COMPOSITION DE L’AIR ATMOSPHÉRIQUE

1!) analyses d’air pris à la campagne, en Alsace, pendant les mois d’octobre, novembre et décembre 1839, de février et mars 1840, par une saison rigoureuse, ont donné à M. Boussingault les résultats suivants : proportion moyenne d’acide carbonique 3,69, minimum 2,57, maximum 4,94. — Ces résultats rapprochés de ceux de Théodore de Saussure tendent à établir que l’air des grandes villes contient un peu plus d’acide carbonique que l’air des campagnes.

Du 1er au 31 décembre 1847, entre le Havre et le port de Santa-Marta de la Nouvelle-Grenade, M. Lévy a exécuté en mer onze prises d’air et a obtenu les résultats suivants : proportion moyenne générale

d’acide carbonique 4,63; pendant la nuit, la proportion moyenne est tombée à 5,46, pendant le jour elle s’est élevée à 5,50. Contrairement aux résultats obtenus par Théodore de Saussure à Genève et par M. Boussingault à Paris, la proportion d’acide carbonique, sur l’Atlantique et sur la mer des Antilles, est donc plus considérable le jour que la nuit; cette augmentation diurne, signalée par M. Lévy, doit évidemment être attribuée à un dégagement des gaz dissous dans les eaux de la mer dû à réchauffement de ces eaux pendant le jour.

Il résulte des analyses exécutées par M. Lévy sur le plateau de Bogota que, par un ciel couvert pendant la saison des pluies, la proportion moyenne

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d’acide carbonique était 5,82, tandis que, par un ciel découvert, pendant la belle saison, la moyenne s’élevait à 4,57. Ces recherches s’accordent avec les observations de Théodore de Saussure aux environs de Genève pour établir qu’à la suite des grandes pluies, la proportion d’acide carbonique est plus faible dans l’atmosphère.

Pendant son séjour à Bogota, M. Lévy a constaté un fait d’une haute importance. — Du 7 mai au 1er septembre 1848, la proportion moyenne d’acide carbonique ne dépassa pas 4,39. — Du 1er au 9 septembre, la proportion moyenne monta à 19,79, et, dans la journée du 5 septembre, la proportion s’éleva au chiffre énorme de 49,04; pendant tout ce temps, la proportion moyenne d’oxygène se maintint un peu au-dessus de la moyenne. — Le 10 septembre, la proportion d’acide carbonique tomba à 4,68 et redevint normale. — Cette perturbation passagère si considérable accuse évidemment l’intervention de causes générales et très-puissantes, dont la nature est inconnue et mériterait d’être recherchée avec

soin.

NATURE ET ÉQUIVALENT MÉCANIQUE DE LA CHALEUR (page 53.)

L’idée de considérer la chaleur comme le résultat des vibrations des dernières particules des corps n’est pas nouvelle dans la science. — Dans le vingtième aphorisme du second livre du Novnm Organum , Bacon déduit, de l’analyse de quelques phénomènes naturels, que la chaleur (considéré en elle-même et non pas relativement à nos sensations) est un mouvement expansif, qui s'opère flans les molécules des corps ; un mouvement du centre à la circonférence qui se fait sans lenteur avec une certaine rapidité et même de l'impétuosité. — Dans son premier discours sur les météores1, Descartes s’exprime ainsi : «Je suppose premièrement que l’eau, la terre, l’air et tous les autres corps qui nous environnent, sont composés de plusieurs petites parties de diverses figures et grosseurs, qui ne sont jamais si bien arrangées, ni si justement jointes ensemble, qn’il ne reste plusieurs intervalles autour d’élles, et que ces intervalles ne sont pas vides, mais remplis de cette matière fort

1 Œuvres de Descartes , publiés par Victor Cousin. Paris, 1824. Tome V, pages 159, 100, 102, 172.

subtile , par l'entremise de laquelle j’ai dit ci-dessus que se communiquait V action de la lumière ... De plus il faut penser que cette matière subtile qui remplit les intervalles qui sont entre les parties de ces corps est de telle nature ., qu’elle ne cesse jamais de se mouvoir çà et là grandement vite ... Pour le chaud et le froid) il n’est point besoin de concevoir autre chose, sinon que les petites parties des corps que nous touchons, étant agités plus ou moins fort que de coutume y soit par les petites parties de cette matière subtile, soit par telle autre cause que ce puisse être, agitent plus ou moins les petits filets de ceux de nos nerfs qui sont les organes de l'attouchement; et que, lorsqu’elles les agitent plus fort que de coutume, cela cause en nous le sentiment de la chaleur, au lieu que, lorsqu’elles les agitent moins fort, cela cause le sentiment de la froideur. Et vous pourrez connaître par expérience que c’est en cette agitation des petites parties des corps terrestres que consiste la chaleur. »

Dans son Traité de la Lumière, lluygens dit, avec cette supériorité de vues qui éclate à chaque page de ses écrits : « Omnium effectuum naturalium causæ concipiuntur per rationes machanicas , nisi velimus omnem spem objicere aliquid in physicis intelligendi. »

Newton, dans la Ve question du troisième livre de son Optique , parle de l’action réciproque des

corps et (le la lumière ; il s'exprime ainsi : « Les corps et la lumière n’agissent -ils pas mutuellement l’un sur l’autre, c’est-à-dire les corps sur la lumière, en la répandant de tous côtés, la réfléchissant, la rompant et la pliant; et la lumière sur les corps, en les échauffant et en donnant à leurs parties un mouvement de vibration en quoi consiste la chaleur? » Et il ajoute, questions VI, XXIX et XXXI : « Les corps noirs ne sont-ils pas plus aisément échauffés par la lumière, que ceux de toute autre couleur, par la raison que la lumière qui tombe sur les corps noirs n’est pas réfléchie au dehors, mais entre dans ces corps, et y est réfléchie et rompue en dedans, jusqu à ce qu’elle soit éteinte et perdue ?... Les corps transparents agissent en éloignement sur les rayons de lumière en les rompant, les réfléchissant et les pliant : les rayons à leur tour agitent , à certaine distance, les particules de ces corps pour les échauffer ... Ces liqueurs ne sont pas plutôt mêlées ensemble qu'elles contractent une si grande chaleur, qu’il en sort une flamme brûlante ; la véhémence et la soudaineté de cette chaleur ne prouvent-elles pas que ces deux liqueurs se mêlent avec violence, et que leurs parties portées rapidement les unes contre les autres, en se mêlant ensemble, s’entre-choquent d'une très-grande force?... Dans les fermentations, les particules des corps qui étaient presque en repos, sont mises en de nouveaux mouvements par un prin-

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cipc Irès-puissant qui n’agit sur elles que lorsqu’elles sont fort proches les uns des autres et qui fait qu’elles se rencontrant et s’entre-choqucnt avec une extrême violence, que échauffées par ce mouvement , et venant à se froisser et à se briser les unes les autres, elles s’exhalent en air, en vapeur et en flamme ... »

Locke a très-heureusement exprimé la même opinion sur la nature de la chaleur : « La chaleur, ditil, est une très-vive agitation des parties insensibles de l’objet qui produit en nous la sensation qui nous fait dire que cet objet est chaud ; de sorte que ce qui, dans notre sensation, est de la chaleur, n’est dans l’objet que du mouvement. »

Barthez1, après avoir discuté la théorie de la matérialité de la chaleur, s’appuie sur les expériences de Rumford pour dire : « Ce qui me paraît toujours le plus vraisemblable, c’est que la chaleur est une es pèce de mouvement particulier qui se produit dans les particules des corps échauffés; indépendamment de toute absorption d’une substance calorique, fluide ou autre, qu’on supposerait y être absorbée ou combinée suivant une affinité quelconque. »

Ces citations montrent que les hommes éminents auxquels nous les avons empruntées ont fait effort pour pénétrer la véritable nature de la chaleur, mais elles n’indiquent nullement qu’ils aient eu la pensée

1 Nouveaux éléments de ta science de V homme. 2° édition. Paris, 1800, tome l, pa^e 207.

do rechercher les rapports de cet agent et des forces mécaniques ordinaires. Il faut puiser à d’autres sources pour trouver les premiers germes de la théorie mécanique de la chaleur.

Dans les premières années du dix-huitième siècle, Daniel Bernouilli publia, dans son Hydrodynamique, une théorie de la constitution des gaz. Négligée par ses contemporains, qui n’y virent sans doute qu’un débris des hypothèses cartésiennes, cette théorie a été reprise dans ces derniers temps; admise aujourd’hui par tout le monde, elle est devenue une des bases de la science de la réciprocité des forces.

Dans leur beau Mémoire sur la chaleur \ Lavoisier et la Place discutant les deux hypothèses qu’on peut faire sur la nature de cet agent, s’expriment de la manière suivante :

« D’autres physiciens pensent que la chaleur n’est que le résultat des vibrations insensibles des molécules de la matière... Pour développer cette hypothèse, nous observerons que, dans tous les mouvements dans lesquels il n’v a point de changement brusque, il existe une loi générale que les géomètres ont désignée sous le nom de Principe de la conservation des forces vives ; cette loi consiste en ce que, dans un système de corps qui agissent les uns sur les autres d’une manière quelconque, la force

1 Mémoires de V Académie des sciences. 1780, pages 357, 358,

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vive, c’est-à-clire la somme des produits de chaque masse par le carré de sa vitesse est constante. Si les corps sont animés par des forces accélératrices, la force vive est égale à ce qu’elle était à l’origine du mouvement, plus à la somme des masses multipliées par le carré des vitesses dues à l’action des forces accélératrices. Dans l’hypothèse que nous examinons, la chaleur est la force vive qui résulte des mouvements insensibles des inolécules d'un corps ; elle est la somme des produits de la masse de chaque molécule par le carré de sa vitesse .

« Si r on met en contact deux corps dont la température soit différente, les quantités de mouvement qu’ils se communiquent réciproquement seront d’abord inégales; la force vive du plus froid augmentera de la même quantité dont la force vive de l’autre diminuera, et cette augmentation aura lieu jusqu’à ce que les quantités de mouvement communiquées de part et d’autre soient égales; dans cet état , la température des corps sera parvenue à V uniformité. »

A l’appui de cette manière d’envisager la chaleur, ils invoquent réchauffement des corps solides frottés les uns contre les autres; ils font remarquer aussi qu’il est facile de comprendre pourquoi les corps qui s'échauffent le plus sous l’influence de l’action des rayons solaires sont ceux qui réfléchissent la moindre proportion de la lumière incidente.

Certes, il serait difficile d’imaginer une définition plus nette et plus précise de la nature du mouvement qui constitue la chaleur. Mais, dans leur travail, Lavoisier et la Place, n’ayant jamais comparé la chaleur qu’à elle-même, n’ont pas cherché les rapports qui existent entre les forces vives calorifiques et la force vive des corps en mouvement, et n’ont nulle part abordé la question de la conversion de la chaleur en travail ; ils ont même posé comme principe incontestable que :

« Toutes les variations de chaleur, soit réelles, soit apparentes, qu’éprouve un système de corps, en changeant d’état, se reproduisent dans un ordre inverse lorsque le système repasse à son premier état. » « S’ils avaient ajouté, dit M. Yerdet *, que cette égalité a lieu seulement lorsque les changements d’état ne sont accompagnés d’aucun travail extérieur, la théorie mécanique de la chaleur était fondée ; mais, sans ce complément, l’assertion de Lavoisier et la Place est une erreur démentie tous les jours par le jeu de la machine à vapeur et de la machine électromagnétique. »

Nous avons rapporté (page 47) les expériences remarquables de Rumford (1 798) et de Davy (1 799) ; nous avons dit, en outre, comment le premier de ces observateurs avait été amené à considérer là chaleur Comme le résultat d’un mouvement des molécules

1 Théorie mécanique de la chaleûr. Tome Ier, page xcm.

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des corps. — Davy 1 revint plus tard sur ces questions et tira de ces deux expériences les conclusions suivantes : « Puisque toute matière peut être amenée, par le refroidissement, à occuper un espace plus petit, il est évident que les particules de la matière doivent avoir de l’espace entre elles: et puisque chaque corps peut communiquer le pouvoir d’expansion à un corps de température plus basse, c’est-à-dire peut animer les particules de ce corps d’un mouvement expansif, il est très-probable que ses propres particules sont elles-mêmes en possession d’un mouvement ; mais comme il n’y a pas de changement dans la position de ses parties, aussi longtemps que la température est uniforme, le mouvement , s’il existe, doit être un mouvement vibratoire ou ondulatoire, ou un mouvement des particules autour de leurs axes ou, enfin, un mouvement des particules les unes autour des autres. » Il est encore plus affirmatif et plus net dans la phrase suivante : « La cause immédiate des phénomènes de' la chaleur est dans le mouvement ; et les lois de sa communication sont précisément les mêmes que les lois de la communication du mouvement. »

« Parmi les contemporains de Rumford et de Davy, dit M. Yerdet 2, le seul Young paraît avoir compris

{ Philosophie chimique. 1812. Pages 94, 95.

2 Théorie mécanique de la chaleur. Page xciv.

toute la portée de leurs expériences. Dans ses Leçons de physique, publiées en 1807, il les a rapprochées de ses immortelles découvertes sur la nature de la lumière, et il a presque atteint le vrai principe de la théorie mécanique de la chaleur. Il a été le premier à révoquer en doute le principe admis par Lavoisier et la Place, dont je vous ai parlé tout à l’heure; il na peut-être pas été démontré clans un seul cas , dit-il, dans sa leçon sur la mesure et la nature de la chaleur, que la quantité de chaleur absorbée dans ces phénomènes soit précisément égale à la chaleur dégagée dans le phénomène inverse . Dans ce simple doute était virtuellement contenue toute la théorie mécanique de la chaleur. »

Il est très-remarquable que, dès 1806, un doute de même nature ait été formulé par un physiologiste, par Barthez : «Quand on a mêlé, dit-il1, une livre de glace au degré de zéro et une livre d’eau liquide à 60° (Réaumur), on a deux livres d’eau à zéro pour résultat du mélange.

« On ne voit pas dans cette expérience comment la chaleur sensible de l’eau échauffée à 60°, qui opère la fusion de la glace, n’élève pas la température de cette glace au-dessus du degré zéro. On en a donné pour raison que cette chaleur de 60°, qui est alors ainsi communiquée, se convertit en chaleur latente

1 Nouveaux éléments de la science de V homme. 2e édition. 1800. Tome T, page 204.

3ti*2

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dans l’eau provenant de cette glace fondue, de manière à ri* être plus sensible au thermomètre; ce qui se réduit à énoncer en d’autres ternies le fait même, et n’explique en aucune manière comment ces 60 degrés de chaleur ont disparu.

« On a avancé que ces degrés de chaleur se manifestent de nouveau au thermomètre, lorsque l’eau qui était devenue liquide repasse à l’état de glace. Mais outre qu'il n'est point constaté que les 60° de chaleur se renouvellent entièrement , il est impossible de prouver que ces degrés de chaleur , que Ion prétend être seulement développés dans ce passage inverse , n'y soient pas réellement reproduits d'une manière inconnue , par le changement d'état de ce corps. »

Dans l’article de la Lumière , inséré par Fresnel, en juin 1822, dans le supplément à la traduction française de la Chimie Thompson, nous trouvons1 une note très-remarquable sur la nature de la chaleur. « Les corps noirs, dit-il, et même les surfaces métalliques les plus brillantes, ne réfléchissent pas, à beaucoup près, la totalité de la lumière qui tombe sur leur surface : les corps imparfaitement transparents, et même les plus diaphanes, quand ils sont assez épais, absorbent aussi (pour me servir de l’expression Usitée) une quantité notable de la lumière incidente;

1 Œuvres complètes (V Augustin Fresnel. Tome ÏI, page 44.

mais il n’en faut pas conclure que le principe de la conservation des forces vives n’est pas applicable à ces phénomènes; il résulte au contraire de l’idée la plus probable qu’on puisse se faire sur la constitution mécanique des corps, que la somme des forces vives doit toujours rester la même (tant que les forces accélératrices qui tendent à ramener les molécules à leurs positions d’équilibre n’ont pas changé d’intensité) et que la quantité de forces vives qui disparaît comme lumière est reproduite en chaleur.»

Depuis le beau mémoire de Melloni sur Y Identité des radiations lumineuses , calorifiques et chimiques \ et les recherches sur les interférences des rayons calorifiques* de MM. Foucault et Fizeau, il n’est plus possible d’opposer aucune objection à la théorie qui considère la chaleur rayonnante comme produite par les mouvements vibratoires des molécules de l’éther. — Déjà, dès 1855, sept ans avant que les travaux dont nous venons de parler en eussent si victorieusement confirmé l’exactitude, Ampère avait adopté cette théorie de la chaleur rayonnante dans tine note très-remarquable sur la chaleur et kl lumière considérées comme résultant de mouvements vibratoires

1 Bibliothèque universelle de Genève. 1842. T. XXXIX, page 121 .

2 Comptes rendus de V Académie des sciences. 1847. Tome XXV,

5 Annales de chimie etde physique. IIe série, 1835. TomeLVIII, page 432.

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« Grâce, dit-il, aux travaux de Young, Arago et Fresnel, il est bien démontré aujourd’hui que la lumière est produite par les vibrations d’un fluide répandu dans tout l’espace et auquel on a donné le nom d’éther. La chaleur rayonnante, qui suit les memes lois dans sa propagation, peut être expliquée de la même manière. Mais, quand la chaleur se propage de la partie plus échauffée d’un corps à celle qui l’est moins, les lois de la transmission sont tout à fait différentes ; au lieu d’un mouvement vibratoire qui se propage par ondes , de manière que chaque onde laisse immobile le fluide qu’elle a mis en mouvement pendant l’instant de son passage, on a alors un mouvement qui se propage graduellement, de manière que la partie qui était primitivement la plus chaude (et par conséquent la plus agitée, quand on explique les phénomènes de la chaleur par les vibrations), quoique en diminuant peu à peu de chaleur, en conserve cependant plus que les parties auxquelles elle en transmet. De là naît une objection contre la théorie de la transmission de la chaleur par des mouvements vibratoires. Cependant (en note) comme un corps exposé aux rayons du soleil s’échauffe d’abord dans la partie sur laquelle tombent ces rayons, et (pie cette chaleur se transmet graduellement au reste du corps par le second mode de propagation dont nous venons de parler, il est impossible d’admettre (pic la lumière et la chaleur des ra\jons solaires consiste

dans des vibrations sans admettre que la chaleur transmise dans V intérieur d'un corps est également produite par des mouvements vibratoires . »

Ampère démontre, dans son mémoire, que cette différence entre les lois de la chaleur rayonnante et les lois de la propagation de la chaleur par conductibilité n’est pas suffisante pour faire rejeter l’idée que la chaleur propagée de proche en proche dans un corps est le résultat d’un mouvement vibratoire des molécules du corps. — Qu’on admette que le mouvement vibratoire d’une molécule physique, composée d’un certain nombre d 'atomes chimiques , se communique, directement ou par l’intermédiaire de l’éther interposé, aux molécules physiques voisines, il montre « comment les vibrations par lesquelles se propage la chaleur dans les corps peuvent y suivre une loi toute différente de celle des vibrations du son, de la lumière et de la chaleur rayonnante, ces dernières vibrations se propageant par des ondes qui laissent en repos la partie du corps vibrant où elles ont passé, sans qu’il y reste trace de leur passage, tandis que les premières se forment peu à peu, de proche en proche, et de manière que les vibrations des parties qui sont le plus près de la source de chaleur restent toujours supérieures en intensité aux vibrations des parties plus éloignées, d’une quantité qui va à la vérité en diminuant continuellement, mais qui, mathématiquement parlant,

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ne deviendrait nulle qu’après un temps infini. »

Sans donc rien emprunter à la théorie de la transformation de la chaleur en travail, il demeure établi, par des considérations toutes physiques, que la chaleur rayonnante et la chaleur propagée par conductibilité dans les corps sont : la première, la force vive des molécules d’éther en vibration; la seconde, la force vive qui résulte des vibrations insensibles des molécules des corps.

En 1824, Sadi Carnot chercha, dans un travail très-remarquable1, à déterminer les lois générales de la chaleur considérée comme puissance motrice. Tout imbu des doctrines régnantes à cette époque, il adopta pour base de ses raisonnements la matérialité et par suite Vinclestrudibilité de cet agent. Pour lui la chaleur est un fluide qui se meut dans une direction déterminée, du corps le plus chaud au corps froid, de la même manière qu’un liquide descend par la pente de déclivité vers le point le plus bas ; la puissance motrice de la chaleur lui paraît comparable à celle de la chute d’eau ; « toutes deux, dit-il, ont un maximum que l’on ne peut pas dépasser, quelle que soit d’une part la machine employée à recevoir l’action de Peau et quelle que soit, de l’autre, la substance employée à recevoir l’action de la chaleur. La puissance motrice de la chute d’eau

1 Réflexions sur In puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance . Paris, 1824.

dépend de sa hauteur et de la quantité de liquide ; la puissance motrice de la chaleur dépend aussi de la quantité de calorique employé et de ce qu’on pourrait nommer, de ce que nous appellerons en effet la hauteur de sa chute, c’est-à-dire la différence de température des corps entre lesquels se fait l’échange de calorique. »

Malgré l’erreur fondamentale du point de départ, bien que la matérialité de la chaleur ne puisse plus être admise, Sadi Carnot a le mérite incontestable d’avoir inventé un mode de raisonnement d’une trèsgrande puissance. Son ouvrage était plein d’obscurités que M. Clapeyron a fait disparaître,1 en apprenant à traduife analytiquement et à représenter géométriquement ces formes de raisonnements qui, sous la dénomination de Cycles de Carnot , jouent un si grand rôle dans la théorie mécanique de la chaleur.

Neveu et héritier de Montgolfier, M. Séguin publia, en 1859, un livre2 dans lequel il développait les idées de son oncle sur la nature de la chaleur et sur son rôle mécanique. Dans la machine à feu, il assignait à la vapeur le rôle de simple intermédiaire destiné à produire du travail au moyen de la chaleur, qui n’était elle-même qu’un mouvement.

1 Mémoire sur la puissance motrice de la chaleur. In Journal de l'École polytechnique . 1834. Tuine XIV.

2 Études sur l’influence des chemins de fer . Paris, 1839.

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Les idées nouvelles développées dans cet ouvrage auraient dû attirer fortement l’attention des savants et ne furent pas appréciées à leur juste valeur. M. Séguin critiquait la théorie, généralement admise alors, de la machine à vapeur; après avoir montré qu’elle conduisait à cette conséquence absurde qu’une quantité finie de chaleur peut produire une quantité indéfinie de travail, il ajoutait, page 528 : « Il me paraît plus naturel de supposer qu’une certai ne quantité de calorique disparaît dans l’acte meme de la production de la force ou puissance mécanique et réciproquement. » 11 disait encore, page 585 : « La force mécanique qui apparaît pendant l’abaissement de température d’un gaz, comme de tout autre corps qui se dilate, est la mesure et la représentation de cette diminution de chaleur. » — M. Séguin a aussi calculé la hauteur à laquelle la vapeur, qui se refroidit en se dilatant, peut élever un kilogramme d’eau ; n’est-ce pas là chercher la mesure de l’équivalent mécanique de la chaleur? Nous lisons enfin à la page 405 : « Je bornerai là mes réflexions sur ce sujet, dont chacun saura apprécier l’importance. Du calorique qui est employé par l’industrie à produire de la force et aux usages domestiques, une faible partie seulement est utilisée; une autre quantité beaucoup plus considérable, et qui pourrait suffire à créer d’immenses valeurs et à augmenter d’autant la richesse nationale, se trouve absolument perdue. »

Mais c’est seulement en 1842 qu’un médecin de Ileilbronn, Jules-Robert Mayer, formula nettement le principe de Y équivalence du travail et de la chaleur dans ses Remarques sur les forces de la nature inanimée publiées dans les Annales de Liebig. Il a déduit cette grande loi de l’étude comparée du frottement, de la machine à vapeur et des propriétés des gaz. 11 a donnéaussi, dans ce mémoire, une première détermination de l’équivalent mécanique de la chaleur déduite des propriétés des gaz. Les données expérimentales qui, «à cette époque, avaient cours dans la science, étaient trop incomplètes pour fournir une détermination numérique exacte; mais le principe de l’opération est irréprochable. « La loi, chaleur égale effet mécanique , dit-il, est indépendante de la nature du fluide élastique, qui n’est que l’instrument à l’aide duquel une force est convertie en l’autre. »

Mayer publia : en 1845, son mémoire sur le Mouvement organique et la nutrition ; en 1848, V Introducteur à la dynamique du ciel ; en 1851 , des Remarques sur V équivalent mécanique de la chaleur . Il fit dans ces publications des applications physiologiques et astronomiques très-importantes et très-remarquables du principe qu’il a la gloire incontestable d’avoir, le premier, introduit dans la science.

De son côté, à peu près à l’époque de la première publication de Mayer, M. Colding, ingénieur des eaux de la ville de Copenhague, développait, sur la

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puissance des machines à feu, des idées analogues à celles de Mayer, dans une série de mémoires communiqués à la Société des mines de Danemark. M. Colding déduisait aussi des phénomènes du frottement une détermination de l’équivalent mécanique de la chaleur.

Dès 1843, M. Joule commença à étudier expérimentalement les rapports de la chaleur et du travail mécanique. Si, au point de vue théorique, il a été devancé par Mayer, il n’en a pas moins la gloire incontestable d’avoir donné la première démonstration expérimentale du principe de l’équivalence du travail et de la chaleur. Ses recherches sur la chaleur dégagée par les courants induits, sur les effets calorifiques des changements de volume des gaz, et sur le frottement, ses vues sur la constitution des gaz ont donné aux idées nouvelles une base expérimentale désormais inébranlable.

Les travaux d llelmoltz, de Clausius, de Macquorn- Rankine, de W. Thomson ont complété l’œuvre de la constitution définitive de la science thermo-dynamique.

ORIGINE RE IA CHALEUR ANIMALE

ORIGINE DE LA CHALEUR ANIMALE (page 100).

Lavoisier. — II nous a paru intéressant d’indiquer ici rapidement la succession et la date des principaux travaux de Lavoisier sur les sources de la chaleur animale.

Dans un premier mémoire intitulé : sur la Nature du principe qui se combine avec les métaux pendan t la calcination et qui en augmente le poids \ Lavoisier établit que :

1 0 Le gaz obtenu en décomposant l’oxyde de mercure par la chaleur (Y oxygène) entretient et même active la combustion des corps, et est plus propre que l'air ordinaire à entretenir la respiration des animaux;

2° Le gaz obtenu en réduisant l’oxyde de mercure par le charbon (l’acide carbonique) ne peut servir ni à la combustion des corps, ni à la respiration des animaux .

Dans un second mémoire : Expériences sur la respiration des animaux1 2, Lavoisier établit que :

1° La calcination des métaux dépouille l’air d’oxy-

1 Mémoires de V Académie des sciences, 1775, page 520.

2 Mémoires de V Acadénve des sciences, 1777, page 185.

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gène, laisse l’azote intact et ne dégage aucun gaz nouveau ;

La respiration des animaux dépouille l’air d’oxygène, ne fait subir aucune modification à l’azote, mais remplace T oxygène disparu par un volume sensiblement égal d'acule carbonique .

« Si l’on augmente ou si l’on diminue, dit-il, dans une quantité donnée d’air de l’atmosphère, la quantité d’air éminemment respirable (d’oxygène) qu’il contient, on augmente ou l’on diminue, dans la meme proportion, la quantité de métal qu’on peut y calciner et, jusqu’à un certain point, le temps que les animaux peuvent y vivre ... Je me trouve conduit à deux conséquences également probables et entre lesquelles l’expérience ne m’a pas mis encore en état de prononcer. Il arrive de deux choses l’une : ou la portion d’air éminemment respirable (oxygène), contenue dans l’air de l’atmosphère est convertie en acide crayeux (acide carbonique) en passant par le poumon ; ou bien il se fait un échange dans ce viscère : d’une part, l’air éminemment respirable est absorbé et, d’autre part, le poumon restitue à la place une partie d’air crayeux presque égale en volume. »

Dans un troisième mémoire sur la Combustion en général^ Lavoisier s’exprime ainsi en terminant :

1 Mémoires de l'Académie des sciences , 1777, page 592.

ORIGINE DE IA CHALEUR ANIMALE. 573

« J’ai fait voir que l’air pur (oxygène), après être entré clans le poumon, en ressortait en partie dans l’état d’air fixe ou d’acide crayeux (acide carbonique) . L’air pur, en passant par le poumon, éprouve donc une décomposition analogue à celle qui a lieu dans la combustion du charbon. Or, dans la combustion du charbon, il y a dégagement de la matière du feu, donc il doit y avoir également dégagement de la matière du feu dans le poumon, dans l’intervalle de 1 inspiration à l’expiration, et c’est cette matière du feu sans doute qui, se distribuant avec le sang dans toute l’économie animale, y entretient une chaleur constante de 52° 1/2 environ au thermomètre de M. de Réaumur. Cette idée paraîtra peut-être hasardée au premier coup cl’œil ; mais, avant de la rejeter ou de la condamner, je prie de considérer qu’elle est appuyée sur deux faits constants et incontestables, savoir : sur la décomposition de l’air dans le poumon, et sur le dégagement de la matière du feu qui accompagne toute décomposition d’air pur, c’est-à-dire tout passage de l’air pur à l’état d’air fixe. Mais ce qui confirme encore que la chaleur des animaux tient à la décomposition de l’air dans le poumon, c’est qu’il n’y a d’animaux chauds que ceux qui respirent habituellement, et que cette chaleur est d’autant plus grande que la respiration est plus fréquente, c’est-à-dire qu’il y a une relation constante entre la chaleur de l'animal et la quantité d'air entrée ou

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au moins convertie en air fixe dans les poumons . »

Dans un quatrième mémoire sur la Chaleur l, Lavoisier compara la chaleur que, dans un temps donné, le rayonnement, l’évaporation et le contact de l’air enlèvent à l’animal, à celle que la production de l’acide carbonique pendant la respiration lui fournit dans le même temps. Il établit expérimentalement que :

l°Un cochon d’Inde brûle, en dix heures, par la respiration, 5gr,333 de carbone, dont la chaleur de combustion suffit pour fondre 326gr,75 de glace à la température de zéro ;

2° Un cochon d’Inde cède, en dix heures, au milieu ambiant, une quantité de chaleur suffisante pour fondre 341gr,08 de glace à zéro , sans rien perdre de sa température propre.

Le rapport de la quantité de chaleur produis par la respiration h celle qu eperd l’animal dans le même temps est donc :

C’est donc avec raison que Lavoisier conclut de cette mémorable expérience : « Lorsqu’un animal est dans un état permanent et tranquille, lorsqu’il peut vivre pendant un temps convenable, sans souffrir, dans le milieu qui l’environne; en général,

1 Mémoires de V Academie des sciences, 1780, page 555.

ORIGINE DE IA CHALEUR ANIMALE

lorsque les circonstances dans lesquelles il se trouve n’altèrent pas sensiblement son sang et ses humeurs, de sorte qu’après plusieurs heures le système ani * mal n’éprouve pas de variation sensible, la conservation de la chaleur animale est due, au moins en grande partie , à la chaleur que produit la combinaison de l’air pur respiré par les animaux avec la base de l’air fixe que le sang lui fournit. »

Dans un cinquième mémoire sur les Altérations qui arrivent à Y air dans plusieurs circonstances où se trouvent les hommes réunis en société1, Lavoisier continua cette étude et fixa particulièrement son attention sur ce fait, déjà signalé par lui, que l’acide carbonique exhalé ne contient pas la totalité de l’oxygène disparu dans la respiration. Par des expériences tentées sur des cochons d’Inde enfermés dans des cloches de verre remplies tantôt d’air atmosphérique, tantôt d’oxygène pur, il établit que : sur 100 parties d’oxygène absorbé, 81 parties seulement sont expirées par l’animal sous forme d’acide carbonique, et 19 parties ne se retrouvent pas dans les produits gazeux de l’expiration.

« Il est donc évident, dit-il, qu’indépendamment de la portion d’air vital qui a été convertie en air fixe , une portion de celui qui est entré dans le poumon n’en est pas sortie dans l’état élastique , et

Histoire de la Société royale fie médecine, 1782, page 569.

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il en résulte qu’il se passe, de deux choses l’une, pendant l’acte de la respiration : ou qu’une partie d’air vital s’unit avec le sang, ou bien qu’elle se combine avec une portion d’air inflammable (hydrogène) -pour former de Veau . Je discuterai dans un autre mémoire les motifs qu’on peut alléguer en faveur de chacune de ces opinions. Mais, en supposant, comme il y a quelque lieu de le croire, que la dernière soit préférable, il est aisé de déterminer la quantité d’eau qui se forme par la respiration et la quantité d’air inflammable qui est extraite du poumon. »

Ainsi, dès cette époque, Lavoisier avait ramené les phénomènes physico-chimiques de la respiration à une double combustion, et déterminé les proportions du partage de l’oxygène absorbé entre le carbone et l’hydrogène des matériaux du sang ; pour lui, cette double combustion était la véritable source de la chaleur produite par l’animal.

Dans un sixième mémoire sur la Respiration des animaux l, Lavoisier développa complètement ses idées sur la respiration et la production de la chaleur animal ; il fit de nouvelles expériences et il établit que :

1° Pendant la respiration il n’y a ni exhalation, ni absorption d’azote ;

2° Dans l’oxygène pur, la respiration est la même que dans l’air atmosphérique ;

1 Mémoires (Je V Académie (les sciences , 1780, page 5GC.

ORIGINE DE LA CHALEUR ANIMALE. 377

5° La proportion d’azote peut être notablement augmentée sans que les phénomènes de la respiration soient altérés. Dans le cas précédent, comme dans celui-ci, la proportion d’oxygène absorbé reste, à quelques légères différences près, la même que dans l’air atmosphérique ;

4° Dans l’air atmosphérique on peut remplacer l’azote par un volume égal d’hydrogène, sans altérer sensiblement la respiration. Dans cette atmosphère artificielle, les animaux commencent à donner quelques signes de malaise seulement après dix heures de séjour. D’ailleurs l’hydrogène n’éprouve aucune diminution et, par conséquent, ne sert en rien à la respiration ;

5° L’abaissement de la température ambiante détermine une plus forte consommation d’oxygène;

6° Pendant la digestion, l’oxygène est absorbé en plus forte quantité qu’avant le repas ;

7° Le mouvement, l’exercice, le travail manuel augmentent la quantité d’oxygène absorbé.

« La respiration, dit-il, n’est qu’une combustion lente de carbone et d’hydrogène, qui est semblable en tout à celle qui s’opère dans une lampe ou dans une bougie allumée, et, sous ce point de vue, les animaux qui respirent sont de véritables corps combustibles qui brûlent et se consument.

« Dans la respiration comme dans la combustion, c’est l’air de l’atmosphère qui fournit l’oxygène et

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le calorique ; mais, comme dans la respiration, c’est le sang qui fournit le combustible; si les animaux ne réparaient pas habituellement par les aliments ce qu’ils perdent par la respiration, l’huile manquerait bientôt à la lampe et l’animal périrait, comme la lampe s’éteint lorsqu’elle manque de nourriture.

« La machine animale est principalement gouvernée par trois régulateurs principaux : la respiration, qui consomme de l’hydrogène et du carbone et qui fournit du calorique ; la transpiration, qui augmente ou diminue suivant qu’il est nécessaire d’emporter plus ou moins de calorique ; enfin, la digestion, qui rend au sang ce qu’il perd par la respiration et la transpiration. »

Plus tard1, Lavoisier constata que, même chez les mammifères, le poumon n’est pas la seule surface respiratoire ; il découvrit la respiration cutanée.

Lavoisier a donc, dans ses immortels travaux, embrassé dans leur ensemble et dans toute leur étendue, les rapports de l’être vivant avec l’atmosphère. Il a démontré expérimentalement que la double combustion respiratoire est la vraie source de toute la chaleur produite par l’animal. Une seule question est restée indécise dans cette belle théorie physiologique, le lieu du conflit de l’oxygène et des matériaux combustibles du sang.

1 Traité de chimie. Tome 11. pages 230 et 253.

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Spall anzani. — Dans ses recherches sur la respiration, Spallanzani a mis en évidence deux faits d’une haute importance :

1° 11 a démontré que, chez les batraciens, la respiration cutanée a plus d’importance que la respiration pulmonaire, et suffit seule pour entretenir longtemps la vie de l’animal 1 ;

2° En constatant que des limaçons, placés dans un tube plein d’azote ou d’hydrogène, continuent à exhaler de V acide carbonique , il démontra expérimentalement que la combustion respiratoire ne s’effectue pas directement dans le poumon ; qu’il se fait dans le poumon un simple échange de gaz entre le sang veineux, chargé d’acide carbonique, et l’air atmosphérique, riche en oxygène; que, par suite, le conflit de l’oxygène et des matières combustibles du sang s’opère dans le torrent circulatoire. « Le gaz acide carbonique, dit-il, qui se manifeste dans la respiration, semble plutôt un produit de l’acide carbonique préexistant dans le sang, suivant l’opinion de Lavoisier, que je confirmerai bientôt par de nouvelles preuves 2. » — En complétant ainsi la théorie des phénomènes physico-chimiques de la respiration par la démonstration expérimentale de la préexistance de l’acide carbonique dans le sang veineux, Spallanzani croyait donc confirmer simple-

1 Mémoire de la respiration , pages 72 et 114.

- Loco citato, page 216.

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ment, les opinions émises avant lui par Lavoisier.

Gaz libres du sang. — Du moment où les combustions s’opèrent dans le torrent circulatoire, le sang doit contenir des gaz à l’état libre et simplement dissous ; le fait a été démontré expérimentalement par plusieurs observateurs.

M. Magnus a, le premier, étudié convenablement . cette importante question. Dans son mémoire sur les Gaz que contient le sang 1 pour éviter toute réaction chimique, il a extrait les gaz en se contentant de soumettre le sang à l’action du vide. Il a opéré comparativement sur le sang artériel et sur le sang veineux du même animal, et a constaté ainsi que, quelle que soit sa provenance, le sang contient toujours de l’acide carbonique, de l’oxygène et de l’azote à l’état de simple dissolution. Comme dans cette opération, le sang n’a jamais été épuisé de ses gaz dissous, il serait inutile de rapporter les quantités absolues de gaz obtenues ; il nous suffira de parler des rapports des deux gaz (oxygène et acide carbonique) recueillis.