ÉTATS PHYSIQUES DES CORPS

en fusion et formeraient des liquides ; mais ces dernières considérations sortent de mon objet, et je me hâte d'y rentrer.

« Par un effet contraire, si la Terre se trouvait tout à coup placée dans des régions très froides, par exemple de Jupiter et de Saturne, l'eau qui forme aujourd'hui nos fleuves et nos mers, et probablement le plus grand nombre des liquides que nous connaissons, se transformeraient en montagnes solides, en rochers très durs, d'abord diaphanes, homogènes et blancs, comme le cristal de roche, mais qui, avec le temps, se mêlant avec des substances de différentes natures, deviendraient des pierres opaques diversement colorées.

« L'air, dans cette supposition, ou au moins une partie des substances aériformes qui le composent, cesserait sans doute d'exister dans l'état de fluide invisible, faute d'un degré àe chaleur suffisant; il reviendrait donc à l'état de liquidité, et ce changement produirait de nouveaux liquides dont nous n'avons aucune idée. »

Les deux hypothèses extrêmes dont on vient, avec Lavoisier, de suivre les conséquences, ont-elles pu ou pourront-elles se réaliser un jour pour la Terre même? Rien n'autorise à l'affirmer d'une façon absolue. Cependant, d'une part, à une époque considérablement éloignée des âges géologiques, on peut regarder comme probable que le rayonnement calorifique du Soleil a été assez puissant pour produire à la surface de notre globe, si notre globe existait déjà, une température capable de vaporiser des substances aujourd'hui liquides, d'en fondre d'autres qui sont maintenant solides. On peut penser aussi que, dans un nombre de millions d'années indéterminé, la radiation du Soleil, peu à peu amoindrie, se trouvera si faible que les effets de la seconde hypothèse seront réalisés, et que la surface de la Terre sera constituée de roches nouvelles et recouverte de liquides qui, présentement gazeux, forment son atmosphère. Cette atmosphère elle-même n'existera peut-être plus.

Des effets semblables, mais beaucoup moindres, peuvent être dus aussi aux variations de l'excentricité de l'orbite de la Terre.

Prenons pour exemple l'élat actuel, et comparons-le à ce qu'il deviendrait à l'époque de l'excentricité maximum. Aujourd'hui, la quantité de chaleur reçue par la Terre au périhélie dépasse de 0,0535 environ celle de la distance moyenne, qui elle-même surpasse d'autant la chaleur reçue à l'aphélie : c'est en tout 0,0770, soit à peu près le douzième ou le treizième de la chaleur totale, pour la différence de chaleur rayonnée aux deux positions extrêmes.

L'excentricité maximum étant, selon Le Verrier, égale à 0,077747, on calcule aisément que la chaleur rayonnée au périhélie surpassera de 0,5655 celle de l'aphélie, aux époques où l'orbite terrestre a atteint ou atteindra ce maximum d'excentricité. Ici la différence de chaleur entre les saisons extrêmes s'élève à près du tiers de la chaleur totale. Evidemment, une variation aussi considérable établit, entre les saisons hivernale et estivale de l'hémisphère dont l'hiver coïncidera avec l'aphélie, des contrastes de température qui peuvent expliquer certaines périodes géologiques, telles que les périodes glaciaires. Mais on est encore loin là des états extrêmes supposés par Lavoisier.

Ces états hypothétiques ont été ou seront réalisés à des époques excessivement éloignées de nous, à la naissance ou à la fin de notre planète. Mais peut-être aussi existent-ils actuellement dans notre monde solaire, pour la- période de chaleur excessive dans Mercure ou dans Vulcain, pour celle de froid dans Uranus ou dans Neptune. En ce qui nous concerne, à moins d'événements cosmiques impossibles à prévoir, la composition présente du globe terrestre et la proportion des liquides, des solides et des vapeurs ou des gaz qu'on y observe, resteront constantes pendant un nombre de siècles qui peut se compter par milliers.

L'observation, l'expérience journalières nous montrent que tous les corps sont formés de parties qui se séparent avec plus

OU moins de facilité les unes des autres; les solides, aussi bien que les liquides et les gaz, se subdivisent en fragments, en parcelles de plus en plus petites. Cette séparation s'obtient, soit par l'emploi de moyens mécaniques, soit par la mise en jeu des forces physiques; mais, pour tous les corps, elle peut atteindre un tel degré de ténuité, que les particules les plus fines

Fig. 10. — Fibres végétales : Â, soie ; B, laine; C, chanvre; D, coton. (Grossissement — l'20 diamètres.)

échappent à nos sens et deviennent même invisibles au microscope.

Cette propriété des corps est-elle indéfinie? En d'autres termes, la divisibilité est-elle, non seulement une propriété générale des corps, mais une propriété de la matière même qui les compose? C'est une question qui ne peut se résoudre expérimentalement; les théories physico-chimiques y répondent négativement dans l'état actuel de la science ; plus tard, nous essayerons d'exposer les raisons qui militent en faveur de l'exis-

lence réelle des atomes', c'est-à-dire des parties les plus petites dans lesquelles puissent se subdiviser les corps simples, dont tous les corps de la nature se trouvent formés. Ici nous nous bornerons à présenter les faits de divisibilité les plus remarquables, propres à nous renseigner sur la structure intime des corps, sur leur constitution moléculaire.

Les corps solides les plus durs se réduisent en poussières impalpables : les pierres, le verre, le marbre, sous le choc du marteau ; les métaux sous l'effort de la lime ; le diamant lui-même se convertit en une poudre d'une ténuité extrême, Yémen (poussière du corindon), qui sert, comme on sait, à la taille et au polissage de ses facettes. Grâce à leur malléabilité et à leur ductilité, les métaux tels que l'argent, l'or, le platine peuvent être réduits en lames d'une épaisseui extrêmement petite , ou en fils d'une finesse excessive. Les batteurs d'or parviennent à obtenir des feuilles de ce métal si minces, qu'il en faut superposer plus de 10000 pour former une épaisseur d'un millimètre. Une feuille d'oi laminé d'un décimètre carré de surface, et d'un dix-millième de millimètre carré d'épaisseur, pèse 19 milligrammes environ ; en supposant Fig. M. — Un fiag- ^^(.[ic surface partagée en parties d'un mil-

niunt de cheveu vu . ■n- > i a r •.

au microscope. lièmc dc millimétré de cote, il y en aurait en (180 diaïu.) ^^^^ milliards ; chacune de ces parties , visible au microscope, pèserait donc moins de 2 billionièmcs de milligramme.

Qui ne connaît l'ingénieux procédé par lequel le docteur Wollaston a étiré un fil de platine, dont le diamètre était si petit, que mille mètres en longueur de ce fil ne pesaient que 4 ou 5 centigrammes, bien que le platine soit le plus dense des

' Atome vient du grec xr-Mi, qui lui-même a pour étymologie à primitif, et Tî'p.vw, couper. .\tome a donc pour signification ce qui ne peut plus être divisé.

DIVISIBILITE DES CORPS.

corps connus? Ce physicien fixa, dans l'axe d'un moule cylindrique d'un cinquième de pouce anglais de diamètre , un fil de platine dont le diamètre n'avait qu'un centième de pouce (0""",254) ; puis il remplit le moule d'argent en fusion , de manière à obtenir un cylindre d'argent, dont l'axe était en platine. Passé à la filière, le cylindre composé s'allongea jusqu'à se réduire à un fil très fin, et comme les diamètres durent conserver, dans l'opération, leurs rapports de grandeur, le fil de platine intérieur, cent fois plus fin que le fil d'argent, se trouva réduit à un douze-centième de millimètre d'épaisseur. Pour l'isoler, Wollaston traita le fil composé par l'acide nitrique faible, qui, dissolvant l'enveloppe d'argent, laissa à nu le fil de platine.

Les fils d'argent doré, qu'on emploie dans la passementerie, fournissent un exemple analogue d'une divisibilité matérielle poussée à l'extrême. Un cylindre d'argent recouvert de lames d'or, du poids de 30 grammes, donne à la filière un fil de 144 kilomètres de longueur. Le verre s'étire aussi en fils d'une grande finesse, souples et flexibles comme des fils de soie : on les obtient en chauffant à blanc un tube fin de verre, qu'on étire ensuite, de sorte que le filament a lui-même la forme d'un tube, à l'intérieur duquel on peut faire passer des liquides.

Les liquides se réduisent en gouttelettes impalpables ; dans les chutes d'eau, comme les cataractes du Niagara et du Zambèse, la division produite par la résistance qu'oppose l'air à la chute du liquide et celle que détermine le choc est telle, qu'on aperçoit en tout temps des colonnes de vapeur, ou plutôt des brouillards, puisque la vapeur proprement dite est tout à fait transparente ou invisible.

La transformation des liquides en vapeur est encore un exemple beaucoup plus frappant de cette divisibilité.

Les matières organiques fournissent elles-mêmes une multitude d'exemples naturels de la divisibilité de la matière qui forme les corps. Les brins des fils de laine et de soie ont des

diamètres qui varient entre un vingtième et un centième de millimïHre. Or, si l'on examine au microscope (fig. iO) les fils de ces substances , on voit que la largeur de ces faibles diamètres est composée d'un nombre très grand de particules organiques. Les poils des animaux sont parfois d'une grande finesse. Un cheveu (fig. 11) est, comme le fil de verre dont il vient d'être question , un tube ayant ses parois , son canal intérieur. Le microscope nous le fait paraître sous une forme assez grossière ; on vient de voir que bien d'autres substances organiques ou inorganiques le dépassent d'ailleurs en petitesse.

Les plus petites parcelles de matière échappent souvent à

Fig. 12. — Le tranchanl d'un rasoir, vu au microscope (l!20 diani.).

nos sens. Quand nous jugeons, par la vue ou par le toucher, du poli d'une surface, nous ne sentons ni ne distinguons les irrégularités, les saillies de ces surfaces, qui deviennent perceptibles à l'aide du microscope. Pour obtenir ce poli, on se sert généralement de fines poussières, avec lesquelles on frotte les métaux, les marbres, les pierres précieuses : or chaque grain de ces substances, telles que le tripoli, l'émeri, agit en détruisant lès aspérités du corps, mais aussi en le rayant de stries d'une grande finesse, qui échappent aussi bien à l'œil qu'à la main qu'on promène à la surface. Le microscope révèle l'existence de ces stries, de ces inégalités, de même qu'il nous

DIVISIBILITÉ DBS CORPS. 29

permet de distinguer dans les substances organisées des parties d'une petitesse qui les rend invisibles à la vue simple. Examinez le tranchant d'un rasoir, la pointe d'une aiguille à la vue simple, puis comparez l'aspect grossier que leur donne la vue microscopique (fig. 12 et 13).

Mais ces plus petites parties, dont le microscope nous révèle

Fig. '13. — Un poil elja pointe d'une aiguille, vus au microscope. (Grossissement = 1 50 et 120 diamètres.)

l'existence, sont loin d'être indivisibles : ce sont souvent des organes complexes, des agrégations de molécules, qui ellesmêmes sont formées de parties , puisque la chimie nous indique leur composition. Dans ces infusoires , vorticelles et monades (fig. 15), qui vivent et se meuvent, il y a nécessairement des organes très simples quelquefois , mais enfin des organes, les uns destinés à la locomotion, d'autres à la nutri-

lion, à la reprocliictioii. Chacun des globules du sang, si petits, qu'un millimètre cube du liquide qu'ils colorent en contient près d'un million, est une sorte de disque excavé sur les deux faces, composé sans nul doute d'un nombre incalculable de molécules organiques.

Nous avons vu plus haut les métaux se réduire en lames d'une excessive minceur, par une opération toute mécanique. Les bulles de savon montrent les liquides sous des épaisseurs

Fig. 14. — Plumules de divers papillons. Écailles de la forbicine. (Grossissements 100 à 150 diamètres.)

encore plus petites : on verra, en effet, quand on étudiera les phénomènes de l'optique, que les brillantes couleurs dont elles paraissent irisées, tiennent, comme Newton l'a le premier démontré , à l'éjDaisseur même de la pellicule liquide qui les forment. Ces couleurs apparaissent dès que cette épaisseur est réduite à la dix-millième partie d'un millimètre. A mesure qu'elle diminue, d'autres nuances succèdent aux premières ; et, à la fin, un moment avant que la bulle ne crève, des taches noires apparaissent à la surface. A ce moment, la

minceur de la bulle atteint sa limite extrême : elle n'est plus que de la cent-millième partie d'un millimètre. Là aussi est la limite du sens de la vision ; une bulle de savon qu'on pourrait former aussi mince dans toute sa périphérie, ne pourrait réfléchir à l'œil aucune onde lumineuse : elle resterait invisible. Les couleurs de la nacre , celles des ^ailes des papillons sont dues, comme celles de la bulle de savon, à des phénomènes

de diffraction, produits par l'excessive petitesse des stries ou des écailles microscopiques revêtant la surface de ces objets (fig. 14).

L'analyse spectrale permet également de constater la présence de parcelles infinitésimales de la matière. La raie jaune du spectre qui caractérise le sodium, apparaît très visible dans le spectroscope alors que la flamme qui la détermine ne contient qu'une fraction insensible de ce métal. D'après Kirchhoff

32 LE xMONDE PHYSIQUE.

et Bunsen, il suffit d'un trois-millionième de milligramme pour la voir apparaître aussitôt ^ .

Ce qui écluppe au toucher, à la vue, même aidée du microscope ou du spectroscope, même favorisée par les phénomènes si brillants de dispersion et de diffraction, peut donc encore être accessible à nos sens, et nous donner l'idée de l'excessive divisibilité de la matière. L'odorat paraît, sous ce rapport, encore plus subtil que la vue.

En effet, certains parfums laissent des traces perceptibles au bout d'un temps extrêmement long. Un très petit morceau de musc répand une odeur d'une grande intensité dans toutes les parties de la salle où il se trouve placé. S'il est posé en équilibre dans un des plateaux d'une balance très sensible, et que pendant une année entière on le laisse dans une chambre dont l'air se renouvelle constamment, l'équilibre persistera au bout de l'année. Cependant l'odeur qui s'est ainsi l'épandue à tout instant dans un volume d'air considérable, n'est perçue par notre o<J.orat que grâce à la présence des particules matérielles émanées du grain de musc. Le poids de toutes ces parties de matière en nombre si prodigieux est presque nul : on peut juger par là, à la fois, de la sensibilité de notre organe olfactif et de l'excessive divisibilité dont certaines substances sont douées '\

1. « Nous avons fait dctuiipr, diseiU-ils, 5 milligraiumes do chlorate de soude, mélangés avec du sucre de lait, dans l'endroit de la salle le plus éloigné possible de rajipareil, tandis que nous observions le spectre de la flamme non éclairante d'une lampe à gaz ; la pièce dans laquelle s'est faite l'expérience mesure environ 60 mètres cubes. Après quelques minutes, la flamme, se colorant en jaune fauve, présenta avec une grande intensité la raie caractéristique du sodium et cette raie ne s'effaça complètement qu'après dix minutes. D'après la capacité de la salle et le poids du sel employé puur l'expérience, on trouve facilement que l'air de la salle ne contenait en susjiension qu'un vingt-miillionième de son jioids de sodium. En considérant qu'une seconde suffit pour observer très connnodémcnt la réaction, et que, pendant ce temps, la flamme emploie 50 centimètres cubes ou 0«', 0(547 d'air ne contenant qu'un vingt-millionième de milligrannnc de sel de sonde, on peut calculer que l'œil perçoit très distinctement la présence de moins d'un trois-millionième de milligrannne de sodium. »

2. « Une simple trace d'buile essentielle cl(^ rose vaporisée suftit à nous faire percevoir une odeur agréable. Une quanlité infinitésimale de musc communique à nos habits l'odeur spéciale qui caractérise cette substance et qui persiste pendant plusieurs années sans pouvoir être enlevée par les courants d'air les plus forts. Yalentin a calculé que nous pouvons encore percevoir l'odeur de deux millionièmes d'un milligramme de cette substance. Notre odorat surpasse donc en sensibilité tous les autres organes des sens. » (Bernstein, les Sens.)

Dans tous les exemples que nous venons de citer pour mettre en évidence la divisibilité des corps, on n'a fait intervenir que des actions mécaniques ou physiques, de sorte que les plus petites particules pondérables auxquelles on est arrivé de la sorte, conservent jusqu'à la lin les propriétés des corps qu'elles composaient. Que ces corps soient simples eux-mêmes, selon la définition que la chimie donne des corps simples, ou qu'ils soient formés par la combinaison de deux ou })lusieurs corps simples, les particules en question restent physiquement et chimiquement identiques, avant comme après la division.

Tous les corps de la nature sont donc constitués par le groupement, la réunion, l'association de parties extrêmement petites. C'est aux plus petites de toutes ces parties qu'on donne le nom de molécules; mais, si l'expérience prouve l'existence des molécules, on ne peut assurer qu'on puisse arriver jamais à les apercevoir : on verra plus loin que ces dernières parties des corps doivent être infiniment plus petites encore que celles dont les sens ou les instruments ont révélé l'existence.

Ici se présente cette question qui a si souvent et si longtemps été iagitée dans les écoles de philosophie, et dont plus haut nous avons déjà dit un mot, à savoir si la matière est susceptible ou non d'une divisibilité indéfinie. Les plus grands esprits ont été partagés à cet égard : les uns, tels que Anaxagore, Aristote dans l'antiquité. Descartes dans les temps modernes, admettaient que la matière est divisible à l'infini ; les autres, tels que Démocrite, Epicure, Lucrèce, Gassendi, ont professé l'opinion contraire.

A la vérité, les premiers soutenaient leur thèse en géomètres ou en métaphysiciens. A ce point de vue, on conçoit bien que, si petite que soit l'étendue d'une parcelle de matière, cette étendue peut être partagée en deux parties, puis chacune de celles-ci en deux autres et, ainsi de suite, et qu'il n'y a pas de terme à cette division idéale. Mais dans la réalité une telle division est-elle possible? Ce n'est pas là, répétons-le, une question susceptible d'être résolue expérimentalement, puisque,

quelque loin qu'on pousse la division effective, elle est toujours arrêtée à un point. C'est par des considérations théoriques, appuyées sur des faits, sur les faits de la chimie, sur les lois des combinaisons des corps, que les physiciens contemporains sont arrivés à admettre l'existence des atomes, c'est-à-dire de parties de la matière qui résistent nécessairement à toute division ultérieure. Quand nous reviendrons sur les questions si intéressantes, mais encore si obscures, de la constitution de la matière, dans les chapitres de cet ouvrage consacrés à la physique moléculaire, nous essayerons d'exposer les raisons qui ont fait adopter l'hypothèse des atomes. En ce moment, un tel examen serait prématuré, et nous revenons dès lors à notre sujet, qui est l'étude des propriétés générales des corps.

g (3. POKOSlTli.

Il est intéressant de savoir, puisque tout corps est divisible en un nombre très grand de parties très petites, si ces parties forment un tout continu, si elles se touchent sur toutes leurs faces, ou si elles sont seulement groupées à distance, de manière à laisser entre elles des intervalles non occupés par la matière, du moins par une matière identique à celle du corps lui-même.

Voici un bloc de marbre, un morceau de verre, de cuivre ou d'un métal quelconque. A en juger par les apparences, la matière qui compose ces corps est si unie, si compacte, les molécules si resserrées, qu'on ne distingue entre elles aucun intervalle appréciable. Au contraire, du bois, de la craie, certaines pierres ou roches paraissent constitués de telle sorte que des vides nombreux existent entre leurs molécules : ces intervalles sont quelquefois assez grands pour être visibles à l'œil nu; d'autres exigent l'intervention du microscope; d'autres encore, bien qu'absolument invisibles, se manifestent par la pénétration des fluides on des liquides à l'intérieur du corps.