RECHERCHES DE GAY-LUSSAC SUR LES DILATATIONS

Peu de temps avant que Gay-Lussac, devenu membre de l'Institut, commençât à appliquer son talent expérimental à l'étude des changements de la force élastique des

gaz avec la température, à la formation et à la diffusion des vapeurs, le même champ de recherche était exploité en Angleterre par un homme également supérieur, Dalton, que l'Académie a compté parmi ses huit associés étrangers. Dalton, quoique son génie ne fût méconnu d'aucun de ses compatriotes, occupait, dans la petite ville de Dumphries , la position très-humble et très-peu lucrative de professeur particulier de mathématiques, et ne pouvait disposer dans ses expériences que d'instruments imparfaits. 11 n'y aurait donc eu aucune inconvenance à soumettre ses résultats à des vérifications soigneuses. Mais Gay-Lussac ne connaissait pas les travaux de l'illustre physicien anglais, car il n'en fait aucune mention dans l'historique très-développé et très-instructif des expériences faites par des physiciens qui l'avaient précédé. Dalton avait trouvé que l'air se dilate de 0.392 dans l'intervalle compris entre 0 et 100° du thermomètre centigrade. Déjà antérieurement, comme je m'en suis assuré sur un document imprimé, Voila avait donné pour cette dilatation 0.38. Enfin, en 1807, Gay-Lussac trouva 0.375. Ce nombre a été généralement adopté jusqu'à ces derniers temps , et employé par tous les physiciens de l'Europe.

D'après les dernières déterminations de Rudberg , de MM. Magnus et Regnault, la valeur de la dilatation de l'air donnée par Gay-Lussac serait en erreur d'environ l/36e ; notre confrère n'a jamais réclamé contre le nombre 0.3665 substitué par notre confrère, M. Regnault, au nombre 0.375 qu'il avait donné. Mais quelle pouvait être la cause réelle de cette différence? Gay-Lussac ne s'est

point expliqué publiquement sur ce désaccord. Ne prévoyant pas la catastrophe prématurée qui nous Fa enlevé, j'ai commis la faute de ne pas l'interroger directement à ce sujet. Il n'est pas cependant sans intérêt de rechercher comment un physicien aussi soigneux a pu se laisser induire en erreur.

Un professeur allemand, célèbre par l'importance de ses découvertes en acoustique, M. Chladni, vint à Paris il y a quelques années.

Sous l'impression des difficultés qu'il avait rencontrées dans tous ses travaux, il disait avec un ton pénétré et des gestes de dépit que personne n'aura oubliés, car par leur exagération ils touchaient presque au ridicule : « Quand vous voulez soulever le plus petit coin du voile dont la nature s'enveloppe, elle répond invariablement non! non! non! » Chladni aurait pu ajouter qu'au moment où elle paraît céder, elle entoure l'observateur d'embûches dans lesquelles les plus habiles tombent sans s'en douter. Quelles ont pu être dans les expériences de Volta, de Dalton , de Gay-Lussac, les causes d'erreurs dont ces physiciens illustres ne se seraient pas aperçus? J'ai entendu dire que la goutte de mercure destinée à intercepter la communication du vase dans lequel l'air se dilatait et de l'atmosphère extérieure, laissant un peu de vide et ayant donné passage à une portion de l'air dilaté, ne s'était pas déplacée autant qu'elle l'aurait fait sans cela; mais cette cause eût évidemment donné un coefficient trop faible, et c'est en sens contraire que pécherait, d'après les observations récentes, le nombre auquel Gay- Lussac s'arrêta. Il est bien plus probable que les parois

intérieures du vase dans lequel le célèbre académicien opéra , ne furent pas suffisamment desséchées, que l'eau hygrométrique attachée au verre, aux basses températures, s'évapora lorsque l'appareil fut soumis à des températures élevées, qu'elle augmenta ainsi, sans qu'on eût aucun moyen de le reconnaître, le volume du fluide élastique sur lequel on croyait opérer. J'indique cette cause avec d'autant plus de confiance, qu'il est aujourd'hui constaté que les verres, selon leur composition et même selon leur degré de cuisson , sont diversement hygrométriques ; en sorte que le degré de chaleur qui amènerait à une dessiccation complète un de ces verrez, serait insuffisant quand on opérerait dans un autre appareil. Gay- Lussac avait parfaitement compris l'effet que devait produire l'eau hygrométrique, et il attribuait à cette cause les erreurs de ses devanciers. Ainsi ce sera en suivant avec un peu plus de précaution la route tracée par notre ami , qu'on aura découvert ce 36e d'erreur qu'on lui attribue ; cette erreur ne pourra donc faire aucun tort réel à la juste, à la légitime réputation d'exactitude que ce savant physicien avait déjà conquise et que des travaux ultérieurs ont si amplement justifiée.

Lorsque Gay-Lussac s'occupait de la détermination numérique de la dilatation qu'éprouvent les fluides élastiques par la chaleur, nos plus habiles physiciens pensaient que le coefficient n'est pas le même pour divers gaz. Témoin cette phrase de Monge que j'emprunte à son Mémoire sur la composition de l'eau :

« Les fluides élastiques ne sont pas tous également dilatables par la chaleur, » Gay-Lussac trouva , dans

les limites où ses expériences restèrent renfermées, que c'était là une erreur. Depuis lors on est revenu à la première opinion. A vrai dire elle est presque une conséquence du fait constaté par Davy et surtout par notre confrère M. Faraday, que les substances gazeuses sont liquéfiées sous des pressions accessibles et différentes pour chacune d'elles.

SOCIÉTÉ D'ARCUEIL. — MÉMOIRES SUR LE MAGNÉTISME. — LOIS DES COMBINAISONS GAZEUSES. — CATHÉTOMÈTRE.

En 1807, Berthollet forma une Société scientifique particulière, composée d'un très-petit nombre de personnes, qu'on appela Société d'Arcueil, du nom de la commune , voisine de Paris , dans laquelle se trouvait la maison de campagne de l'illustre chimiste. Gay-Lussac, comme chacun peut le deviner, fut un des premiers membres de la Société nouvelle.

Avant d'aller plus loin, disons un mot des critiques auxquelles donna lieu, dans le temps, cette sorte de démembrement de la première classe de l'Institut. C'était, pour de jeunes débutants dans la science, une circonstance éminemment flatteuse que d'avoir pour premiers juges et conseils dans leurs travaux, des hommes d'une célébrité européenne, tels que les Laplace, les Berthollet, les Humboldt, etc.; mais pourrait-on assurer que des idées préconçues, auxquelles les meilleurs esprits s'abandonnent plus facilement dans une réunion pour ainsi dire intime, que devant un public nombreux, ne fussent pas de nature à arrêter la spontanéité du génie

et à courber ses recherches sous un niveau convenu? D'autre part, le désir de donner des preuves de fécondité, en présence' des savants les plus célèbres de leur époque, ne devait-il pas quelquefois amener des esprits enthousiastes à se jeter dans des théories hasardées?

Quoi que l'on puisse penser de ces doutes que je mentionne avec une extrême réserve, le jugement indépendant et sobre de Gay-Lussac l'aurait mis à l'abri des influences qui ne se fussent exercées que sous le couvert d'un mérite éminent et des utopies de l'imagination. Ses publications clans les trois volumes des Mémoires de la Société d'Arcueil, méritent à tous égards par leur variété, leur nouveauté, et aussi par leur exactitude, de prendre la place la plus distinguée dans une histoire impartiale de la science.

Le premier volume du recueil publié par la Société d'Arcueil , commence par un Mémoire dans lequel Gay- Lussac a réuni les résultats de toutes les observations magnétiques faites de concert avec M. de Humboldt, pendant le voyage de France, d'Italie et d'Allemagne, dont nous avons déjà longuement parlé. Cette branche de la science a notablement progressé depuis quelques années, et néanmoins on peut recommander avec confiance aux physiciens les pages dans lesquelles Gay-Lussac examine toutes les causes d'erreur qui peuvent affecter les mesures d'inclinaison, d'intensité, et les précautions à prendre pour s'en affranchir. On sait aujourd'hui que la force horizontale qui dirige l'aiguille aimantée est sujette à une variation diurne qui dépend en partie, mais en partie seulement, d'une variation correspondante dans

l'inclinaison. On a appris également que dans un lieu donné et à une époque donnée, la durée des oscillations d'une aiguille dépend de sa température; on aurait donc maintenant, si l'on entreprenait un voyage magnétique, à tenir compte de toutes ces causes perturbatrices ; mais, disons-le sans flatterie, à l'époque où il fut publié, le travail de MM. de Humboldt et Gay-Lussac était un modèle.

Si nous jetons les yeux sur le second volume des Mémoires d'Arcueil, nous y trouvons, entre autres travaux très-dignes d'intérêt, un Mémoire sur la combinaison des substances gazeuses entre elles; ce Mémoire contient des résultats tellement remarquables, tellement importants, qu'on a pris l'habitude de les appeler les lois de Gay-Lussac.

Il me serait maintenant très-difficile de tracer un historique détaillé et parfaitement exact de la théorie atomique. Cet historique devrait, je crois, remonter à Iïiggins, chimiste irlandais, dont l'ouvrage, publié en 1789, ne m'est connu que par de très-courtes citations de Humphry Davy. Viennent ensuite les recherches de Dalton, qui sont de 1802. Ce qu'il y a de certain , c'est que la loi des volumes fut démontrée expérimentalement par notre confrère en 1808, sans que notre ami eût rien appris des premiers essais plus ou moins systématiques de ses prédécesseurs.

Les lois dont nous parlons peuvent être énoncées en ces termes :

Les gaz, en agissant les uns sur les autres, se combinent en volume dans les rapports les plus simples ; tels sont ceux de 1 à 1, de 1 à 2, ou de 2 à 3.

Non-seulement ils ne se réunissent que dans ces proportions, mais encore la contraction apparente de volume qu'ils éprouvent quelquefois par la combinaison , a aussi un rapport simple avec le volume d'un des gaz combinés.

Gay-Lussac a plus tard eu la hardiesse de déduire de ses lois la densité des vapeurs de plusieurs corps solides, tels que le carbone, le mercure, l'iode, parties intégrantes de certaines combinaisons gazeuses. Cette hardiesse, comme des expériences ultérieures l'ont prouvé, a été couronnée d'un plein succès.

Récemment, on a cru pouvoir déduire de l'inégale dilatation des divers gaz par la chaleur, la preuve que la loi des volumes n'est pas mathématiquement exacte. Supposons, disent implicitement les savants critiques, que deux gaz se combinent à volume égal , à une température déterminée , à celle de 20 degrés centigrades , par exemple , et que la combinaison se fasse de molécule à molécule : portons à 60° la température des deux gaz. Si à 20° des volumes égaux renfermaient le même nombre de particules élémentaires , il n'en sera plus ainsi à 40° ; ce seront donc des volumes inégaux qui entreront en combinaison, en supposant que l'union doive toujours s'effectuer de molécule à molécule.

On voit que la critique implique la vérité absolue de la théorie atomique des combinaisons, laquelle, par parenthèse, peut paraître moins bien établie que la loi de Gay-Lussac.

Ne serait-ce pas d'ailleurs un hasard bien singulier qui aurait conduit notre confrère à opérer précisément aux températures où la loi serait rigoureusement exacte?

Remarquons, en point de fait, que, dans l'étude de la nature , il n'est presque jamais arrivé que l'expérience ait conduit, à travers quelques légères déviations, à des lois simples , sans que ces lois soient devenues les régulatrices définitives des phénomènes : le système du monde offre un exemple frappant de cette vérité. Les lois du mouvement elliptique des planètes ne sont exactes qu'en négligeant les inégalités connues sous le nom de perturbations , et qui placent chaque planète tantôt en avant, tantôt en arrière de la position que les immortelles vues de Kepler lui assignent.

Si jamais on établit par des expériences directes que les principes posés par Gay-Lussac ne se vérifient pas lorsque les températures viennent à varier, ce sera le cas de chercher s'il n'existe point une cause naturelle à laquelle ces perturbations puissent être attribuées.

Dans le cadre restreint qui m'est tracé , je ne pouvais présenter sur la question délicate que j'ai osé aborder , que de simples doutes; en tous cas, l'assimilation dont ils m'ont donné la pensée me semble de nature à satisfaire les partisans les plus enthousiastes de la gloire scientifique de Gay-Lussac.

Lorsque Laplace , envisageant sous un jour nouveau les phénomènes capillaires, désira comparer les résultats de ses savants calculs à ceux de l'observation ; lorsqu'il voulut avoir à ce sujet le dernier mot de l'expérience, il s'adressa à Gay-Lussac. Celui-ci répondit complètement à la confiance de l'immortel géomètre. Je dois faire observer que l'instrument qu'il imagina est dans de petites dimensions, celui-là même qui sous le nom de cathéto-

mètre est devenu d'un usage si général parmi les physiciens. Je laisse à ceux qui se croiront en droit de le faire, le soin de réclamer la priorité quant à l'emploi du mot de cathétomètre, généralement adopté aujourd'hui; mais l'instrument, dans son principe et même dans sa forme, n'en restera pas moins une des précieuses inventions dont notre confrère a doté la science.