des corps et varie grandement: le mercure fond à — 39 degrés; le plomb à 335 degrés ; l'aluminium à 600 degrés, l'argent à 934 degrés; le platine à 1,775 degrés. A ce moment un travail intérieur s'accomplit. La température reste stationnaire. Et pourtant le foyer ne cesse pas de fournir de la chaleur nouvelle : elle est absorbée, mais pour un autre travail ; c'est la chaleur de fusion. Elle n'est point perdue: car rien ne se perd ; elle reparaîtra au même moment, en la même quantité, lorsque la substance repassera à l'état solide. Et pour cha-

que espèce chimique, comme le coefficient de dilatation, le point de fusion, la chaleur de fusion sont des caractères distinctifs.

Ce phénomène nouveau, outre la soudaineté des changements survenus au point de fusion, ne semble plus laisser aucun doute. Il y a continuité dans le progrès de la température et de la dilatation tant que le solide reste solide: au moment précis du changement d'état, il y a une révolution.

Naturellement, le point de fusion est le même que le point de solidification : le passage à l'état liquide, le retour à l'état solide s'effectuent brusquement à la même température. Cela est naturel ; cela n'est pas nécessaire; ce n'est pas là une réciproque géométrique, mais un fait d'expérience.

Quant à la volatilisation, le moment du passage est moins bien défini puisque, comme nous l'avons dit, les corps, même solides, dégagent des vapeurs à toute température. Il n'y a pas, à proprement parler, un point de volatilisation ; il y a un point d'ébullition, moment où, pour une certaine température et une certaine pression, la volatilisation d'un liquide s'opère brusquement. Il y a aussi un moment où l'évaporation cesse, moment réglé aussi par les deux mêmes conditions. Voici comment.

La vapeur cesse de se dégager d'un corps, le

corps, solide ou liquide, reste en excès, quand l'atmosphère ambiante en est saturée. Les physiciens disent alors que la tension de la vapeur de ce corps atteint son maximum ; la tension maxima est constante, pour une température donnée ; c'est-àdire que chaque substance, à une certaine température et dans un certain espace, dégage une certaine quantité de vapeur toujours la même. Vous augmenterez cette quantité, en augmentant soit l'espace, soit la température, soit les deux. Si la température augmente et non l'espace, une pression croissante sera exercée sur les parois du contenant.

La tension maxima de la vapeur d'eau, par exemple, est mesurée par la quantité d'eau qui se montrera à l'état de vapeur, à une température donnée, un peu d'eau restant à l'état liquide au fond de l'appareil. C'est le maximum de ce qui peut subsister à l'état de vapeur dans les conditions déterminées. Le récipient est plein de tout ce qu'il peut contenir de vapeur d'eau à la température choisie : une quantité nouvelle de la même vapeur ne se dégagera plus.

Mais un autre gaz peut-il trouver place dans le même espace? Ceci amène h parler du mélange des gaz et à reprendre les choses d'un peu plus loin avant de répondre.

TRANSITIONS 39t

Un gaz, lourd ou léger, se répand dans tout l'espace qu'il trouve libre ; et dans le mélange de plusieurs gaz il ne se formera jamais, comme «près le mélange de plusieurs liquides et au bout d'un temps de repos, des étages distincts superposés suivant les densités. Les gaz intimement mélangés, occuperont tout le récipient. Berthollet ayant rempli l'un d'hydrogène et l'autre d'azote, deux ballons séparés par un robinet; ayant placé le second ballon au-dessous du premier et ayant ouvert le robinet, le gaz le plus lourd monta dans le ballon d'en haut comme si ce ballon eût été vide ; il emplit tout l'appareil. Le gaz léger était, de son côté, descendu aussi dans le ballon inférieur, emplissant aussi tout l'appareil : la pression totale exercée par cet intime mélange était la somme des pressions que chaque gaz eût exercées s'il eût été seul dans le récipient. Cette dernière loi avait été trouvée par Dalton. Chacun agit isolément, et la présence d'un second gaz mélangé ne change rien à la marche du premier.

Si le ballon d'en bas eût été plein de mercure et le ballon d'en haut plein d'eau, certainement l'eau et le mercure seraient restés à leur place. Or, la différence des poids spécifiques est presque aussi grande entre l'hydrogène et l'azote qu'entre l'eau et le mercure. Mais peu importe ; les deux gaz, en

392 LE MONDE EXTEIUEUK

peu de temps, se pénètrent; l'hydrogène descend, l'azote monte, contrairement à la pesanteur, mais en vertu de la force expansive des gaz; et chacun remplit tout l'espace, celui des deux ballons, absolument comme s'il était seul.

A la vérité certains liquides se mêleront, le plus lourd montant pour se mêler au plus léger, quand les densités ne seront pas extrêmement différentes; et quand d'ailleurs les deux liquides seront solubles l'un dans l'autre, comme par exemple, l'éther et le chloroforme. Faut-il dire simplement que tous les gaz sont solubles l'un dans l'autre ?

C'est possible; mais en tous cas, quand elles prennent l'état gazeux, la plupart des substances auront acquis là une propriété nouvelle. Et voilà, ce semble, une rupture dans la continuité des états de la matière. La matière change non seulement d'apparence, mais de nature au moment précis où, de solide ou liquide qu'elle était, elle est métamorphosée en gaz; elle obéit aussitôt à d'autres lois, et cette brusque révolution est radicale. « Il est visible, dit M. Pouillet, que les fluides élastiques, dans leursmélanges, n'obéissent pas comme les liquides, aux lois de la densité 1 . »

Si cette révolution n'avait pas lieu, l'aspect du

i . Pouillet. Phytiqut, vol. I, p. 286.

monde serait bien éloigné de ce que nous voyons. Le même physicien a écril à ce sujet une fort belle page de philosophie naturelle, tout à fait digne d'être rapprochée de la fameuse page de Lavoisier sur les changements qui surviendraient en ce monde, si la température et la pression étaient modifiées.

« Les liquides qui ne se combinent pas chimiquement, dit M. Pouillet, peuvent bien être mêlés pendant quelques instants; mais ils se séparent peu à peu et se dégagent l'un de l'autre pour se superposer dans Tordre de leurs densités, comme l'huile se superpose sur l'eau. Si les gaz et les vapeurs avaient des propriétés pareilles, tout serait changé sur la terre. On verrait, par exemple, les vapeurs qui se forment à la surface des eaux s'élever comme des ballons, en vertu de leur légèreté spécifique; et, poussées de la sorte jusqu'aux dernières limites de l'atmosphère, elles en sortiraient par leur élasticité pour se répandre de toutes parts dans le vide; l'évaporation étant continuelle, cette ascension se renouvellerait sans cesse; à la fin, les lacs et les bassins de la mer seraient à sec et toutes les eaux de la terre seraient suspendues au-dessus de l'atmosphère. »

Mais la superposition suivant les densités ne s'opère pas. Les gaz se mélangent, les molécule*

courent les unes entre les autres, très petites par rapport aux espaces intermoléculaires.

Voici donc la réponse à la question posée tout à l'heure. Ce qui est vrai des gaz à faible tension, le sera encore à la tension maxima. Quand un récipient est plein de tout ce qu'il peut contenir de vapeur d'eau arrivée à sa tension maxima, un autre gaz y peut néanmoins trouver place. Aussi, quand même l'espace donné est plein d'air, quand même l'air y est comprimé sous une pression plus forte que la pression atmosphérique, le dégagement des molécules qui s'échappent de l'eau ne sera ni arrêté, ni même restreint. Il sera seulement retardé : l'évaporation rapide dans le vide sera lente, d'autant plus lente que l'air emplissant l'espace clos sera plus comprimé; mais elle atteindra, avec un peu de temps, au même point ; la tension maxima sera la même dans l'air et dans le vide. Telle est la loi de Dalton : elle n'est pas rigoureusement exacte comme l'ont prouvé les mesures précises de Regnault, mais il s'en faut d'une très faible différence.

Comment imaginer les phénomènes? Il faut bien, en dépit de nos sensations qui nous donnent l'idée d'un fluide continu, nous représenter un gaz ou une vapeur comme une grêle de très petits corps solides, séparés par de très grandes distances :

quelque chose de semblable à notre univers, avec des molécules flottant au lieu de mondes, et au lieu d'espaces interstellaires, des espaces intermoléculaires. Peut-être ces derniers sont-ils relativement encore plus grands que les autres. Si les choses sont ainsi, quand une vapeur se répand au sein d'une autre vapeur, on conçoit que la première ne fasse point obstacle à la seconde. Les molécules s'envolent à travers de vastes espaces vides et les chocs, s'il y en a, ne font que modifier les mouvements. Au lieu de quelques bulles de vapeur qui se mélangent, imaginez qu'une nouvelle pléiade de mondes vienne se mêler à celle qui compose notre univers : il y aurait des mouvements changés et de très faibles chances de rencontres ; nos mondes sont des molécules dans l'espace et n'opposeraient aucun obstacle à l'invasion.

Il est cependant en tout ceci un fait qui ne nous paraît point explicable à priori, avec la simple hypothèse de molécules occupant une faible partie de l'espace. C'est que la loi de Dalton soit encore vraie ou à peu près à la tension maxima. L'espace est plein au maximum de la valeur d'un corps donné et cependant une autre vapeur peut se dégager dans le même espace. Il n'y a plus de place pour les molécules du premier corps; mais il y a

place pour des molécules d'une autre espèce.

N'est-ce pas étrange?

De l'eau, par exemple, s'évapore dans le vide, elle atteint sa tension maxima et les molécules cessent de s'envoler, la place leur manque, les premières les repoussent. Dans le même espace, il y a de l'air, de l'air même comprimé, plus d'air qu'il n'y avait tout à l'heure de vapeur d'eau et, vraisemblablement des molécules plus nombreuses et plus rapprochées entre elles que n'étaient celles de vapeur d'eau. Pourtant l'eau va s'évaporer, elle va atteindre la même tension ou à peu près que tout à l'heure, lorsqu'il n'y avait rien. Cet espace est vide pour elle. De sorte que la possibilité de pénétrer dans les vides intermoléculaires de la vapeur déjà formée ne dépend pas seulement de l'étendue de ces vides, mais de la nature même de la matière employée. Les molécules évaporées d'une substance déterminée opposent un obstacle à celles qui pourraient après elles se dégager de la même substance; elles n'en opposent point à celles qui se dégagent d'un corps étranger. Ces dernières s'évaporent et atteignent leur tension maxima comme si les premières n'étaient pas là.

Singulière loi! Imaginera-t-on pour l'expliquer des mouvements moléculaires dirigés dans le même sens pour la même substance, s'arrêtant à

leur limite, mais ne barrant pas la route à d'autres molécules marchant en un autre sens? Et les colonnes de vapeur montant de la surface de l'eau vers le plafond d'un vase fermé, sont-elles arrêtées dans leur montée quand leur ressort est arrivé à la limite de compression; mais d'autres colonnes d'une autre vapeur pouvant néanmoins monter entre elles? Non ; rien de semblable ne peut se passer; car les courses des molécules gazeuses ont lieu dans toutes les directions, la pression s'exerçanl également de tous côtés. 11 faut cher* cher une autre explication. La tension maxima répond à un état d'équilibre. Quand un corps est arrivé à sa tension maxima, des molécules continuent à se volatiliser, mais en même temps, le même nombre de molécules reprennent l'état liquide, et la somme de molécules à l'étal gazeux ne change plus.

Un gaz étant ainsi perméable à un autre, l'air, par exemple, étant perméable h la vapeur d'eau, une partie des eaux de l'Océan s'élève constamment dans l'atmosphère qui pèse sur elles. La montée est seulement plus lente qu'elle ne serait dans le vide; elle s'arrête quand l'atmosphère est saturée. On aurait pu croire, on a cru, paraît-il, que l'eau se dissolvait dans l'air, comme l'air se dissout dans l'eau; ces deux couches fluides super-

posées, l'atmosphère et l'Océan se pénétreraient mutuellement et la ligne de séparation que nous voyons si nette à l'horizon tromperait nos yeux. II en est bien -ainsi, mais il y a dissolution d'un côté seulement.

L'air se dissout dans l'eau, suivant une loi découverte par Henry, en 1803, et vérifiée par Bunsen ; loi générale à tous les gaz purs et étendue par Dalton aux mélanges de gaz. Ils sont plus ou moins solubles; mais tous se dissolvent proportionnellement à leur pression, un gramme sous pression un, deux grammes sous pression deux. Et comme, suivant la loi de Mariotte, deux grammes de gaz sous pression deux occupent le même volume qu'un gramme sous pression un, il vaut mieux dire que le liquide dissout constamment le même volume de gaz, quelle que soit la pression. L'Océan tient constamment dissous dans ses eaux le même volume d'air atmosphérique. Si la pression atmosphérique diminue, des molécules d'air s'échappent; mais, les molécules restantes s'étanl raréfiées, le volume dissous ne change pas.

Mais quand, inversement, les molécules d'eau s'envolent dans l'air, le phénomène ne doit pas être appelé solution, ayant d'autres limites et obéissant à d'autres. L'eau, en effet, s'évapore dans l'air, mais elle s'évapore aussi et bien plus

vite dans le vide. Lors donc que les vapeurs s'élèvent de la mer, ou de la terre mouillée, et que les flaques laissées par la pluie au creux des rochers disparaissent, le phénomène n'est point la dissolution qui est une synthèse d'éléments; c'est un phénomène de séparation, effet de la force expansive qui porte toutes les molécules de tous les objets matériels à se séparer, à fuir les unes loin des autres à travers l'espace infini, à s'évanouir, à s'anéantir, à sortir du monde humain ; force contrebalancée par la force synthétique de la cohésion qui rapproche ces molécules, les associe, en fait des êtres perceptibles pour nous.

De ces deux forces, la seconde est la condition d'existence de notre univers; c'est la force créatrice pétrissant la matière. N'est-il pas étrange de penser que l'autre force subsiste, bien que ses effets, le plus souvent, deviennent insensibles pour vous ; mais qu'elle dure, comme dans le cas du mercure congelé, et que nous ne trouvons point de limite où il soit nettement mis fin à son action?

La force primordiale qui tend à disperser les éléments de la matière n'est pas tout à fait vaincue, et se manifeste encore pendant la durée de cet univers, malgré le joug provisoire de la cohésion. Rappelées par le créateur et rassemblées pour

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un jour, les molécules tendent à reprendre leur fuile h travers l'espace. Et, Clausius Ta démontré, elles se sépareront toutes jusqu'à leur plus extrême distance, quand la somme de l'énergie se sera équilibrée et uniformément répartie ; quand, enfin, comme Tyndall l'a dit, en citant saint Paul, « les éléments seront dissous par le feu ».

Nous connaissons la terre de deux manières.

D'abord, comme nous connaissons les autres sphères célestes et de la manière qu'on peut appeler astronomique : on a mesuré sa pesanteur, sa densité, sa vitesse, ses mouvements, la longueur et la forme de la route qu'elle parcourt annuellement autour du soleil.

Ensuite, nous l'étudions en elle-même par la géographie et la géologie et nos connaissances en ce genre, sont bien moins complètes et moins précises que les premières. Il y a deux cents ans, la géographie s'étendait à peine aux deux tiers du globe ; et il y a cinq cents ans, elle était restreinte au bassin de la Méditerranée. Les peuples civilisés d'alors vivaient aussi ignorants du reste du monde que peuvent l'être aujourd'hui, au sujet de nos pays, les nègres du centre de l'Afrique.