Traité de physique, vol. II, p

accepte l’explication claire et définie de M. James Thomson comme la plus satisfaisante de toutes celles qui ont été avancées. Il fonde son choix sur une expérience tellement belle qu’elle ne peut manquer de faire plaisir, même à ceux contre l’opinion desquels elle est dirigée. Mais, avant de passer à l’expérience décrite dans une note ajoutée à la leçon (ci-dessus, p. 238;, il sera bon de citer les paroles mêmes par lesquelles M. Helmholtz exprime son opinion dans le cours de la leçon.

« Vous me demanderez sans doute avec surprise, dit il, comment il se peut que la glace, de toutes les substances connues la moins flexible et la plus cassante, puisse coule* dans un glacier comme une substance visqueuse?.... » (Voyez, ci-dessus, Confèrence de M. Helmholtz, p. 216.)

Dans la note (p. 233), M. Helmholtz revient à la question ainsi traitée dans le discours. « La théorie de la regélation de la glace, dit-il, a donné naissance à une discussion scientifique entre M. Faraday et M. Tyndall d’un côté, et MM. James et William Thomson de l’autre. Dans le texte de ce discours, j’ai adopté la théorie de ces derniers, et je vais donner les raisons qui m’y ont porté. » Il analyse ensuite les raisons données de part et d’autre, fait ressortir les difficultés théoriques qui résultent de l’explication de M. Faraday, montre l’effet que peut produire une faible pression si on la laisse agir pendant longtemps, et appelle l’attention sur ce fait que, lorsqu’un morceau de glace est placé sur un autre, la pression n’est pas distribuée sur la totalité des surfaces superposées, mais qu’elle est concentrée sur quelques points de contact. Il pense aussi, avec M. James Thomson, que, dans l’expérience faite par M. Forbes, l’attraction capillaire exercée entre les deux plaques est suffisante pour produire la regélation.

Pour montrer l’action lente des petites différences de température qui entrent en jeu dans ce cas, M. Helmholtz fait l’expérience suivante à laquelle j’ai déjà fait allusion.

Pour faire ressortir cette action lente, dit il, proluite par de faibles différences de température, j’ai fait l’expérience suivante: J'ai rempli, etc... » (Voyez, cidessus , Étude de M. Ilelmholtz , Sur la regélation , p. 234).

J’aurais aimé voir la belle expérience de M. Helmholtz, remplir une simple condition de plus, — j’aurais voulu que l’eau dans laquelle le ballon était plongé fût purgée d’air par l’ébullition, absolument comme l’eau qui se trouve dans le ballon. Il se peut justement que le point de congélation ne soit pas complètement indépendant de la présence de l’air dans l’eau.

Comme la question de la regélation a été remise sur le tapis par M. Helmholtz, j’ai fait quelques nouvelles expé^> riences sur le moulage et la regélation de la glace. L’expérience suivante fait ressortir ces deux propriétés de la glace : une certaine quantité de poudre de glace fut raclée de la surface d’un morceau de glace tranparente, et placée dans un moule de buis, d’une forme semblable à celle du pied d’un verre à bordeaux. On comprima la poudre de glace à l’aide d’une presse hydraulique, et I on obtint une masse de glace transparente reproduisant la forme du moule. Dans un autre moule, on fit, à l’aide de la même poudre, trois petits cylindres de glace transparente. Enfin, dans un troisième moule, on fit une coupe de glace transparente. Plaçant ensuite ces morceaux l’un au-dessus de l’autre, on les souda par regélation, et l’on obtint ainsi un véritable verre à bordeaux, en glace, avec lequel on pou-

vait boire quelques gorgées si l’on avait soin de refroidir suffisamment le liquide avant de l’y verser.

On trouve des moules de euivre servant à la fabrication des fleurs, et qui se prêtent admirablement bien à la regélation de la glace. M. Becker m’en a procuré un. En y comprimant de la poudre de glace, j’ai obtenu par la regélation une masse solide possédant exactement la forme du moule.

J’ai placé un petit morceau de glace dans de l’eau chaude, en leforçant à plonger sous le poids d’un deuxième morceau de glace. La portion submergée était si petite que la pression verticale était à peu près infinitésimale. Il se souda néanmoins à la surface inférieure du morceau de glace supérieur. Deux morceaux de glace furent placés dans un vase d’eau chaude, de manière à pouvoir se toucher. Ils se soudèrent dès qu'ils se touchèrent. Les parties qui entouraient les points de contact fondaient rapidement, mais les deux morceaux continuèrent, pendant un certain temps, à rester unis par un étroit pont de glace. Le pont finit par fondre aussi, et les deux morceaux restèrent un moment séparés. Mais on sait que deux corps mouillés par l’eau, et contre la surface desquels l’eau s’élève sous l’action de la capillarité, se rapprochent lorsqu’on les fait nager ensemble à la surface de l’eau. Les morceaux de glace se rapprochèrent donc, et immédiatement la regélation eut lieu. Un nouveau pont se forma, il fondit à son tour, et les deux morceaux se séparèrent. Il se produisait ainsi une espèce de pulsation entre les deux morceaux de glace. Ils se touchaient, se soudaient; un pont se formait et fondait en laissant un intervalle entre les deux morceaux. L’intervalle diminuait de nouveau, ils se touchaient, se soudaient, la même série de phénomènes se succédai!'

et se succédant toujours. Nous trouvons ici l’explication de ce fait curieux que, lorsqu’on place quelques gros morceaux de glace dans l’eau chaude et qu'ils viennent à se toucher, la regélation les maintient réunis jusqu’à leur entière fusion. Les derniers morceaux peuvent à la fin ne plus être la centième partie de ce qu’ils étaient à l’origine ; pendant l’accomplissement de la série de phénomènes que je viens de décrire, ils sont toujours réunis jusqu’à ce qu’ils finissent par disparaître. Ce qui est vrai pour des morceaux de glace nageant dans un bassin d’eau est aussi vrai pour les blocs de glace du lac Maerjelen. Si l’attention était portée sur ce sujet, le jeu de la regélation pourrait probablement être observé sur les montagnes de glace de l’Océan. Avec une certaine dose d’habileté, on pourrait faire de curieuses observations sur la regélation des glaces flottantes.

D’après la théorie de M. James Thomson, pour que la regélation ait lieu, les morceaux de glace doivent exercer une certaine pression l’un contre l’autre, et enlever à la glace voisine la chaleur nécessaire à la liquéfaction de la partie comprimée; ensuite l’eau s’échappe et se regèle. Tout cela demande du temps. Dans les expériences précédentes, l’eau liquéfiée par la pression se perd dans l’eau chaude environnante; malgré cela, les morceaux de glace flottants sont regelés en un instant. Il n’est pas nécessaire que les surfaces de contact soient planes; car dans ce cas une couche d’eau à 0° peut être supposée exister entre elles. Les surfaces de contact peuvent être convexes; les points qui se touchent peuvent être virtuels, recouverts complètement parle liquide chaud qui les dissout rapidement pendant Jqu’ils s’approchent. Cependant ils se soudent immédiatement lorsqu’ils se touchent.

M. Helmholtz insiste sur deux points : l’un est favorable à l'hypothèse qu’il a adoptée et l’autre montre une difficulté inhérente à l'explication de M. Faraday; je vais en dire quelques mots. « Je trouve, » dit M. Helmholtz, « que la rapidité et la force de l’union des morceaux de glace correspondent si complètement à la pression employée, que je ne puis douter que la pression ne soit réellement la cause suffisante de cette union. »

Mais conformément à l'explication de M. Faraday, la force et la rapidité de la regélation doivent aussi aller de pair avec la grandeur de la pression employée. M. Helmholtz insiste avec raison sur ce fait que les surfaces en contact ne sont pas parfaitement unies, mais quelles ne se touchent en réalité qu’en quelques points, ce qui concentre l’effet de la pression. La pression exercée sur deux morceaux de glace à la température de 0° n’a pas seulement pour effet de diminuer l’épaisseur de la pellicule liquide qui se trouve entre les deux morceaux, elle aplatit les points de contact et répand ainsi la pellicule d'eau sur une plus grande surface. Ainsi donc, dans les deux théories, la force et la rapidité de la regélation doivent correspondre à la grandeur de la pression.

La difficulté dont j’ai parlé plus haut est constatée en ces termes par M. Helmholtz : a Dans l'explication donnée par M. Faraday, et d’après laquelle la regélation serait produite par une action de contact entre l'eau et la glace, il se manifeste une difficulté théorique. Par la congélation de l’eau une quantité de chaleur très-sensible est mise en liberté ; et l’on ne sait point ce qu’elle devient. »

Les partisans de l’explication donnée par M. Faraday doivent répondre que la chaleur rendue libre se diffuse à. travers la glace voisine. Mais à cela on peut sans doute

objecter que la glace se trouvant déjà à la température de Odegré ne peut absorber une nouvelle quantité de chaleur sans se liquéfier. Si cela est vrai dans toutes les circonstances, l'explication de M. Faraday doit évidemment être rejetée. Mais l'essence même de cette explication semble être que les portions intérieures de la masse de glace ont besoin pour fondre d une température plus élevée que les couches de la surface. Pour me faire bien comprendre, je suppose un faisceau de chaleur solaire ou un faisceau de lumière électrique passant à travers un morceau de glace. La glace se résout en fleurs liquidesà six pétales qui ont été décrites ailleurs. Les fleurs s’étendent lorsque le faisceau continue à agir, l’énergie de la portion du faisceau absorbée est tout entière employée à élargir les fleurs formées pendant les premières secondes, et non à en former de nouvelles. La théorie de M. Faraday implique l’idée que les fleurs ne peuvent apparaître dans la masse sans que la température des parties intérieures ait été élevée au-dessus de 0°, tandis qu’à la surface la glace fond à cette température. Si donc deux surfaces de glace humides à la température de 0° sont pressées l’une contre l’autre, et si, en vertu de l'action de contact supposée par M. Faraday, la couche d’eau qui les sépare se gèle, la glace adjacente (qui est maintenant à l’intérieur et non plus à la surface comme au commencement) est dans de bonnes conditions pour enlever par conductibilité et sans préjudice pour sa solidité la faible quantité de chaleur produite. Si l’on admet l’action de contact supposée par M. Faraday, il ne semble donc pas qu'il y ait de difficulté à rendre compte de la chaleur devenue libre par la congélation de la pellicule humide.

Lorsque l’année s’avance, et que la glace importée

à Londres est restée pendant longtemps dans les glacières, si on l’examine soigneusement, on trouve des parcelles d’eau liquide dans l’intérieur de sa masse. J’ai enveloppé, dans une feuille d’étain, de la glace contenant de ces parcelles d’eau, et je l’ai placée dans un mélange réfrigérant jusqu’à ce que les parcelles liquides aient été parfaitement congelées. Enlevant alors la glace du mélange réfrigérant, je la plaçais dans une chambre noire, en la laissant recouverte de son enveloppe; après l’avoir exposée pendant quelques heures à une température un peu supérieure à 0°, je trouvais de nouveau les parcelles liquides. La chaleur qui était suffisante pour fondre cette glace intérieure passait à travers les couches extérieures sans le moindre préjudice pour leur solidité. Mais si la température de congélation des particules de glace était de 0° centigrade, la température de congélation de la masse environnante devait être au-dessus de 0°, ce qui est conforme à l’explication de M. Faraday.

En décrivant la belle expérience que j’ai rappelée, M. Helmhoitz constate que l’eau privée d'air peut descendre, sans geler, à une température beaucoup plusbasse queO 0 ; si, au contraire, un morceau de glace se trouve dans la même eau la température ne peut baisser, elle reste toujours à 0”. Ceci prouve certainement que la glace possède un pouvoir spécial de solidification sur l’eau. Il est nécessaire de dire que le fait est général, qu’un cristal d’un sel quelconque, placé dans unesolution saturée de ce sel, provoque toujours la cristallisation. En appliquant ce fait à la pellicule d’eau très mince maintenue entre ces deux surfaces comprimées, ilme sembleexcessivementprobable que l’action de contact de M. Faraday consiste en ce que la pellicule gèlera et soudera les morceaux de glace.

Je crois que l’observation suivante mérite d’être rappelée, même en dehors de la présente discussion. On sait qu’en fondant, la glace se désagrégé de manière à former des prismes grossiers dont les axes sont perpendiculaires au plan de la surface de congélation. J’ai souvent observé ce fait sur une large échelle pendant les hivers que j’ai passés comme étudiant sur les bords de la Lahn. La manière dont ces prismes sont formés dans quelques cas est extrêmement intéressante. En les examinant de près, on observe une espèce de trouble à l’intérieur d’une masse qui paraît être de la glace parfaitement transparente, ce trouble parait dû à des stries perpendiculaires à la surface de congélation, et si l’on dirige la vue perpendiculairement à cette surface, les extrémités des stries deviennent apparentes; les espaces libres entre les stries sont formés de glace transparente qui ne présente aucun trouble. Les objets qui produisent ce trouble sont excessivement fins, mais lorsqu’on les examine soigneusement, on reconnaît que ce sont des piles de fleurs liquides très-petites, dont les plans sont à angle droit avec la direction des stries.

Depuis que j’ai écrit ce qui précède, j’ai reçu une copie d’un discours prononcé par M. de la Rive à l’ouverture de la quarante-neuvième réunion de la Société helvétique, qui a eu lieu cette année à Genève. De ce remarquable résumé de nos connaissances actuelles sur les glaciers, je fais les extraits suivants qui, joints à ce que je vous ai dit de la leçon de M. Helmholtz, montreront suffisamment comment le sujet est envisagé aujourd’hui par les hommes compétents.

« Telle est, dit M. de la Rive, la description des phénomènes des glaciers; il me reste maintenant à les expliquer, à interroger l’observation et à en déduire le carac-

1ère fondamental du phénomène. L’observation nous apprend que la pesanteur est la force motrice, et que cette force agit sur un corps solide — la glace — en lui communiquant un mouvement lent et continu. Qu’en conclurons-nous*? que la glace est un corps solide qui possède la propriété de couler comme une substance visqueuse; — - conclusion qui paraît très -simple, mais qui n’en a pas moins été exprimée pour la première fois, il y a vingt-cinq ans, par un des physiciens les plus distingués, par M. James Forbes. Cette théorie, car c’est bien une théorie, se fondant sur des faits aussi nombreux que bien observés, énonce ce principe : que la glace possède les propriétés caractéristiques appartenant aux corps plastiques. Quoique M . Forbes ne l’ait pas prouvé directement, il lui revient toujours le grand mérite d’avoir insisté sur la plasticité de la glace avant que M. Faraday, en découvrant le phénomène de la congélation, eût permis à M. Tyndan de prouver que cette plasticité est réelle, au moins en partie.

« L’expérience de M. Faraday est devenue classique et n’est pas étrangère à notre sujet. Elle consiste, comme vous le savez, en ce que deux morceaux de glace mis en contact dans de l’eau, même dans de l’eau chaude, se soudent ensemble. M. Tyndall vit très-vite l’application de l’expérience de M. Faraday à la théorie des glaciers; il comprit que, si des morceaux de glacepeuvent ainsi se souder ensemble, cette substance peut être cassée, placée dans un moule, comprimée et forcée ainsi à prendre la forme de la cavité qui la contient. Un moule de bois, par exemple, embrasse une cavité sphérique; en y plaçant des fragments de glace, et en les comprimant, nous obtenons une sphère de glace; en plaçant cette sphère dans un second

moule à cavité lenticulaire et en la comprimant, nous transformons la sphère en lentille. De cette manière, nous pouvons faire prendre à la glace une forme quelconque.

« Telle est la découverte de M. Tyndall; elle peut bien être appelée ainsi, surtout si l'on en considère ses conséquences. Car tous ces moules agrandis deviennent les bords des vallées dans lesquels coule le glacier. Ici, l’action de la presse hydraulique qui a servi aux expériences du laboratoire, est remplacée par le poids des masses de neige et déglacé accumulées sur les sommets et exerçant leur pression sur la glace qui descend dans la vallée. Supposons, par exemple, qu’il existe, entre le moule sphérique et le moule lenticulaire, une série graduée d’autres moules, dont chacun diffère un peu de celui qui le précède et de celui qui le suit, et qu’on puisse forcer la masse de glace à passer successivement à travers tous ces moules, le phénomène deviendra continu. Au lieu de casser brusquement, la glace serait amenée à passer par degrés insensibles de la forme sphérique à la forme lenticulaire. Elle montrerait ainsi une plasticité comparable à celle de la cire molle. Mais la glace est seulement plastique sous la pression ; elle n’est pas plastique sous la tension ; c’est là le point important que la vague théorie de la plasticité était incapable d’expliquer. Un corps visqueux, comme du bitume ou du miel, peut être tiré en filaments sous l’action de la tension ; la glace, au contraire, loin de s’étirer ainsi, se casse comme du verre. Ces points une fois bien établis par M. Tyndall, il lui devint facile d’expliquer le mécanisme des glaciers et de démontrer, avec le secours d’un géomètre anglais, M. William Hopkins, que la direction des crevasses des glaciers Ttkdall. 17

est une conséquence nécessaire de leur mouvement *. »

Je viens de recevoir un moule construit par l’habile et intelligent mécanicien, M. Becker, et hier (16 novembre), j’ai fait avec ce moule une expérience qui, par la facilité avec laquelle elle peut être répétée, intéressera tous ceux qui cherchent à montrer d’une manière frappante et instructive les effets de la regélation. Le moule consiste en deux pièces de fer fondu qui peuvent se superposer et sont maintenues par un rectangle d’acier glissant sur elles. La face intérieure de chacune de ces plaques porte en creux un demi anneau communiquant avec un tuyau demi-cylindrique. Lorsqu’on superpose ces deux plaques, elles forment donc à l’intérieur du moule un anneau complet de quatre pouces de diamètre extérieur et de trois quarts de pouce d’épaisseur, communiquant avec un conduit cylindrique d’un pouce de diamètre dans lequel peut entrer un piston d’acier poli. Deux petites chevilles, placées sur la surface intérieure d'une des deux plaques et entrant dans des trous correspondants, empêchent les deux plaques de glisser l’une sur l’autre.

Après avoir refroidi le moule en le plaçant pendant quelques instants dans un mélange d’eau et de glace, on fait entrer des fragments de glace dans le conduit cylindrique, et on les pousse dans l’anneau en enfonçant à coups de marteau le piston d’acier. En entrant dans l’anneau, les morceaux de glace ainsi brisés et écrasés se séparent en deux parties, l'une allant à droite, l’autre à gauche. Si l’on continue à enfoncer ainsi la glace dans le moule, celui-ci finit par se remplir. Enlevant alors le rectangle qui maintient les deux plaques, on ouvre le moule

1. ün trouvera ce discours de M. de la Rive dans la Revue scientifique, 2« série, tome III, page 506, 14 décembre 1872.

et l’on y trouve un anneau de glace parfait avec un appendice cylindrique. On peut souder par regélation les appendices de deux de ces anneaux. Il serait facile de construire ainsi une chaîne de glace. On peut employer la presse hydraulique pour faire celte expérience, mais elle n’est pas nécessaire ; en frappant à coups de marteau sur le piston, on obtient facilement de magnifiques anneaux de glace par la regélation des fragments brisés.

Je terminerai par la description d'une expérience qui a été suggérée, à mon ingénieux ami M. Duppa, par la vue des anneaux de glace dont je viens de parler ; elle a été faite par lui dans le laboratoire de l’Institution royale. On verse une certaine quantité de plâtre de Paris dans un vase convenable; on pose l’anneau de glace sur cette substance, et l’on place au-dessus de l’anneau une nouvelle quantité de plâtre. Celui-ci se prend en enfermant l’anneau dans son intérieur ; l’anneau en fondant ensuite laisse un moule parfait. Quand ce moule est sec, on coule du plomb fondu dans le creux primitivement occupé par la glace, et l’on produit ainsi un anneau de plomb. Mais la glace s’adapte à toutes les formes par le moulage : on peut former avec elle des statuettes, des vases, des fleurs et une quantité innombrable d’ornements. Ces objets de glace, entourés de ciment par le procédé indiqué par M. Duppa, restent assez longtemps intacts pour permettre au ciment de se fixer sur eux . En fondant ils disparaissent en laissant derrière eux un moule parfait de plâtre, à i’aide duquel on peut reproduire des reliefs.

J. Tyndall.