SOIRÉES SCIENTIFIQUES DE LA SORBONNE

Le Moniteur du 4 mars donnait un avis dans lequel on lisait :

« Des cours libres d'enseignement secondaire s’ouvriront à la Sorbonne sous le nom de soirées littéraires cl scientifiques, le lundi T mars à huit heures. Il y aura deux séances par semaine, le lundi pour les sciences et le vendredi pour les lettres. La première conférence sera faite lundi prochain par M. Jainin, professeur de physique à la Faculté des sciences, sur les divers états de la matière. Les-soirées littéraires et scientifiques de la Sorbonne seront publiques et gratuites. »

Le lundi 7 mars, près de deux mille spectateurs se pressaient dans le grand amphilhéftlre de la Sorbonne, impatients de voir s’ouvrir les portes de cette vénérable salle qui n'avait jamais vu un public aussi avide et aussi varié. Enfin 7 heures sonnent; la foule se précipite sur les bancs. L’amphithéâtre présente un aspect magnifique. Ici on voit une machine pneumatique, une marmite de Papin, l’appareil Carré, celui de Thiloricr, de Bianchi. La

salle tout entière est enveloppée d’un réseau de fils communiquant, les uns avec l’appareil d’induction de Ruhmkorff, les autres avec des piles de plusieurs centaines d’éléments. Un phare électrique éclaire la salle et, à l’aide d’un appareil automoteur, il peut, sans changer de place, projeter successivement sa lumière réfléchie par un miroir métallique sur chaque, appareil en expérience et que tout le monde peut voir ainsi à distance. Les nombreux becs de gaz disposés pour l’éclairage ordinaire de la salle sont eux-mêmes mis en rapport avec l’appareil de Ruhmkorff.

Après quelques mots sur l’objet de ces conférences, qui est de donner à la jeunesse l’occasion et le désir d’apprendre, d’épargner à l’Agé mûr le danger d’oublier et d’offrir à tous un utile emploi du temps, M. Jarnin énumère rapidement les travaux qu’on a faits pour approprier l’amphithéâtre des lettres à des usages scientifiques. H expose les ressources puissantes et variées que ces travaux ont mis sous sa main, et ainsi que l’a très-bien dit notre savant confrère, M. Victor Meunier.

« Comme si la parole du professeur avait le don de faire surgir les choses, chacune des dispositions qu’il mentionne, au moment même où il en parle, se met à fonctionner, et semble le faire d’elle-mêmc; tant sont secrets et précis les ressorts qui les meuvent, tant les rôles sont savamment remplis, tant est étroite l’entente établie entre le professeur et ses aides.

« En cinq minutes, dix expériences admirables, exécutées dans le seul but de nous donner un avant-goût des fêtes auxquelles la science nous convie, se succèdent sous les yeux éblouis du public, qui à chaque nouveau tableau exprime bruyamment son enthousiasme et sa gratitude. Un début si ingénieux, si original et si parfaitement réussi,

DES DIVERS ÉTATS DE LA MATIÈRE, révèle un homme à qui ne manque aucune des aptitudes nécessaires au rôle très-grand et très-difficile dans lequel le savant professeur de physique à l’École polytechnique et à la Faculté dès sciences a fait aujourd’hui ses débuts.

« 11 a fallu, disait donc M. Jamiu, des travaux préparatoires dans l'exécution desquels M. le vice-recteur de l’Académie de Paris (M. Mourier) nous a secondé de tout son bon vouloir et de sa précieuse expérience. Nous avons dû amener ici le gaz, et comme certaines expériences demandent de l’obscurité, nous pouvons éteindre tous les becs instantanément... »

Les becs s’éteignent.

« ... Et les rallumer tous à la fois, h

Et lux facta est !

Ce double effet était si inattendu, la soumission des choses obéissant par deux fois à la parole se montra si soudaine, que la partie juvénile du public, oubliant où elle était, cria : Bis! injonction à laquelle un aide s’empressa d’obéir. Mais à un geste très-expressif, quoique très-contenu du professeur, on comprit que les cris de ce genre ne devaient plus se reproduire, et l’auditoire se tint pour averti.

« Il nous a fallu des pressions, » continue M. Jamin.

Aussitôt la marmite de Papin se met ù rugir et lance un épais panache de vapeur, dans lequel le professeur passe par deux fois la main, ce dont quelques dames se montrent émues autant que surprises. Mais ni l’émotion ni la surprise n’a d’accès sur un voisin que le hasard m’a donné. J’en parlerai tout à l’heure.

« Nous avions besoin d’une source puissante d’électricité. »

Aussitôt l'obscurité s’empare de la salle, et du même coup éclate entre les pôles de la machine d’induction un

152 DES ni VERS ÉTATS T)E LA MATIÈRE,

arc fulgurant s'accompagnant d’une crépitation qui n'aurait pas besoin d’être beaucoup amplifiée pour devenir inquiétante : tonnerre en petit d’un éclair en miniature.

« Pour rendre visibles, de tous les points de cet amphithéâtre, les appareils que nous mettous en expérience, il fallait les éclairer fortement; un phare électrique nous en donne le moyen. »

Le gaz s’éteint, le phare s’allume et un faisceau de lumière, qui a l’éclat et la pureté du jour, vient se poser â la place que la main du professeur lui désigne.

« Nous pouvons porter celte lumière sur un point quelconque de la salle. »

La phrase n’est pas achevée que le faisceau de lumière solaire se met en marche d’une, extrémité à l’autre de la chaire, faisant une pose d’une seconde sur chaque appareil.

Après celte merveilleuse mise en scène, M. Jamin aborde, le sujet spécial de la leçon. Mais à peine en a-t-il dit quelques mots, qu’une grande acclamation retentit, suivie d’un tonnerre d’applaudissements. Le ministre de l’instruction publique vient d’entrer. Il s’arrête, lève la main : « Messieurs!... »

Une nouvelle salve couvre sa voix.

« Messieurs! reprend le ministre, dans cette enceinte il n’v a que la science qu’on doive applaudir. »

Mais la jeunesse ne l’entend pas ainsi, et pendant que M. Duruy gagne sa place, en face du professeur, les acclamations recommencent de plus belle.

M. Jamin reprend l’étude des propriétés générales de ta matière et des corps considérés dans les divers étals qu’ils peuvent présenter dans la nature. Il est inutile d’insister sur les corps solides. Us ont une forme déterminée

qu’ils doivent à l’adhérence de leurs molécules. Les liquides, au conlraire, n'ont pas de forme propre; grâce à l’extrême mobilité de leurs molécules, ils prennent toujours celle du vase qui les contient. C’est à cette mobilité des molécules de l’eau qu’est due la division en gouttelettes pulvérulentes de l’eau qui tombe dans l’atmosphère, comme les montrent les cascades et les jets d’eau : c’est la résistance de l’air qui les sépare. Mais dans le vide, l’eau tomberait en masse en gardant toujours la forme du récipient qui la renferme. On exécute cette expérience avec l e marteau d'eau. Ce n’est autre chose qu'un tube de verre où l’on a fait le vide, après y avoir introduit une certaine quantité d’eau. Si l’on retourne le tube, on voit l'eau lombcr en masse sur la paroi opposée, avec le bruit que ferait un corps solide.

Le type des corps à l’état gazeux est l’air atmosphérique. Comme tous les autres gaz, il jouit de trois propriétés essentielles : la pesanteur, la compressibilité et l’élasticité. La force élastique, c’est-à-dire la force d’expansion, augmente quand on diminue son volume. Si l'on fait glisser un piston bien graissé et bouchant hermétiquement dans un tube de verre à parois assez épaisses pour résister à la pression, on éprouve d’autant plus de difficulté à faire cheminer ce piston, qu’il approche davantage de latin de sa course ; ce qui prouve évidemment que la force élastique du gaz augmente à mesure qu’on le comprime. Cet instrument a reçu le nom de briquet à air. Ln effet, quand on enfonce brusquement le piston, l’air s’échauffe assez pour allumer un morceau de fulmi-coton placé au fond du tube : preuve que l’air s'échauffe quand on le comprime. L’élasticité et la pesanteur de l’air sont encore mises en évidence d’une façon palpable, à l'aide dos hémisphères de Mnqde bourg. Ce sont deux hémisphères

il,

lai DES DIVERS ÉTATS DE LA MATIÈRE,

creux de laiton, qui s’adaptent exactement l’un sur l'autre. Tant qu’ils sont remplis d’air, on peu! facilement les séparer, parce que la pression de l’air intérieur sur la surface concave fait équilibre à la pression atmosphérique sur la surface convexe. Mais si l’on adapte les hémisphères superposés sur le conduit d’une machine pneumatique, au moyen du pas de vis à robinet que porte l’hémisphère inférieur, et qu’on fasse le vide dans l'appareil, il n’est plus possible de séparer les hémisphères l’un de l’autre. (L’expérience est faite sous les yeux des spectateurs.) Après avoir intercepté l’entrée de l’air en fermant le robinet, on enlève les hémisphères du plateau de la machine pneumatique, et l’on suspend des poids à l’hémisphère inférieur, impossible de les séparer ainsi ; mais si l’on ouvre le robinet, l’air pénètre dans l’intérieur, et les hémisphères se séparent aussitôt.

Mais ces trois propriétés ne sont pas les seules qui distinguent les gaz. Voilà du gaz oxygène renfermé dans une éprouvette. Il est incolore, inodore et insipide comme l’air; si bien qu’à première vue on pourrait le confondre avec lui. Mais si nous faisons brûler un morceau de phosphore dans cette éprouvette, nous allons manifester une propriété du gaz oxygène qui n'appartient pas à l’air. Ainsi, le phosphore, qui brûle sans beaucoup d’éclat dans l’air, brûlera au contraire avec un éclat excessif dans l’oxvgène. De même, si nous mettons dans l’éprouvette une spirale do fer terminée par un moi^."u d'amadou incandescent, nous voyons l’amadou enflammer le fer, qui brûle en donnant des étincelles très-brillantes. Rien de semblable ne se produirait dans l’air.

Si maintenant nous approchions une bougie allumée d’une cloche remplie d’hydrogène, nous verrions la bougie s’éteindre et l’hydrogène s’enflammer; ce qui prouve, en

DES DIVERS ÉTATS DE LA MATIÈRE, définitive, que, malgré leur identité apparente, la classe des fluides élastiques offre autant de variétés que celles des solides et des liquides.

Le but principal de cette leçon est de démontrer que tous les corps peuvent changer d’état, et présenter tour à tour l’état gazeux, l’état liquide ou l’état solide. Pour le prouver, nous allons opérer sur quelques substances déterminées, nous opérerons ensuite sur d’autres corps ; et, Taisant la somme des ressemblances et des dissemblances individuelles, nous verrons que tous les corps éprouvent les mêmes changements d’état et sont soumis à des lois générales invariables.

Choisissons comme premier exemple une substance bien connue, l’eau. Refroidie au-dessous de 0 degré, elle passe à l’état solide. Mais si tout à coup la température s’élève par l’invasion du midi ou par toute autre cause, la glace fond, reste àO degré pendant toute la durée de la fusion, et elle repasse à l’état liquide. Si l’on augmente ensuite la température jusqu’à 100 degrés, l’eau entre en ébullition et se transforme en gaz; ce gaz se nomme vapeur. Si nous avions considéré d’abord l’eau à l’état gazeux, nous aurions vu les phénomènes inverses se produire par le refroidissement, c’est-à-dire la vapeur se liquéfier audessous de 100 degrés, et le liquide passer à l’état solide à 0 degré. 11 en est ainsi de tous les corps. Mais, avant de m'occuper des autres, il faut étudier la vaporisation de l’eau d’unê‘*maniôre plus complète. Voici un cylindre de verre; nous allons y verser de l’eau à 30 degrés, puis nous fermerons hermétiquement l’extrémité supérieure avec • une rondelle de cuivre munie d’un robinet. A ce robinet est adapté un tube de caoutchouc qui communique avec le conduit de la machine pneumatique. Nous allons faire le vide dans le cylindre, et à mesure que le vide se fera,

t.'iO df.s divers ütats de la matière.

lions verrons des bulles se former ;l la surface de l’eau, qui Unira par bouillir comme si elle était à 100 degrés. (Inutile de répéter que toutes ces expériences se font sous les yeux des assistants.) En faisant un vide à peu prés complet, on pourrait, de la même manière, faire bouillir de l’eau à 0 degré, et le point d’ébullition se confondrait avec celui de congélation.

Puisque l’ébullition est avancée quand on diminue la pression, il est clair que l’effet inverse se produirait si l’on comprimait du gaz ou simplement de la vapeur au-dessus de l'eau, l’ébullition serait retardée en raison de la pression; et l’on pourrait ainsi élever «le l’eau à 200 ou 300 degrés, sans la faire bouillir. On fait cetle expérience avec la marmite de Papin. C’est un cylindre de cuivre* à parois très-épaisses, pouvant supporter de très-fortes pressions.

La paroi mobile est constituée par un couvercle d’acier , très-résistant, maintenu en place par un écrou et muni d’une soupape desûreté. Elle consiste en une petite ouverture sur laquelle s’appuie un levier maintenu à l’une de ses extrémités, et chargé à l’autre de façon que le levier se soulève dès que la vapeur atteint une pression déterminée. Si l’on chauffe l’eau renfermée dans cet appareil; il se forme de la vapeur à la surface du liquide; mais à

mesure que la quantité de vapeur augmente, elle comprime le liquide, de façon à faire équilibre à l’élasticité des bulles qui tendent se dégager de son sein. L’ébullition est donc impossible. (M. Jatnin ouvre la soupape, et il s’échappe un jet de vapeur avec un sifflement comparable à'-celui d’une locomotive. Le professeur peut impunément recevoir ce jet de vapeur sur iamain, ce qui prouve qu’il se refroidit considérablement au moment où il se répand dans l’air en augmentant de volume.)

Cette expérience prouve qu’on peut maintenir l’eau à

l’état liquide à une température supérieure à celle de son ébmütion, pourvu qu’on la tienne enfermée dans un vase assez résistant, sous une pression assez forte. Or, il en est de même de toutes les vapeurs et de tous les gaz. Nous allons prouver qu’en comprimant les gaz ou en les refroidissant suffisamment pour produire leur maximum de condensation, on pourra de même les faire repasser à l’état liquide. Nous allons opérer sur le gaz acide carbonique. C’est un gaz non respirable et incapable d'entretenir la combustion . Pour liquéfier ce gaz, nous nous servirons de l’apparei I deThilorier. Il se compose de deux cylindres de fonte exactement semblables, à parois très-épaisses, et maintenus, pour surcroît de précautions, par des cercles de fer. Ces

* cylindres se ferment à l’aide de bouclions à vis munis de robinets. L’un et l’autre se meuvent sur un axe horizontal

■’ik qui sert d’essieu àdeux roues. Ce mécanisme sert à déplacer F l’appareil, qui serait sans cela trop difficile à mouvoir à cause de son poids énorme. Les deux cylindres peuvent être mis en communication au moyen d’un tube de cuivre qui s’adapte aux robinets.

Pour liquéfier l'acide carbonique, on introduit dans l’un è des deux cylindres du bicarbonate de soude, cl l’on y suspend un tube de cuivre rempli d’acide sulfurique. Puis on iiouc.be le cylindre et l’on ferme le robinet. On fait alors osciller l’appareil autour de sou axe. L’acide sulfurique se JH répandant sur le bicarbonate de soude, il se dégage une très-grande quantité d’acide carbonique qui se liquéfie par sa propre pression. Pour le faire passer dans le deuxième cylindre, il suffit d’adapter aux bouchons le tube de cuivre et d’ouvrir les robinets. L’action ebimique ayant sufliï sammenl échaudé le premier cylindre, le liquide distille et vient se condenser dans le deuxième cylindre. Mais la pression du gaz formé devient excessive (Uft atmosphères

environ), elle empêche le reste du liquide de se vaporiser.

Si maintenant on ouvre le robinet, le liquide, violemment comprimé par le gaz, jaillit avec force; et sa pression diminuant tout à coup, il se vaporise rapidement, et la partie qui se vaporise emprunte à celle qui reste une assez grande quantité de chaleur pour la faire passer à l’état solide. On voit ainsi l’acide carbonique liquide se congeler sous forme de neige. La température de cette neige est de 70 degrés au-dessous de zéro. On peut la recueillir dans une boîte de fer-blanc munie de deux poignées de drap qui servent à préserver de ce froid vraiment glacial les mains de l’expérimentateur. Cette boîte est munie d’un tube que l’on adapte au robinet de l'appareil. Avec la neige ainsi recueillie, on peut solidifier le mercure. Afin d’obtenir une température encore plus basse, on môle l’acide carbonique à l’éther. On forme ainsi une pâte molle qui donne une température de 80 degrés au-dessous de zéro. C’est deux fois plus qu’il n’en faut pour solidifier le mercure, qui se congèle à — 40 degrés. (Le mercure, placé dans un vase de bois, mauvais conducteur de la chaleur, est entouré du mélange précité. Il prend la forme d’une masse de plomb que l'on martèle avec un marteau de bois sous les yeux du public. Si l’on se servait d’un marteau de fer, il communiquerait son calorique au mercure, qui fondrait rapidement.)

Nous allons, par un procédé analogue, solidifier le protoxyde d’azote. Pour cela, il faut d’abord le condenser par une pompe foulante dans une cornue de fer très-résistante. Quand il est suffisamment comprimé, il se liquéfie. On le verse alors dans un tube de verre très-bien desséché d’avance et renfermé lui-môme dans un flacon rempli d’air sec. 11 faut prendre toutes ces précautions, afin que le froid produit par le protoxyde d’azote liquide (88 degrés

DES DIVERS ÉTATS DE LA MATIÈRE, au-dessous de zéro) ne dissimule pas les phénomènes aux yeux des observateurs en condensant autour du tube la vapeur d’eau ambiante. Cela fait, si nous versons quelques gouttes d’eau à la surface du liquide, nous allons voir une effervescence se produire absolument comme si l’eau tombait sur du fer rouge. Cela tient à l’immense différence de température entre l’eau et le protoxyde d’azote. Celui-ci se vaporise au contact de l’eau, à une température de — 88 degrés.

Si l’on. verse du mercure sur ce liquide, on le voit se solidifier comme tout à l’heure au contact de l’acide carbonique solide, et il se produit une très-vive ébullition, comme si l’on projetait du plomb fondu dan9 de l’eau froide.

On sait que le protoxyde d’azote a la propriété d’enflammer les corps en combustion. Si nous prenons, par exemple, un morceau de charbon près de s’éteindre dans l’air, nous le verrons devenir incandescent au contact du protoxyde d’azote liquide. Nous aurons ainsi superposés dans le même vase, et en contact l’un avec l’autre, trois corps, dont l’un, le charbon, brûle à une température de 700 à 800 degrés au-dessus de zéro sur un liquide à 88 degrés au-dessous de zéro, qui repose lui-même sur du mercure à la même température.

Pour compléter cet exposé, il faut insister sur une loi physique importante. On sait que l’eau en ébullition reste à une température constante, 100 degrés au-dessus de zéro. Cependant la source de chaleur lui communique du calorique. Ce calorique, qui n’est pas manifesté par le thermomètre, a été désigné sous le nom de chaleur latente. C’est précisément cet excédant de chaleur qui produit le changement d’état du corps. Aussi, toutes les fois qu’un liquide passe à l’état de vapeur, il se produit un

l»ift DF.S DIVERS ÉTATS DE LA MATIÈRE,

très-grand refroidissement. Ce refroidissement n’est pas sensible quand la vaporisation a lieu sous l’influence d’un foyer de chaleur. Mais dans l’évaporation lente, alors que la vapeur qui le forme doit emprunter son calorique de vaporisation au liquide lui-méme et au vase qui le contient, il en résulte un abaissement de température souvent très-considérable. C’est sur cette théorie qu’est fondée l’expérience suivante :

Si l’on chauffe au-dessus d’un fourneau une capsule de platine jusqu’au rouge, on pourra y faire bouillir du protoxyde d’azote liquide. Mais comme ce liquide bout à 8S degrés au-dessous de zéro, on pourra dans la même capsule congeler en même temps du mercure au contact du protoxyde d’azote. On aura ainsi le singulier spectacle d’un corps se congelant à — 40 degrés au sein d’une flamme excessivement chaude.

11 nous reste encore à solidifier le proloxyde d’azote. Pour cela, nous allons le mettre dans le vide. L’ébullition se fera très-vile et le refroidissement sera très-rapide. Nous obtiendrons ainsi une température de HO à 120 degrés au-dessous de zéro. 11 y aura un boursouflement subit, et le liquide sé congèlera instantanément sous l'aspect d’une neige très-fine et très-blanche.

C’est en se fondant sur le dégagement de froid produit par les liquides qui passent à l’état gazeux, que M. Carré est parvenu à fabriquer de la glace à bon marché. Son appareil se compose de deux cylindres de fonte très-résistants, qui contiennent dans leur intérieur un second cylindre rempli d’eau. Les deux cylindres intérieurs sont reliés par un tube de cuivre, et munis l’un et l’autre d’un robinet auquel on peut adapter une machine de compression. Dans l’un des deux cylindres on comprime du gaz ammoniac jusqu’à liquéfaction, puis on ferme le robinet.

On le met alors sur un fourneau. La chaleur vaporise l’ammoniaque qui s’écoule dans le deuxième cylindre par le tube de communication, et le refroidissement produit par ce nouveau changement d'état suffit pour congeler l’eau contenue dans le cylindre intérieur. Comme l’appareil est hermétiquement fermé, le même gaz peut ainsi servir tant que durera l’appareil.

Jusqu’à ce jour on est parvenu à liquéfier tous les gaz : cependant l’oxygène, l’hydrogène et l’azote ont résisté. Mais rien ne prouve que ces gaz doivent faire toujours exception à la loi générale qui régit tous les corps. S’ils sont restés réfractaires jusqu u ce jour, c’est plutôt grâce à l’impuissance de nos appareils qu’à leurs propriétés particulières. 11 est probable qu'un jour ou l’autre ils obéiront à la loi commune.

Nous avons vu successivement les gaz se liquéfier cl même se solidifier sous l’influence d’une température suffisamment basse. 11 nous reste maintenant à résoudre le problème inverse : liquéfier et volatiliser les solides. Prenons d’abord le fer. A la température ordinaire des fourneaux de laboratoire, il nous serait impossible de le fondre. Mais si nous mettons une spirale de fil de fer entre les deux électrodes de l’appareil deHuhmkorfT, nous allons voir le métal entrer en fusion sous l’influence de la chaleur dégagée par l’étincelle. Il se produit une véritable pluie de feu. On pourrait ainsi fondre le fer et le platine à l’aide du chalumeau. Ce petit appareil se compose de deux tubes, l’un, central, qui amène de l’oxygène, l’autre, concentrique, qui conduit l’hydrogène, de façon que les gaz se mêlent en sortant. Si on les enflamme, il se produit un jet de flamme bleuâtre. C’est la flamme la plus chaude que l’on puisse obtenir sans le secours de la pile. Le fer et le platine y fondent assez facilement. M. Henri

Sainte-Claire Deville a voulu appliquer cette propriété du chalumeau pour la fontedu platine dans l’industrie. Pour cela, il fallait trouver un creuset qui ne fût pas lui-même fusible à cette haute température. La chaux se trouve précisément dans ces conditions. On a donc construit un creuset de chaux. On a recouvert ce creuset avec un couvercle de la même substance, en laissant seulement une ouverture supérieure pour l’introduction du chalumeau, et deux ouvertures latérales pour permettre la sortie des gaz et l’introduction du métal. Alors il a suffi de faire arriver le jet du chalumeau dans le creuset pour fondre d’assez grandes quantités de platine. (M. Jamin fait fondre par ce procédé à peu près une livre de platine sous les yeux des spectateurs ; et ce métal, coulé dans un moule de chaux, revient bientôt à son état primitif, en conservant la forme du moule dans lequel il a été reçu.)

Avec la lumière électrique on produirait une température encore plus élevée. Aucun métal ne résiste à ce puissant dissolvant. Avec une pile de 600 éléments, M. Dcspretz a fondu et volatilisé le charbon lui-même.

Non-seulement le charbon, mais tous les autres corps se volatilisent dans l'arc électrique ; on le démontre par un procédé qui mérite d’être remarqué. Mettons dans un creuset de charbon un petit morceau de métal, de zinc par exemple, et faisons passer le courant d’une pile énergique entre ce métal et une pointe de charbon : on verra jaillir une lumière éblouissante, mais dont la couleur varie avec le méfal, preuve que ce métal volatilisé existe à l’état de gaz dans la flamme. Pour le prouver plus irrécusablemenl, faisons passer la lumière à travers un prisme, et faisons l’obscurité dans la salle. Vous allez voir un spectre se dessiner sur l’écran qui est en face de vous. Mais, suivant que nous ferons brûler dans l’arc lumineux