SUR LA CIRCULATION DES LIQUIDES DANS LES TUBES DE VERRE VERTICAUX

Lorsque lattention des physiologistes se porta , il y a quelques années, sur le phénomène de circulation, découvert depuis long-temps par Corti dans les Chara, un physicien ingénieux, M. Le Baillif, imagina de donner une idée de cette circulation au moyen d’une expérience de physique, dont l’idée première paraît appartenir au comte de Rumford.

Un liquide contenu dans un vase dont deux côtés opposés sont inégalement échauffés, prend dans ce vase un mouvement circulatoire; il monte du côté qui est le plus échauffé, et il descend du côté qui l’est le moins. C’est ce qui a lieu, par exemple, dans l’eau contenue dans un vase placé latéralement auprès du feu. Si l'on a un tube de verre rempli d’eau et placé verticalement, et qu’on approcheun corps chand de lun de ses côtés, l’eau prendra dans ce tube un mouvement circulatoire. Rendue plus légère par la chaleur , elle montera du côté du corps chaud, et elle descendra du côté opposé. Ce mouvement sera rendu sensible par les corps légers que l’eau tiendra en suspension. Or, il est d’expérience qu’un tube vertical rempli d’eau qui tient en suspension des corps légers, manifeste un mouve-

(1) Ce mémoire a été lu à l'Académie des Sciences dans sa séance du 23 novembre 1829.

x APPENDICE. 5x

ment de circulation lorsqu'il est placé dans un appartement dont l'air paraît cependant également échauffé dans toutes ses parties. C’est cette circulation que M. Le Baillif présentait plutôt comme une image que comme une explication de la circulation qui existe dans les Chara. Il se servait pour cela d'un tube de verre contenant de l'alcool dans lequel étaient suspendues des molécules ‘impalpables de liège râpé. Il paraît que la cause de la circulation dont il est 1c1 question, était considérée comme problématique, et que rien ne prouvait qu'elle pût être rapportée à l’action de la chaleur, puisque M. Raspail, vers le même temps, préee quelques-uns de ces tubes à l’Académie des sciences et à la Société philomatique, comme des objets curieux, et sans déterminer la cause des phénomènesqu'’ils présentaiént. Il publia ses observations à cet égard dans les Annales des Sciences d'observation (juin 1829 ), et il se servit de ce phénomène inexpliqué pour rendré raison de la circulation des. Chara. Curieux de savoir à quelle cause était due la circulation observée dans le liquide que contenaient des tubes de verre établis dans un appartement dont la température paraît être partout la même, je n’appliquai à l'étude de ce phénomène. Je cherchai d’abord quels étaient les corps légers qui pouvaient rester long-temps suspendus dans : Veau sans se précipiter. Les molécules ligneuses impalpables ne restent suspendues dans l’eau qu’autant qu’elle est en mouvement ; dès qu’elle est dans un parfait repos, elles se précipitent; 1l en est de mème des molécules terreuses, etc. Il me fallait avoir des molécules opaqués qui, par leur légèreté spécifique, pussent rester suspendues dans l’eau. Jorsqu'elle est sans mouvement, sans tendre ni à se précipiter ni à surnager. J'ai trouvé ce que je cherchais à cet égard en employant le lait. Une seule goutte de ce liquide ajoutée à six et même à dix onces d’eau que lon agite, suffit, par ses globule dispersés, pour rendre apercevable à la* loupe

il. * AE 16,

tout mouvement de cêtte eau mise dans un tube de verre. Ces globules restent suspendus dans Peau sans tendre à se précipiter pendant plusieurs jours, en sorte qu’il est facile de faire des observations suivies avec cette eau chargée de corps légers en suspension , et que l’on peut considérer comme de l’eau pure. Ayant rempli avec cette eau un tube de verre de six pouces de longueur et de sixligne de diamètre, je le plaçai verticalement non loin d’une fenêtre fermée et éclairée seulement par la lumière diffuse. Je vis Veau qu'il contenait circuler en montant d’un côté et en descendant du côté opposé. Je ne tardai pas à m “apercevoir que la circulation changeait de direction, suivant les varia-, tions de la température extérieure. Lorsque la température de l'appartement était supérieure à celle du dehors, le courant ascendant était dans le tube du côté du fond de lappartement, et le courant descendant du côté de la fenêtre; l'inverse avait lieu lorsque la température de l'appartement étaitinférieure à celle du dehors. Ainsi il me fut démontré que la circulation dont il s’agit était produite par le faible courant de chaleur qui existait dans l’air de l'appartement, et qui était dirigé, au travers de la fenêtre fermée, du dedans au dehors, ou du dehors au dedans. Les tubes remplis d’eau dont on voit la circulation à laide des corps légers que cette eau tient en suspension, sont doncdes instrumens propres à faire découvrir la direction des faibles courans de chaleur qui existent dans l'air ambiant. Pour me servir d’une expression qui évite une circonlocution, je désignerai. ces tubes sous le nom de thermoroscopes (1), mot qui signifie que ces tubes sont des instrumens indicateurs du sens dans lequel s’opère l'écoulement de la chaleur.

Le mouvement circulatoire qui a lieu dans le Gi via du

/ € ‘ 4 # É (x) Mot dérivé de Ocpuès, chaleur ; de Gdos, écoulement; et de oxomo, je découvre,

thermoroscope n’est point égal dans tous les points du tube; il est plus rapide dans le fond que dans la partie supérieure. Le courant descendant présente un mouvement accéléré, en sorte que ce mouvement de descente, assez lent dans la partie supérieure, acquiert graduellement plus de rapidité à mesure qu’on l’observe dans une partie plus inférieure.

Le courant ascendant offre au contraire un décroissement :

graduel de vitesse du bas en haut, en sorte que ce mouvement d’ascension, rapide dans la partie inférieure, devient plus lent dans la partie supérieure. Ainsi, en observant le mouvement de descente et le mouvement d’ascension à la même hauteur, on les voit constamment égaux; mais en les observant à des hauteurs différentes, on voit le mouvement de descente graduellement accéléré, et le mouvement d’ascension graduellement retardé. a

La chaleur, dont l'inégalité légère aux deux côtés oppo-

sés du thermoroscope produit la circulation du liquide,

agit d’une manière très marquée par le degré général de son élévation sur cette circulation. Ainsi j’ai observé que lorsque la température générale est au-dessous de + 10 degrés R., il n’y a plus de circulation dans un tube rempli d’eau pure. C’est en vain qu’il existe alors un puissant courant de transmission de température, il n agit en aucune manière sur le liquide du thermoroscope pour provoquer sa circuletion. Ainsi j’ai vu que cette dernière n’existait point dans des thermoroscopes situés près d'une fenêtre dans un appartement dont la température était à Æ à degrés, lorsque la température du dehors était à — 10 degrés. Il y avait alors 15 degrés de différence entre la température de Vappartement et la température du dehors ; le courant de transmission de la température du dedans au dehors devait être bien intense, et cependant il était sans action sur le liquide contenu dans le thermoroscopes Lorsque la tempéxature générale est supérieure à + 15 degrés; il suflit d’un ; 36, *

quart de degré de différence entre la température de l'ap-

partement et celle du dehors pour que le courant dechaleur

qui résulte de cette inégalité provoque une circulation dans le thermoroscope. Ainsi l’absence de la circulation lorsque la température est au-dessous de H 10 degrés, tient évidemment à ce que les molécules du liquide étant fort rapprochées par la perte d’une partie du calorique qui les écartait les unes des «autres , elles sont alors soumises à une attraction réciproque plus forte, ce qui leur donne une force: d'inertie à l'aide de laquelle elles résistent davantage au mouvement que le courant de la chaleur tend à leur imprimer. En effet, si l’on détruit momentanément cette force d'inertie au moyen d’une légère agitation du liquide, la circulation s'établit dans Le sens du courant de la chaleur, et dure pendant quelque temps, ce qui prouve que Je courant de la chaleur exerce alors son action sur les molécules du liquide pour les déterminer à se mouvoir. L’ébranlement des molécules du liquide est donc une condition préalable nécessaire pour que ces molécules soient mises en mouvement par le courant de la chaleur, lorsque ce courant est trop faible pour opérer à lui seul ce mouvement. Un thermoroscope dont le liquide est à la température de + 5 degrés R., non-seulement ne présente plus de circulation sous l'influence des courans de la chaleur qui existent dans latmosphère, mais les rayons mêmes du soleil le frappent vainement pendant quelques minutes; ils n’y produisent point de circulation, ce n’est que lorsque leu* action prolongée a suffisamment augmenté la \émgérature du liquide que celui-ci circule. Ce même liquide, cependant, lorsqu'il possède. une température supérieure à -E 15 degrés, présente une circulation dont la rapidité devient très considérable à l'instant même qu’il est frappé par les rayons so-

hüres.

Ces faits prouvent que la mobilité moléculaire de l'eau

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est beaucoup plus grande quand elle est échauffée, que lorsqu’elle est refroidie , ce qui avait déjà été prouvé d’une autre manière par les expériences de M. Girard sur l’écoulement des liquides par les tubes capillaires. Ces faits prouvent en mème temps, ce me semble , que le mouvement de la chaleur dans les corps est d'autant plus facile que ces corps possèdent une température plus élevée. L'eau qui tient en solution des substances acides , alcalines ou salines, offre plus de mobilité moléculaire que eau pure, car les circonstances extérieures étant les mêmes, elle circule beaucoup plus vite. C’est ce dont je me suis'assuré en mettant en expérience les uns à tôté des autres des tubes semblables qui contenaient les uns de l’eau pure, les autres , de l’eau avec addition d’une petite quantité d’acide, d’alcali, ou d’un sel quelconque. Lorsque la température générale n’avait point assez d’intensité pour déterne. circulation de l’eau pure, l’eau acide, alcaline ou saline circulait très bien. L’eau pure cesse de circuler lorsque la température générale est à + 10 degrés R. L’eau acide, alcaline ou saline circule à des degrés inférieurs et variables de température générale. J’ai vu l’eau acidulée circuler très bien, la température générale étant à + 5 degrés, tandis que fete pure d’un thermoroscope contigu était complètement immobile. Ainsi il est certain que l’eau à laquelle on ajoute un acide , un alcali ou un sel, éprouve par cette addition, une augmentation de mobilité moléculaire qui rend ses molécules susceptibles d’obéir à des causes de mouvement qui, dans les mêmes circonstances , n’agissent point pour mouvoir les molécules de l’eau pure.

* La pression exercée par la pesant d’une colonne de liquide sur les molécules de ce même liquide qui occupent la partie inférieure est un obstacle à leur mobilité. Celles de ces molécules qui sont à la partie supérieure étant les moins pressées, obéiront par cela même avec plus de faci-

lité aux causes qui tendront à les mouvoir. Ainsi, j'ai expérimenté qu’un tube vertical long de trois pieds étant rempli d eau la circulation ne pénétrait qu’à environ deux pieds de profondeur, encore avant d’arriver jusque-là Pereele une diminution graduelle de vitesse jusqu'à ce que son mouvement cessät tout-à-fait de pénétrer plus avant. | J'avais remarqué plusieurs fois que le matin la circulation du thermoroscope était beaucoup plus lente que lorsque la lumière était devenue plus intense, et cela quoique’ la témpératyre n’eût pas varié. Cela me fit soupconner que la lumière avait uñe influence sur ce mouveïnent circulatoire. Pour m’en assurer, j’établis auprès d’une fenêtre éclairée par la seule lumière diffuse, deux thermoroscopes . dont la circulation s’établit sur-le-champ. Alors je couvris un de ces tubes avec un récipient de carton, et l’autre avec ün récipient de verre. Au bout de 20 minutes, 0 la circulation complètement suspendue dans le tube couvert avec le récipient opaque; elle se rétablit moins d’une minute après le retour de la lumière. Quant au tube qui avait été couvert avec le récipient de verre, il ne cessa point de présenter la circulation, seulement ce mouvement sé"irouva un peu diminué de vitesse. Ges expériences qui semblaient établir bien décidément l'influence de la lutière Sur la circulation du liquide contenu dans le thermoroscope , n'étaient cependant point au-dessus de toute objection: Le carton est moins facilement perméable à la chäleur que le verre , il serait done possible que le courant de la chaleur alors existant dans l'appartement eût continué à s’effectuer au travers des parois du récipient de verre, ét éût été arrêté par les parois du récipient de carton, en sorte que ce serait encore ici l’absence du courant de la chaleur, ét non l’absence de la lumière, qui aurait amené la suspénsion de la circulation. Cette manière de voir semble

même étayée par le fait de la diminution de vitesse de la circulation dans le tube que recouvrait le récipient de verre. Ce récipient, en effet, opposait aussi un obstacle quelconque à la transmission du courant de la chaleur; la di- minution de ce courant dans l’intérieur du récipient avait

diminué la vitesse de la- circulation ; si lobetele eût élé plus grand, la circulation eût été suspendue tout-à-fait. Ainsi, en supposant que l’absence de la lumière eût véritablement une influence sur la suspension de ce phénomène circulatoire, äl fallait admettre que cette suspension était en même temps l’effet de la difninution du courant de la chaleur auquel le thermoroscope était soumis. Afin d'apprécier ce qui pouvait être dü à la lumière dans cette circonstance , il était nécessaire d’étudier son influence dans des circonstances où le courant de la chaleur ne variait pas du tout. Un thermoroscope étant donc placé près d’une fenêtre fermée et éclairée par la seule lumière diffuse , j'observai la circulation jusqu’au soir. Le lendemain, dès la naissance du jour, je retournai à l’observation du thermoroscope, et je trouvai la circulation complètement suspendue. Le ciel était alors couvert de nuages, ce qui contribuait à diminuer l'intensité de la lumière naissante, Je notai le degré de la température dans lintérieur de Pappartement et le degré inférieur de la température au dehors. Trois quarts d’heure après, la lumière ayant augmenté d'intensité, la circulation commença à s’établir d’une manière lente. Cependant la température intérieure et la température extérieure n'avaient point varié; par conséquent , le courant de la chaleur qui se portait du dedans de l'appartement au dehors était toujours le même. Quelques heures après , la circulation était devenue très rapide, ce qui coïncidait avec l'augmentation considérable de l’intensité de la lumière. Cependant la température extérieure avait augmenté, tandis que la température intérieure était

demeurée la même; par conséquent, le courant de la chaleur toujours dirigé du dedans au dehors , avait perdu une partie de son intensité, ce qui devait être une cause de diminution de rapidité de la circulation. Or cette rapidité de la cirgulation était, au contraire, augmentée; donc cette augmentation était due à l'intensité augmentée de la lumière. Pendant la nuit, le courant de la chaleur dirigé du dedans au dehors existait; il agissait sans obstacle sur le thermoroscope, et cependant la circulation n'existait pas. Je m’en assurai en ‘éclairant instantanément le thermoroscope avec la lumière d’une bougie; donc la suspension de cette circulation était due à l'absence de la lumière. Peut-être pourrait-on penser que, dans cette éirconstance, la lumière, même lorsqu’elle est diffuse, agit en échauffant le côté du tube qu’elle frappe, et facilite ainsi la circulation du liquide qu'il contient. Gette objection tombe d’ellemême devant l'observation qui fait voir que le matin, lorsque la circulation recommence, après le repos de la nuit, le courant ascendant est toujours situé du côté opposé à celui qui est frappé par la lumière , et cela parce que l'air de l'appartement est alors plus échauffé que Pair extérieur.

L'absence de la lumière diffuse ne produit la suspension de la circulation du thermoroscope que lorsque cet instrument est rempli d’eau pure. Cette suspension n’a point lieu lorsque l’eau contient un acide, un alcali ou un sel. Cette suspension n’a point lieu non plus lorsque la température excède —L 15 degrés. Cela provient de ce que l’eau qui contient un acide, un alcali ou un sel en solution, possède une mobilité moléculaire supérieure à celle de l’eau pure et’ suffisante pour que sa circulation existe sans avoir besoin de l'influence de la lumière, et malgré que la température soit inférieure à + 10 degrés. Lorsque la température générale est supérieure à —L 15 degrés R., l'eau

pure acquiert également une mobilité moléculaire suffisante pour circuler sans avoir besoin de l’influence de la lumière diffuse. Ainsi au dessous de + 10 degrés R. , l’eau pure ne circule point dans le thermoroscope par l'effet des faibles courans de chaleur tels qu'ils existent ordinairement dans l'air d’un appartement. De + 10 degrés à + 15 degrés, l’eau pure circule le jour et cesse de circuler la nuit. Il paraît que l’action de la lumière diffuse donne à l’eau une augmentation de mobilité moléculaire qu’elle perd dans l’absence de cet agent. Enfin au-dessus de + 15 degrés, l’eau, en vertu de l'élévation de sa température, possède assez de mobilité moléculaire pou circuler continuellement dans le thermoroscope soumis k plus faibles courans de chaleur.