CHAPITRE XXII

Nous avons sans cesse parlé de système thermique complet ou isolé, parce que cela est plus commode pour le langage ; par exemple, cela nous a permis d'établir, pour un pareil système, le principe de la conservation de l'énergie ; mais, le plus souvent, les systèmes étudiés ne sont pas réellement isolés; ce ne sont que des parties d'un système isolé plus considérable, de môme que nous l'avons constaté précédemment pour le pendule et la terre. Mais, pour le pendule, notre connaissance des phénomènes extérieurs nous permettait de ne considérer qu'une partie du système, le pendule, et de remplacer la terre dans le système par une divinité imaginaire, la pesanteur, qui se manifeste par des accélérations. Dès que nous étions certains de remplacer effectivement et complètement par la pesanteur le rôle de la terre dans le système, nous pouvions transformer notre langage do la manière suivante : Le principe de la conservation de l'énergie nous enseigne que dans le système complet formé par le pendule et la terre, le travail total est nul ; mais, si je considère séparément les deux parties du système, le travail ne sera pas nul dans chacune d'elle ; il sera égal, dans chacune d'elle, à celui qui s'effectue dans l'autre, pris avec le signe moins. En d'autres termes, le travail total effectué par le pendule sera égal au travail total fourni par la terre, c'est-à-dire au travail des forces de

la pesanteur ; ce qui nous permettra d'écrire notre équation comme par le passé.

Ceci peut se généraliser et c'est là précisément que se manifeste l'avantage de la notion mathématique de travail- Lorsqu'un système n'est pas isolé, mais que l'on connaît tout ce qu'il reçoit de l'extérieur (travail, quantité de chaleur, etc.) on peut affirmer que l'énergie du système s'est accrue précisément de l'énergie qui lui a élé fournie et qui a été perdue par l'ambiance, ce qui vérifie bien le principe de la conservation de l'énergie pour l'ensemble forme par le système et le milieu. Ceci n'est, on le voit bien, qu'un artifice mathématique très commode pour la mise en équation des problèmes.

On donne le nom de source à la partie du système complet qui est considérée comme fournissant de l'énergie au système partiel étudié; ainsi, la terre est, pour le pendule une source d'énergie mécanique ; nous considérerons de même des sources de chaleur, fournissant de la chaleur à un système partiel, et nous pourrons étudier l'énergie de ce système lorsque nous serons sûrs que nous connaissons toutes les sources auxquelles il emprunte de la chaleur.

Cette expression soiaxe a l'avantage de parler à l'imagination, mais cet avantage est un inconvénient au point de vue philosophique, parce qu'il nous conduit fatalement à considérer l'énergie comme une substance qui se distribue, alors que ce n'est qu'une fonction mathématique des éléments connaissables de l'activité universelle. En particulier l'expression courante quantité de chaleur fait oublier bien vite la définition mathématique de cette fonction des éléments connaissables ; on parle de la chaleur comme d'une substance et même ceux qui ont pris la précaution de déclarer, à l'avance, que « l'expression quantité de chaleur est incorrecte », continuent à s'en servir, parce qu'elle est consacrée par l'usage, et en tirent des conclusions philosophiques dans le^en^^ ÔLe. v:,^^^\*.

« la chaleur est une forme inférieure de Ténergie. » Si la science est une langue bien faite, il est dangereux d y conserver des expressions reconnues mauvaises; nous allons en avoir un exemple dans la discussion du principe de Carnot.

Commençons par imaginer un cas purement mécanique. Je considère un moulin à vent situé sur un sol qui est animé d'une vitesse t;\ et je suppose que, dans la direction même de cette vitesse v' souffle un vent doué d'une vitesse v. Au point de vue de ce qui aura lieu dans le moulin, c'est-à-dire, pour un observateur situé devant le moulin et entraîné avec lui, tout se passera comme si le moulin, situé sur un sol fixe, était actionné par un vont^

Fig. 2.

ayant, relativement au sol, une vitesse [v — v') ; Tobservateur situé devant le moulin et ignorant qu'il est lui-même entraîné avec une vitesse v', croira d'ailleurs que le vent souffle avec une vitesse (v — v') et non avec une vitesse i\ et il constatera que le travail fourni par le moulin dépend de cette vitesse; il pourra dire que toute la vitesse du vent est- détruite par le moulin et que le travail correspondant à l'accélération négative qui en résulte pour le vent est compensé par le travail que fournit le moulin.

Mais je suppose maintenant un observateur situé en dehors de la plate-forme qui porte le moulin, de manière à pouvoir apprécier les deux vitesses v et v'; il lui vicn-

dra peut-être à Tidée de parler de deux sources de mouvement et de dire : Le moulin est une machine transformatrice de mouvement et fonctionne entre deiix sources de mouvement, une source de mouvement, le vent, qui fournit du mouvement à la vitesse v et une autre source de mouvement, le sol, qui fournit du mouvement à la vitesse v'. Le moulin recevra An vent une quantité de mouvement proportionnelle à la vitesse v et restituera au sol une quantité de mouvement proportionnelle à la vitesse t', de sorte que la quantité de mouvement qu'il utilisera dépendra de la différence (v — v'). Si donc v' n'est pas nul, on pourra affirmer que le moulin est incapable de transformer en travail de moulin toute la quantité de mouvement qu'il a reçue du vent de vitesse v. (Je laisse de côté la possibilité pour le vent de vitesse v d'agir sur Tensemblede vitesse v' en augmentant cette vitesse jusqu'à la valeur v"^ auquel cas la quantité de mouvement transformable en travail de moulin sera encore plus petite et dépendra de v — v". On dira alors que le moulin a restitué à la source de vitesse faible une quantité de mouvement capable d'augmenter sa vitesse.)

La narration que je viens de faire semblera immédiatement ridicule et pourtant cette narration est fidèlement calquée sur celle que l'on fait ordinairement des machines thermiques. Une machine thermique est une machine à transformer la chaleur en travail, et fonctionne entre deux sources de chaleur ; elle reçoit de la première une certaine quantité de chaleur qui dépend de la température de la première et restitue à la seconde une certaine quantité de chaleur qui dépend de la température de la seconde. En admettant donc que la machine considérée soit parfaite, elle ne pourra transformer en fonctionnement de son mécanisme que la différence entre la quantité de chaleur empruntée à la première source et la quantité de chaleur rendue à la seconde source.

De cette constatation on conclut, dans certains traités de physique, que « la chaleur est une forme inférieure de l'énergie, » parce qu'une quantité de chaleur donnée ne peut se transformer entièrement en travail mécanique ; c'est là une conséquence de cette expression fautive, quantité de chaleur. Remarquons que, dans Tapplication de Ja méthode des mélanges, nous n'avons jamais rencontré une expression correspondant à la quantité de chaleur d'un corps à température donnée ; nous n'avons jamais eu affaire qu'à des quantités de chaleur relatives à un changement donné de la température dun corps ; la quantité de chaleur était une expression de la forme me [t^ — t.^ ; elle ne dépendait ni de /,, ni de /2, mais uniquement de (/i — ^2). Si nous nous en étions tenus à ces résultats expérimentaux, nous n'aurions pas rencontré lu difficulté à laquelle nous nous heurtons aujourd'hui, mais, ayant imaginé ce mot quantité de chaleur, nous lui avons attribué une valeur absolue; nous avons parlé de la quantité de chaleur que possède un corps à une température donnée, comme nous parlons de la quantité d'eau que contient un vase à un niveau donné et nous nous sommes étonnés de ce que nous ne pouvions pas, avec un certain nombre de quantités de chaleur empruntées à une source froide, fournir de la chaleur à une source chaude ; nous avons été stupéfaits en constatant qu'il n'était pas possible, (c avec une quantité suffisante de boules de neige, de chauffer un four ! »

Voilà l'inconvénient de cette expression « quantité de chaleur ». En comparant les températures à des vitesses, nous avons réalisé un modèle qui nous permet de ne pas nous poser ces questions; nous ne songeons jamais à nous demander si avec un certain nombre de mouvements do vitesse plus faible nous pouvons accroître la quantité de mouvement d'un système de vitesse plus forte ; il est évident que si ces mouvements se réalisent en un môme

endroit, c'est le mouvement de vitesse plus forte qui produira un travail positif dans les systèmes doués de mouvement à vitesse plus faible ; du moins, s'il ne produit pas de travail, il accroîtra leur vitesse...

Il y a longtemps que Thomme s'est décidé à ne plus parler de vitesse absolue mais de différences de vitesses ; le principe du mouvement relatif est au début de tous les traités de mécanique; cela tient à ce que la vie de Thomme n*a pas une place fixée dans Téchelle des vitesses; nous ne soupçonnons pas la vitesse du mouvement de la terre qui nous entraîne ; au contraire, si j'ose m'exprimer ainsi, la vie de Thomme a sa place marquée dans l'échelle des températures ; pour nous, hommes, il y a des températures hautes ou basses absolument; ce que nous appelons des points fixes dans l'échelle des températures, ce sont des points qui sont fixes par rapport à nous, en même temps qu'ils nous paraissent fixes par rapport à un ensemble de phénomènes extérieurs ; nous osons parler de température absolue parce que nous avons nous-mêmes une température fixe et que nous ne pouvons pas concevoir que le monde ne changerait pas si on augmentait toutes ces températures de cent degrés centigrades. L'homme est n'importe où dans l'échelle des vitesses ;

IL EST QUELQUE PART DANS l'ÉCHELLE DES TEMPÉRATURES. NoUS

aurons à revenir ultérieurement sur cette place de la vie humaine dans l'échelle des activités extérieures. C'est là l'origine des qualités.