CHAPITRE III

MAXIMUM DE DENSITÉ DE L’EAU. — ELLE SE DILATE EN SE CON- GELANT. — THÉORIE DES PUITS DES GLACIERS. — MECANISME DE LA CONGÉLATION DE L'EAU.

Changements de volume de Peau, sous l'influence de la chaleur et du froid. — Nous avons remarqué sur le glacier des puits et des creux remplis d’une eau du bleu le plus tendre. Certains de ces creux ne sont que les puits d'anciens moulins, fermés au fond. Pour les expliquer, on a mis en avant une théorie qui, bien qu’elle puisse être insoutenable, présente, au sujet des propriétés de l’eau, des considérations qui doivent nous être familières à tous.

Lorsque nous avons disséqué un morceau de glace au moyen d’un rayon de chaleur, nous avons remarqué de petits vides au centre des fleurs liquides formées par le rayon. Ces vides, nous les avons attribués à ce que, lors de la fusion de la glace, l’eau produite a un volume moindre que la glace, de sorte que l'eau de la fleur de glace ne peut occuper tout l’espace que la fleur elle-même occupait.

Essayons de faire encore mieux comprendre ce point. Bouchons hermétiquement une petite fiole, et par le bou-

chon faisons passer un tube de verre étroit , également bien bouché. Il est facile de mettre dans la fiole assez d'eau pour que le liquide atteigne un certain niveau dans le tube de verre.

Faisons maintenant chauffer la fiole à la flamme d'une lampe à alcool . Dès que la flamme touche le verre, vous voyez le liquide baisser pendant un moment dans le tube de verre. Cela vient de ce que la chaleur dilate momentanément la fiole ; celle-ci devient brusquement plus grande lorsqu’on la soumet à l’action de la flamme.

Mais la dilatation de l’eau vient bientôt égaler et surpasser celle de la fiole. Nous voyons immédiatement la colonne liquide monter dans le tube de verre, tout comme le mercure monte dans le tube d’un thermomètre exposé à la chaleur.

Notre tube de verre a dix pouces de long, et, dans l’origine, l’eau s’y élevait à la hauteur de cinq pouces. Nous allons faire agir la lampe à alcool jusqu’à ce que l’eau atteigne le haut du tube, et déborde. Cette expérience suffit pour démontrer la dilatation de l’eau par la chaleur.

Nous prenons maintenant un petit verre ordinaire, et nous y mettons un peu de glace pilée et de sel. Sur ce mélange nous posons la fiole, ayant soin de l’entourer du même mélange réfrigérant. La colonne liquide s’abaisse dans le tube, ce qui prouve que le froid fait contracter le liquide. Nous laissons cette contraction s’opérer pendant quelques minutes, et nous observons que le liquide s’abaisse de plus en plus lentement, jusqu’à ce qu’il s’arrête tout à fait.

Tenez les yeux fixés sur la colonne liquide; elle reste immobile pendant une fraction de minute, puis se remet

en mouvement. Mais c’est un mouvement d'ascension et ncn de descente. Le mélange réfrigérant agit maintenant exactement comme le faisait la flamme.

Il ne serait pas difficile de faire traverser le bouchon par un thermomètre plongeant dans la fiole, et ce thermomètre nous dirait la température exacte à laquelle le liquide cesse de se contracter, et commence à se dilater. Nous verrions qu’en ce moment la température du liquide est un peu au-dessus de 39° Fahr (4° centig.).

C’est donc à cette température que l’eau atteint son maximum de densité.

A quelques degrés au-dessous de cette température, c’est-à-dire à 32° Fahr (zéro centigrade), le liquide commence à se convertir en cristaux solides déglacé, laquelle, vous le savez, flotte sur l’eau, parce qu’elle occupe plus de place à poids égal. En réalité, cette halte des molécules, au moment où elles arrivent à4« centig., n’est qu’une préparation à la cristallisation qui va s’effectuer, et dans laquelle la dilatation par le froid est à son plus haut point. Jusqu’au point de solidification, l’accroissement de volume est lent et graduel; tandis que, dans la solidification, il est brusque et d’une force irrésistible.

C’est par cette force d’expansion que les académiciens de Florence firent, il y a bien des années, éclater une sphère de cuivre de près de trois quarts de pouce d’épaisseur. C’est par la môme force qu’en 1667 le célèbre astronome I-Iuyghens fit éclater des canons de fer d’un doigt d’épaisseur. Ces expériences ont souvent été répétées depuis. A Québec, pendant un hiver rigoureux, le major Williams fit remplir d'eau un mortier dont la bouche fut fermée avec un tampon de bois. Exposé à une température de — 27° centigr., le métal résista à la pression, mais le tampon fut

lancé à une distance de 400 pieds (122 mètres). A Varsovie on a pu faire éclater des obus par ce moyen ; nousmêmes, nous avons pu réduire en morceaux des bombes épaisses, en les laissant une demi-heure dans un mélange réfrigérant.

Voici donc la théorie des puits dont nous parlions au commencement de ce chapitre : — l’eau de la surface du puits est échauffée par le soleil, qui la porte, par exemple, à la température de 4° centig. L’eau du fond, en contact avec la glace, doit être à zéro ou à peu près. L’eau plus lourde se trouve donc au haut; elle descendra au fond, y fondra la glace, et augmentera ainsi la profondeur du puits.

La circulation dont nous venons de parler s’établit assurément, et produit quelques effets curieux; mais elle ne produit pas, je crois, celui que nous venons de lui attribuer. Pour qu’un puits devienne plus profond, il faut que la fusion qui s’opère au fond soit plus rapide que celle de la surface du glacier. Il n’est pas facile de voir comment l’absorption de la chaleur solaire par l’eau, qui la transporte au fond du puits, détermine au fond une fusion plus rapide que ne l’est celle de la glace qui reçoit l’action directe des rayons solaires. La surface du glacier doit baisser au moins aussi rapidement que le fond du puits, de sorte que la circulation, bien qu’existant en réalité, ne peut produire l’effet qui lui est attribué.

Conséquences qui résultent des propriétés précédentes de l'eau. — Je n’avais guère plus que votre âge, quand on m’apprit la propriété que possède l’eau de cesser de se contracter à + 4° centig., et je me rappelle encore l'impression que ce fait fit sur moi. En effet, on me demanda d’examiner ce qui arriverait si cette exception unique à une loi d'ailleurs universelle cessait d’exister.

On me demanda de réfléchir à l’état où se trouverait un lac plein de poissons, dont la surface serait exposée à l’action d'un air très-froid. Je vis clairement que l’eau, se trouvant refroidie, se contracterait, et deviendrait plus lourde; qu’elle irait par conséquent au fond, et serait remplacée par l'eau plus légère et plus chaude venue du fond du lac.

On me fit voir que, sans l’exception dont nous venons de parler, ce mouvement de circulation continuerait jusqu’à ce que toute l’eau du lac se fût abaissée à la température de congélation. La congélation commencerait alors, et se poursuivrait tant qu’il resterait de l’eau à solidifier. Une des conséquences de cette congélation serait la mort de tous les êtres vivants contenus dans le lac. D’autres malheurs s'y ajouteraient encore, qui sont tous prévenus par cette disposition tout à fait exceptionnelle, qui veut qu’à un certain moment l’eau la plus froide devienne plus légère, flotte à la surface du lac et s’y congèle, formant ainsi une surface solide qui protège les êtres vivants placés au-dessous.

Voici ce qu’écrit à ce sujet Rumford, un des savants les plus pratiques qui aient existé : — « Il ne me semble pas que de tous les phénomènes accessibles à la sagacité humaine, dans les limites si étendues de la création visible, il y en ait un seul qui donne une preuve plus frappante ou plus palpable de la sagesse du Créateur, et du soin tout particulier qu’il a pris, dans l’arrangement général de l’univers, pour y conserver la vie animale.

« Qu’il me soit permis de faire appel à l’attention de mes lecteurs, tandis que je m’efforce d'examiner ce sujet si intéressant; qu’il me soit permis en même temps d’invoquer leur bonne foi et leur indulgence. Je sens le dan-

Fig. 2. — Masse observée ‘sur le glacier des Bossous.

Fig. 1. — Photographie d'une banquise arctique.

ger auquel s’expose un mortel qui a la témérité d’expliquer les desseins de la sagesse infinie. L’entreprise est aventureuse, mais elle est assurément permise.

« Si la Providence n’était intervenue en cette occasion, d’une manière que l’on peut bien considérer comme miraculeuse, toute l’eau douce qui se trouve dans la zone glaciale aurait inévitablement été gelée à une très-grandeprofondeur en hiver, et toutes les plantes et tous les arbres y auraient péri. »

Dans bien des pages de son livre, Rumford continue ainsi à expliquer les voies et les intentions du Tout-Puissant; et il n’hésite pas à parler en termes très durs de ceux qui ne peuvent partager ses idées. Il les appelle endurcis et dégradés. Et ceci prouve bien ce fait, trop souvent oublié, que le plaisir ou la consolation que donne une croyance, la chaleur ou l’exaltation de sentimentsqu’elle produit, ne sont nullement des garanties de la vérité de cette croyance. En effet tout le plaisir et l’enthousiasme que ce sujet inspirait à Rumford, tout son courroux contre ceux qui ne partageaient pas ses opinions, sont fondés sur une erreur.

L’eau n'est pas une exception isolée à une loi d’ailleurs générale. D’autres molécules que celles de ce liquide, exigent plus de place à l’état solide et cristallin qu’à l’état liquide qui le précède immédiatement. On peut citer le fer comme exemple de ce phénomène. Le fer solide surnage dans le fer fondu, tout comme la glace surnage dans l'eau. Le bismuth en est un exemple encore plus frappant, et nous pourrions faire éclater une bombe par la solidification du bismuth aussi facilement que par celle de l’eau. Ici, il ne s’agit pas de conserver la vie des poissons, et cependant, la règle est la même.

Il me répugne de les nommer en même temps que Rumford, mais on me dit que, de notre temps, il y a des hommes qui prétendent trouver les consolations de la religion dans une superstition plus méprisable que toutes celles qui ont jusqu'ici dégradé les esprits des peuples civilisés. Ainsi le bonheur d’une foi et la vérité de cette foi sont deux choses entièrement différentes.

Il existe une harmonie nécessaire entre la vie et les conditions de la vie. C'est là une vérité évidente, car, sans les conditions convenables, la vie ne saurait exister. Mais la vie et ses conditions nous montrent également l’action d’une puissance impénétrable. Nous ne connaissons ni son origine ni sa fin. Et la présomption, pour ne pas dire la dégradation, est du côté de ceux qui mettent sur le trône de l’univers une image agrandie d’euxmêmes, et ne font de ses actions qu’une imitation colossale des leurs.

Mécanisme de la congélation de l'eau — Mais revenons à notre science. Comment devons-nous nous représenter cette dilatation de l’eau qui se congèle? Par quelle opération les molécules exigent-elles, avec une force aussi irrésistible, plus de place à l’état solide qu’à l’état liquide qui précède immédiatement? Dans tous les cas de ce genre, il nous faut tirer nos idées du monde des sens, et les faire passer ensuite à un monde au-dessus de la portée des sens.

Vous n’avez pas oublié ce que nous avons dit au sujet des pèles des atômes; vous vous rappelez comment l’idée de polarité en est venue à être appliquée aux cristaux. Avec ces souvenirs présents à la mémoire, il ne vous sera pas fort difficile de comprendre comment l’augmentation de volume peut accompagner l’acte de la cristallisation.