ÉTUDE DE M. D. HELMHOLTZ

seur des parois du ballon, ce qui, ajouté à la petite différence de température, explique la lenteur avec laquelle s’effectue la congélation.

La pression d’une atmosphère sur 1 millimètre carré équivaut à peu près à un poids de 10 grammes. Un petit morceau de glace du poids de 10 grammes, couché sur un autre avec lequel il a trois points de contact occupant ensemble une surface d’un millimètre carré, exerce donc déjà une pression d’une atmosphère, qui suffit pour produire la congélation des couches d’eau voisines plus rapidement que ne se faisait celle de l’eau du ballon, dont les parois de verre séparaient l’eau de la glace. Le poids du morceau de glace peut même être beaucoup plus petit sans que la congélation cesse de se produire. A mesure qu’il se forme de la glace nouvelle, les surfaces en contact deviennent plus larges, la pression exercée par le morceau de glace supérieur porte sur des surfaces plus grandes et devient plus petite, de sorte que les petits ponts de glace augmentent très-peu et très-lentement ; c’est pour cela qu'ils se brisent si facilement lorsqu’on cherche à séparer les morceaux de glace.

Dans les expériences de M. Faraday, deux plaques de glace, percées d’un trou, étaient supportées par un tube de verre, de sorte que la pesanteur ne pouvait les presser l’.une contre l’autre. Mais l’attraction capillaire qui se développe dans ce cas est suffisante pour produire une pression de quelques grammes entre les deux plaques. Les explications que je viens de donner prouvent d’ailleurs qu’une telle pression suffit pour produire des ponts de glace entre les deux plaques, si on les laisse assez longtemps en contact.

Si, à l’aide des mains, on presse l’un contre l’autre les

cylindres de glace dont j’ai parlé dans ma leçon, ils se soudent si fortement, après quelques instants de contact, qu’il faut exercer un effort considérable pour les séparer, et que souvent la force du bras ne suffit pas.

En général, j’ai constaté, dans mes expériences, que la force d’adhésion des deux morceaux de glace, et, la rapidité avec laquelle elle se produit, correspondent si bien à la pression employée, qu’il n'est pas possible de douter que la pression ne soit la cause réelle de cette union.

L’explication proposée par M. Faraday, d'après laquelle la régélation serait la suite d’une action de contact entre l’eau et la glace, présente, à mon avis, une difficulté théorique. Par la congélation de l’eau, une quantité de chaleur latente assez considérable doit être mise en liberté, et, dans cette théorie, il est impossible d’indiquer ce qu’elle peut devenir.

Enfin, si la glace, pour se changer en eau, passait par un état intermédiaire de fluidité visqueuse, un mélange d’eau et de glace, maintenu, pendant des jours entière, à une température de 0 degré, devrait finir par passer tout entier à cet état intermédiaire dès que toute sa masse aurait pris cette température d’une manière bien uniforme : or, c’est ce qui n’arrive jamais.

Quant à ce qu’on appelle la plasticité de la glace, M. James Thomson en a donné une explication qui ne repose pas sur la formation de fissures dans l’intérieur de la masse. Il est, en effet, évident que si un morceau de glace supporte des pressions inégales sur différents points de sa masse intérieure, une partie de la portion la plus fortement comprimée est obligée de fondre ; la glace moins comprimée et l’eau environnante fournissent la chaleur latente nécessaire. Ainsi, aux endroits comprimés, une

oartie de la glace disparaîtrait, tandis que l’eau se trans formerait en glace aux endroits où la pression est moin dre : de cette manière la glace pourrait réellement se transformer et céder à la pression. Mais il est clair que, par suite de la mauvaise conductibilité de la glace, cette transformation serait excessivement lente, si les couches de glace les plus comprimées et les plus froides se trouvaient à une grande distance de l’eau et des couches moins comprimées qui doivent leur fournir la chaleur nécessaire à la fusion. C’est précisément ce qui arrive dans les glaciers.

Pour vérifier l’exactitude de cette théorie, j’ai placé dans un vase cylindrique de verre un petit cylindre de glace, d'environ 4 pouce de diamètre, entre deux plaques de glace plus grandes , de 3 pouces de diamètre. Sur la plaque supérieure , j’ai placé une plaque de bois chargée d’un poids de 20 livres. De cette manière, la section du petit cylindre supportait une pression de plus d’une atmosphère. Tout le vase fut entouré de morceaux de glace et maintenu pendant cinq jours dans une chambre dont la température était seulement de quelques degrés au-dessus de zéro. Dans ces conditions, la glace soumise à la pression du poids devait fondre, et l’on pouvait s’attendre à ce que le cylindre le moins gros, sur lequel la pression s’exerçait le plus, fondrait le plus vite. Il se forma bien un peu d’eau dans le vase; mais ce fut presque entièrement aux dépens de grosses plaques de glace qui se trouvaient à la partie inférieure et à la partie supérieure, et qui pouvaient le mieux recevoir de la chaleur du mélange d’eau et de glace extérieur, à travers les parois du vase de verre. Il se forma aussi un petit bourrelet de glace nouvelle, autour des points de contact du petit cylindre avec la plaque inférieure : ce qui prouve que l’eau qui

s’était fondue sous l’action de la pression s’était regelée à l’endroit où la pression cessait d’agir. Dans ces conditions, le morceau de glace intermédiaire, qui avait supporté la plus grande pression, n’avait pas encore subi un changement de forme appréciable.

Cette expérience montre que si, au bout d'un temps suffisamment long, il doit se produire un changement de forme de la manière indiquée par M. J. Thomson, la glace continuant à fondre aux points les plus comprimés et de la glace nouvelle se reformant aux endroits non soumis à la pression, ces changements ne peuvent se produire qu’avec une lenteur extrême, dès que l’épaisseur de la glace qui doit laisser passer la chaleur est appréciable. Un changement de forme considérable, par la fusion, dans un milieu dont la température! est partout égale à 0 degré, ne pourrait avoir lieu sans qu’il n’arrive de la chaleur soit du dehors, soit de la glace non comprimée et de l’eau : mais les différences de température qui interviennent dans ces phénomènes, jointes à la mauvaise conductibilité de la glace, rendraient l’ arrivée de la chaleur excessivement lente.

Au contraire, les expériences sur la compression de la glace, décrites plus haut, montrent que dans la glace grenue la production des fissures et le déplacement des parois de ces fissures rendent possible un changement de forme. Les bandes que présente la glace glacière, son ag- . grégation granuleuse qui apparaît pendant la fusion, la manière dont ses couches changent de position pendant le mouvement, et d’autres faits de ce genre, prouvent clairement qu’il se produit de pareils changements de forme dans les glaciers. Je crois donc que M. Tyndall ne s’est pas trompé, en cherchant dans la formation des fissures et

dans la régélation la cause réelle et principale du mouvement des glaciers.

Je rappellerai aussi qu’il doit se produire dans les grands glaciers une quantité considérable de chaleur de frottement. En effet, le calcul indique que, lorsqu’une masse de glace descend du col du Géant jusqu’à la source de l’Arveyron, la quatorzième partie de sa masse peut se fondre sous l’action de la chaleur développée par le travail mécanique. Puisque le frottement est maximum aux points qui supportent la plus forte pression, il tend à enlever de préférence les parties de la glace qui ralentissent le mouvement du glacier.

Je dirai, en terminant, que la structure grenue de la glace, dont j’ai parlé plus haut, s’observe très-facilement dans lalumière polarisée. Si, dans la forme de fer, on comprime un petit morceau de glace transparente, on obtient, en le réduisant à une épaisseur de 5 millimètres, une plaque suffisamment transparente pour être examinée à la lumière polarisée. En plaçant cette lame dans l'appareil de polarisation, on aperçoit dans son intérieur une grande quantité de petits champs et de petits anneaux. La disposition des couleurs permet de voir facilement les limites des grains de glace qui composent la plaque, et qui sont couchés pêle-mêle, les uns à côté des autres, sans la moindre orientation dans leurs axes optiques.

L’aspect est à peu près le même au commencement de l’expérience, lorsque la glace vient de sortir de la presse, quand les fissures qui s’y trouvent apparaissent encore sous formes de lignes blanchâtres, et plus tard lorsque la fusion a rempli d’eau ces fissures.

Pour expliquer comment les différentes parties du morceau de glace restent adhérentes pendant que lemor-

ceau change de forme, il faut remarquer que, dans la glace granuleuse, les fentes ne produisent que des déchirures ne traversant pas la masse; c’est ce qu’on voit directement en comprimant la glace. Les fentes se forment et courent dans tous les sens, comme celles que l’on produit en touchant un tube de verre avec un fil métallique chaud. La glace possède une certaine élasticité, ainsi qu’on peut s’en assurer en courbant une lame de glace très mince. Dans un bloc de glace ainsi fendillé, les parois des fentes peuvent donc se déplacer, même quand elles sont encore réunies par la partie du bloc qui n'est pas fendue. Lorsque la partie de la fente qui s’est produite en premier lieu s’est fermée par régélation, la fente peut achever de s’ouvrir plus loin, sans que pour cela le bloc ait cessé un seul instant de former une masse unique. Il me semble aussi qu’il y a lieu de se demander si, dans un morceau de glace comprimée ou de glace glacière, — qui nous apparaît comme formée par une foule de grains do glace polyédriques enchevêtrés, — les grains sont complètement séparés les uns des autres, même avant qu’on ait cherché à les séparer, ou s’ils ne sont pas plutôt réunis par des ponts de glace qui se rompent facilement, et si cc ne sont pas ces ponts qui produisent la cohésion, comparativement assez grande, de cette masse qui nous apparaît comme un agrégat de grains.

Les propriétés de la glace, que je viens de décrire, ont aussi un certain intérêt au point de vue de la physique, parce que la glace nous permet, mieux que tout autre corps, desuivre pas à pas la transformation d’une substance cristallisée en corps grenu et d’étudier les causes dont dépend le changement de propriété qui résulte de cette transformation. La plupart des corps ne présentent pas

Tyndall. IG

d’arrangement cristallin régulier, et cependant nos considérations théoriques ne se rapportent qu’à des corps cristallisés et parfaitement élastiques. C’est sous ce rapport que le passage de la glace cristallisée, cassante et élastique à l’état de glace grenue et élastique, me parait un exemple très-instructif. H. Helmholtz.

AU SUJET DE LA CONFÉRENCE DE M. HELMHOLTZ SUR LA GLACE ET LES GLACIERS 1 .

M. Helmholtz a eu l’obligeance de m’envoyer une brochure intitulée : Lectures scientifiques populaires ; j’ai lu avec un grand plaisir dans la préface de cette brochure, que d’autres discours, du même genre que ceux qui sont livrés aujourd’hui au public, seraient publiés plus tard. La brochure actuelle renferme quatre conférences, une première : De la relation des sciences naturelles avec la science en général, une seconde Sur les travaux scientifiques de Gœthe, une troisième Sur l'origine physiologique de l’harmonie musicale 2, enfin une quatrième Sur la glace et les glaciers. La brochure est écrite en allemand, et il est à désirer que quelque personne

1. Cette lettre était adressée au directeur du Philoeophical Magazine de Londres.

2. Ces trois conférences ont été traduites dans la Revue des Cours scientifiques, la première et la troisième dans le tome IV (1867), la deuxième dans le tome VII (1870).

compétente en entreprenne la traduction en anglais.

Avec un empressement facile à comprendre, j’ai porté mon attention sur le dernier discours pour voir comment mes idées et mes expériences sur la formation et sur le mouvement des glaciers ont été envisagées par un savant aussi éminent.

M. Helmholtz attribue le froid qui règne dans les régions élevées de l’atmosphère aux causes généralement admises ; mais il ajoute une remarque qui a une grande importance, en ce moment où l’on discute tant sur l’origine de ce vent chaud qui porte, en Suisse, le nom de Foehn. Ce vent, comme M. Helmholtz l’observe avec raison, n’est pas seulement un vent froid sur le haut des montagnes, il est aussi humide. Il perd son humidité sur les hauteurs, et il s’échauffe ensuite en tombant dans les vallées. La chaleur et la sécheresse du Foehn ne prouvent donc pas du tout que son origine soit dans le Sahara et non dans l’océan Atlantique.

On se rappelle probablement que j’ai déduit l’explication de la formation des glaciers, et de leur mouvement à travers les vallées de largeur et d’inclinaison variables, de ce fait que, si l’on presse l’un contre l’autre deux morceaux de glace, ils se soudent parleurs points de contact. Ce fait m’a été communiqué verbalement par M. Faraday qui l’a découvert. Bientôt après, et longtemps avant d’avoir eu occasion de réfléchir aux causes de ce fait, l’application qu’on peut en faire à l’explication de la formation et du mouvement des glaciers se présenta à mon esprit. Il y avait en ce moment-là de la neige dans la cour de Royal Institution; y en mis une certaine quantité dans un des moules d’acier qui m’avaient servi à démontrer l’influence de la pression sur les phénomènes magnéti-

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ques, je comprimai la neige et j’eus le plaisir de retirer du moule un cylindre de glace transparente. Je courus immédiatement rejoindre M. Faraday pour lui dire que j’étais convaincu que sa petite expérience allait servir de base à la véritable théorie des glaciers. J’appris plus tard que MM. Schlagentweit avaient fait une expérience analogue avec de la neige ; mais ils n'en avaient pas tiré les conclusions qui sautèrent à mes yeux, et qui depuis ont été développées et forment une théorie du mouvement des glaciers.

On a vu plus haut (p. 222) le moule employé dans l’expérience dont je viens de parler. BB est la base du moule; AA. un cylindre creux qui peut entrer dans la base; CC est le piston solide qui sert à comprimer la neige. Lorsque la neige est suffisamment comprimée on enlève le fond BB, et à l’aide du piston, on pousse au dehors le cylindre de glace. Ce moule ressemble complètement à celui qui a été employé par M. Helmholtz.

On connaît trop bien, pour qu’il soit nécessaire de les rappeler, les expériences qui suivirent celle-ci, et qui consistaient à mouler la glace dans des formes variables sous l’influence de la pression. En appliquant ces résultats à la théorie des glaciers, j’ai eu soin d’insister d’une manière toute spéciale sur ce fait que, si la glace possède à un haut degré le pouvoir de se mouler sous l’action de la pression , elle est complètement privée du pouvoir de céder en s’allongeant sous l’action d'une force de tension. Voici comment M. Helmholtz s’exprime sur ce point : « M. Tyndall a affirmé, et a prouvé par le calcul et l’observation, que la glace glacière ne s’allonge pas du tout lorsqu’elle est soumise à une tension, que sous l'action d'une tension suffisante elle casse toujours; » il ajoute plus loin que la propriété ainsi constatée établit une diffé-

rence essentielle entre un fleuve de glace et un fleuve de lave, de goudron, de miel ou de boue.

Les splendides expériences que M. Tresca a faites tout récemment prouvent de la manière la plus frappante la propriété que possède la glace de se mouler sous l’action de la pression. M. Helmholtz a montré, par des expériences variées, cette propriété de la glace à ses auditoires de Heidelberg et de Francfort. Il a transformé de la neige et des morceaux de glace en gâteaux et en cylindres; unissant bout à bout un certain nombre de ces cylindres, il les a laissés se souder et en a formé un bâton de glace. Plaçant ensuite un cylindre de glace de la forme indiquée page 226 (6g. a) dans un moule convenable, il le comprima et en üt un gâteau représenté par la figure b. En réalité, il a corroboré par une série d’expériences brillantes, imaginées par lui, les résultats que j'avais primitivement obtenus.

Quant à l’application de ces résultats au phénomène des glaciers, M. Helmholtz, après s’être assuré par luimême de l’insuffisance des autres hypothèses, exprime ainsi sa conviction : « Je ne doute pas que M. Tyndall n’ait indiqué la cause essentielle et principale du mouvement des glaciers, en l’attribuant à la rupture et à la régélation de la glace. »

Il sera peut-être utile de remarquer que le mot regélation fut introduit pour la première fois dans un mémoire publié par M. Huxley et moi, plus de sept ans après la découverte du fait même par M. Faraday, et qu’il nous fut indiqué par le docteur Hooker, actuellement directeur des Royal Gardens à Kew. Gomme je l’ai déjà fait remarquer, la formation et le mouvement des glaciers et d’autres phénomènes de même nature, avaient été rapportés à la regé-