Notice sur les travaux scientifiques, février 1876

Recherches sur la propagation de la chaleur dans les principales espèces minérales et en général dans les substances dont la structure ou la texture bien qu’homogène varie avec la direction.

Après plus de dix ans d’étude, je suis parvenu à un assez grand nombre de résultats, qui sont disséminés dans plusieurs publications. Je profite de ce court résumé, pour les réunir, et pour montrer comment ils se relient

On se rappelle le procédé de Senarmont qui consistait à percer d’un trou les plaques soumises à l’étude, après tes avoir enduites de cire, à faire passer par le trou une tige dont on chauffait une extrémité. La chaleur détermine la fusion de la matière grasse, et celle-ci' après son refroidissement dessine des bourrelets qui ont la formé d’ellipses ou de cercles qu’on peut appeler isothermes, puisque les rayons vecteurs de ces courbes mesurent les distances auxquelles parvient suivant leur direction la température né*

cessaire à la fusion d’une même substance. Par ce moyen, de Senarmont a vérifié sur un nombre suffisant, quoique bien restreint, de matières cristallisées, ce fait fondamental, que la chaleur se conforme comme la lumière à la symétrie générale de la cristallisation.

En reprenant ces études, j’ai observé des relations plus générales que celles qui avaient été énoncées par de Senarmont, entre la structure des corps et leurs pouvoirs conducteurs pour la chaleur dans les différentes directions.

Pour ces expériences, il fallait percer les plaques, ce qui est dangereux au point de vue scientifique, comme au point de vue matériel. De plus, il était difficile de trouver la position vraie des axes des courbes par rapport aux lignes du plan où on les produisait.

J’ai pu éviter le forage des plaques en les chauffant au moyen d’une petite sphère ou d’un petit cône de platine, dans lesquels s’engagent les extrémités de deux fils de même métal, mis en communication avec les deux pôles d’une pile. De cette façon, la partie qui échauffe la plaque est plus chaude que celle qui amène le courant avant sa transformation en chaleur {Am. Chimie et Phys. 4“ série. Tome XXIX, p. 5). En outre, j’ai imaginé depuis peu de temps une lunette qui permet de trouver la position des axes des courbes par rapport à des lignes situées dans leur plan. (Voy. Bull. Soc. gèol. Fr. 3“ Série, Tome III, p, 499).

Au moyen de ces deux appareils, j’ai déjà étendu beaucoup le champ de ces recherches, et j’ai construit l’ellip-

soïde des conductibilités thermiques dans des espèces minérales sur lesquelles de Senarmont n’avait pu opérer. Le temps m’a seul manqué pour en observer à cet égard un plus grand nombre.

Mais je n’ai pas restreint le champ de mes observations aux corps cristallisés. Je l’ai poursuivi dans les substances dont la texture reste homogène dans une même direction. Telles sont les roches et les matières à texture schisteuse.

De l’ensemble de ces données j’ai pu tirer les règles générales, qui suivent :

Dans les minéraux, la chaleur se propage moins facilement dans la direction perpendiculaire à un plan de clivage que parallèlement à ce plan.

Dans les matières à texture schisteuse, la chaleur se propage moins facilement dans la direction normale que dans les directions parallèles aux feuillets.

Si le cristal ou la matière schisteuse présente plusieurs plans de clivage ou de schistosité rectangulaires entre eux, c’est l’intersection de ces plans qui détermine la direction de propagation plus facile.

S’il y a des plans de clivage symétriques par rapport à un axe du cristal, on prend l’angle de la droite et du plan; lorsque cet angle est inférieur à la moitié d’un angle droit, l’axe est une direction de propagation plus facile que les directions perpendiculaires.

Telles sont les règles que j’ai cru pouvoir énoncer relativement à la propagation de la chaleur dans les corps. Je n’ai rencontré d’exceptions réelles, dans les substances mi-

nérales, que celles du calcaire et des feldspaths. Mais elles se relient à la propriété que ces espèces présentent de se contracter lorsqu’on les chauffe, ce qui tend à donner aux plans de clivage dans le calcaire la position où ils satisferaient à la loi générale.

Dans les roches à texture schisteuse, il n’y a pas d’exception ; et cette propriété de conduire mieux la chaleur suivant les plans de schistosité les distingue de celles qui ne leur ressemblent que par une simple stratification.

Les plans de clivage des minéraux se distinguent de même des plans dits de séparation, en ce que ceux-ci n’exercent aucune influence sur la position des axes thermiques,, tandis que les véritables directions de clivage déterminent l’orientation de ces axes comme nous l’avons dit plus haut. Tous ces résultats sont de la plus grande netteté. J’ose dire que personne ne les avait énoncés avant

La relation des axes des courbes de conductibilité thermique et des plans de clivage ou de leurs intersections dans les minéraux en entraîne nécessairement d’autres. Car entre les plans de clivage, ou de schistosité, il y a moins de cohésion qu’entre d’autres directions planes. Aussi ai-je énoncé .plusieurs fois de la manière suivante la règle générale que j’ai posée. La chaleur se propage plus facilement entre les plans qui ont entre eux le moins de cohésion.

Or, à cette cohésion minima, normale aux plans entre lesquels elle s’exerce, en correspond une autre mayirna

parallèle à ees mêmes plans. C'est ce qui a été admis par presque tous les cristallographes. Bravais, comme je l’ai dit plusieurs fois dans mes différentes notes, avait appelé cohésion normale celle qui s’exerce entre deux plans parallèles menés au travers d’un cristal, et tangentielle celle qui retient les uns auprès des autres les éléments matériels qui constituent un de ces plans.

Or, la première de toutes les observations que j’avais faites était celle-ci. Je perçais un trou dans une lame de gypse, à faces parallèles au plan du clivage facile, le plan g 1 des cristallographes modernes, lorsque je vins à exercer une certaine pression sur la partie que ce forage n’avait pas encore atteinte. La pression écartant cette partie de la supérieure, il se logea entre les deux de l’air qui pénétra par le trou, et cet air dessina des courbes colorées, du genre de celles qu’on appelle anneaux colorés de Newton. L’on observe souvent des plages colorées d’une manière analogue, mais à contours fort irréguliers dans des masses de gypse, qui ont reçu des chocs accidentels, et que les enfants appellent pierres à Jésus. Si la cohésion restait la même pour tous les points du plan g 1 dans le gypse, les anneaux colorés dont je viens de parler auraient la forme de cercles. Il n’en est pas ainsi ; la courbe est une ellipse dont les axes coïncident comme position et comme grandeur avec ceux de l’ellipse de conductibilité thermique. Or, comme la courbe dessinée par des anneaux colorés mesure les flexions des différentes lignes du plan g 1 autour d’un même centre sur lequel on exerce un même

effort, et comme ces. flfixions sont modéréos par des résistances longitudinales, ou pour parler le langage des cristalïographes par des cohésions tangentielles, on voit qu’il y a là une relation fondamentale dans les corps cristallisés, minéraux ou chimiques, entre les cohésions tangentielles et les pouvoirs conducteurs pour les différentes directions autour d’un même point. J’ai pu déterminer des anneaux colorés du même genre par ce même procédé dans le sulfate'de Baryte,' et dans plusieurs variétés de mica; j’y ai observé dé même leur coïncidence avec les courbes de conductibilité thermique. On voit que ces dernières courbes mèneront évidemment à la mesure des cohésions langenlielles. J’ai commencé une série de mesures directes de ces résistances longitudinales à la flexion pour les différentes directions du plan g 1 dans le gypse, et j’en publierai prochainement les résultats.

En résumé, l’observation de ces courbes et un assez grand nombre d’expériences ont amené l’auteur à découvrir un certain nombre de relations importantes. 11 a déjà signalé en même temps plusieurs conséquences qui s’en déduisent immédiatement; les unes relatives à l’origine de ces variations que subit l’accroissement de la température avec la profondeur où on l’observe dans les différentes roches de l’écorce du globe terrestre : les autres relatives à la distinction des roches vraiment schisteuses et des roches stratifiées, ainsi qu’à celle des vrais et des faux clivages dans les minéraux. Enfin, les procédés qu’il a imaginés lui permettent d’espérer qu’il pourra étudier peu à

peu les courbes de conductibilité thermique dans la plupart des espèces minérales, et ajouter celte connaissance à celle qu’on possède déjà de leurs propriétés optiques, grâce aux travaux de Biot, deBrewster, et en particulier de M. DesCloizeaux.

L’auteur a publié récemment sur ce même sujet une note qui paraîtra dans peu de temps dans le Bulletin de la Société Géologique de France (séance du 20 décembre 1875) ; il y donne une explication de ces relations. Il pense que les vibrations de la chaleur étant transversales comme celles de la lumière, c’est-à-dire perpendiculaires à la direction de leur propagation, elles doivent avoir plus d’amplitude, là où s’exerce une cohésion plus faible ; par conséquent, si un rayon de chaleur suit une des directions d’un plan de clivage, ses vibrations étant perpendiculaires à ce plan, c’est-à-dire parallèles à une cohésion plus petite, il conservera une intensité plus grande.

Tous ces faits sont nets;,qu’ils puissent s’appliquera l’étude des corps cristallisés, et particulièrement des minéraux, cela ne laisse aucun doute. ’

En outre, l’auteur les trouve parfaitement d’accord avec les résultats obtenus par M. Tresca dans ses travaux sur l’écoulement des corps solides, et par M. Daubrée dans ses recherches sur la production de la schistosité dans les roches. Car, lorsque les particules d’un corps prennent les unes par rapport aux autres des orientations particulières, il en résulte une symétrie correspondante des cohésions, et du mode de propagation de la chaleur dans ce corps.