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Exemple de Vune des méprises commises au sujet du corollaire

examiné dans ce Chapitre.

Si je me suis arrêté quelque temps sur un corollaire qui est en quelque sorte évident, c'est parce que c'est celui qui a donné lieu aux plus nombreuses méprises, aux plus fausses applications de la Thermodynamique. Il ne sera pas inutile d'en signaler une comme exemple entre mille, pour terminer ce Chapitre. Je rentre pour cela dans Tordre des faits familiers ou du moins à la portée de chacun .

On sait qu'une arme à feu s'échauffe moins quand elle est chargée à balle ou à boulet que quand elle ne l'est qu'à poudre seule. Ce phénomène a été étudié avec soin et à fond par M. P. de Saint-Robert (*). J'ai fait récemment moi-même quelques expériences concluantes sur ce sujet; il n'est, je pense, pas inutile de les citer.

Un pistolet de tir de Lepage (diamètre interne o",oi5; longueur o™, i5) a été chargé successivement : i® avec une balle légèrement forcée, pesant 22^,1 ; 2® avec une balle de 16^, 2 9 entourée d'un Unge gras; 3^ avec un bouchon de liège forcé de C^S; 4^ sans balle ni bourre. Le poids de la poudre (firançaise, dite fine de chasse) était de 2 grammes chaque fois. Un thermomètre était plongé dans le canon avant et après

(') Paul bb SAOrf-RoMar, Principes de Tkermodjrnamique, Tarin , i865. — Le chapitre ni (MoaTement dee projectiles dans les armes à fea) est an traTail en quelque sorte exprofeuo et remarquable à tons égards. En examinant le phénomène dont il est parlé dans le texte, l'aotear rejette et réfate l'interprétation de Rumford et celle qu'on a prétendu y substituer. Celle qu'il donne s'approche en certains points de la mienne, et s'en écarte beaucoup en d'autres.

Texplosion, jusqu'à ce qu'il restât 6xe et indicpiàt la température /o initiale et la température /, finale des parois. Cela posé, on a eu : i^ avec la balle de 22^, i ,

d'où

2** avec la balle de 16^', 2,

d'où

3** avec la boiure de liège ,

ro = a3%35, /, = 25%8i,

4^ enfin, san^ bourre aucune,

d'où

Le résultat de ces expériences est très-net dans le sens que j'ai indiqué : l'arme s'échaufFe d'autant moins que le projectile à pousser est plus lourd. Ce résultat est plus marcpié avec une arme à canon allongé (de Saikt-Robert) ; il deviendrait appréciable sans le secours du thermomètre, et à la main seule, si au lieu d'un seul coup on en faisait partir rapidement une dizaine de même charge chaque fois. C'est Thompson, comte de Rumford, qui le premier a signalé ce singulier phénomène ; sans l'observer à l'aide du thermomètre, il l'a pourtant étudié et décrit avec sa sagacité habituelle. Voici

rintorprétadon qu'il en donne; je ne ferai que résumer son opinion, développée très au long et d'ailleurs avec une grande netteté dans son Mémoire ( *), « La durée de l'explosion dans une arme à feu est beaucoup trop courte, dit-il, la quantité de gaz enflammé qui séjourne, après la détonation, est trop petite, pour que la chaleur du canon puisse être due à la combustion de la poudre. D'un autre côté, ce n'est point au frottement de la balle cpie peut être attribuée cette chaleur, caria balle dans ce cas s'échaufferait elle-même. Or on sait qu'une balle, après le tir, n'est chaude que quand elle frappe un corps dur. Le métal des fusils, des canons, ne s'échauffe que par suite du choc et de la distension violente qu'il éprouve par l'explosion : il s'échauffe par la même raison qu'une lame métallique qu'on martelle sur une enclume. » Les personnes cpii auront entre les mains la superbe édition des Œuvres complètes du comte de Rumford, que publie r Académie américaine des Arts et des Sciences à Boston, seront certainement étonnées du nombre de faits variés, toujours utiles ou intéressants, parfois des plus importants, qu'a découverts, étudiés et souvent analysés à fond le grand observateur. Si la plupart de ses travaux sont inconnus même au pubUc instruit, si plus d'un a été refait depuis, à la plus grande renommée du répétiteur y c'est, je le pense, parce que la vie si active et si féconde de l'infatigable chercheur s'est écoulée successivement dans quatre pays différents, à une époque de grandes convulsions sociales. Esprit sagace et pénétrant, expérimentateur hors Ugne, Rumford, on le sait aujourd'hui, a aperçu le premier la relation directe qui existe entre le travail que coûte, et la chaleur que déve-

( * ) Expoté de quelques expériences sur la poudre, t. I des OEuvres complètes de Rumford, publiées par rAcadémie de Boston.

loppe le frottement. A ce dernier titre, le lai^e tribut d'admiration que nous payons ici à sa mémoire ne semblera déplacé à personne dans un ouvrage de Thermodynamique.

L'éminent savant, toutefois, a visiblement échoué dans l'explication qu'il donne du phénomène de l'échauflFement, plus ou moins grand, des armes à feu. Un métal qui s'échaufie par la flexion ou la distension de ses fibres ne reste chaud qu'à la condition que ces dérangements relatifs de ses parties soient définitifs aussi. Un métal qu'on martelle sur l'enclume s'échauffe d'autant plus qu'il est moins élastique, et qu'il conserve plus définitivement le changement de forme que produit le choc. Le plomb s'échauffe; l'acier trempé au bleu fait rebondir le marteau et s'échauffe fort peu : je n'ai plus besoin de dire le pourquoi. Il est évident d'ailleurs que l'ébranlement du métal par l'explosion de la poudre devrait être bien plus fort quand on tire à balle que quand on ne tire qu'à poudre ; dans le premier cas, en effet, les fibres sont souvent distendues au point de se rompre ; avec une simple charge de poudre, jamais une arme n'éclate.

Depuis que la Thermodjmamique a été vulgarisée et a été mise à la portée du plus grand nombre, on n'a pas manqué de l'invoquer pour rendre compte du phénomène signalé par Rumford. Que dis-je? on a été bien plus loin : on a voulu tirer du phénomène une preuve de plus en faveur de la vérité des principes de notre grande doctrine : « Si une arme à feu qui tire à boulet s'échauffe moins que celle qui tire à poudre seule, c'est tout simplement, dit-on, parce que dans la première la chaleur développée par la combustion de la poudre se transforme en mouvement de translation du projectile, et disparait pour les parois du métal, tandis qu'une pareille métamorphose ne peut avoir lieu dans l'arme où les gaz enflammés n'ont rien à pousser en avant. Quelle plus belle preuve

peut-on donner en faveur de ce principe . que la chaleur disparaît toujours en proportion du travail produit! »

Il n'est ni inutile ni difficile de montrer qu'il s'agit ici d'une application vicieuse et mal entendue d'un principe qui n*a plus besoin d'aucune preuve à son appui.

En tout premier lieu, chacun peut observer que l'explosion d'un fusil est non-seulement plus forte , mais tout autre, quand on tire à balle que quand on tire à poudre : une oreille exercée reconnaît de fort loin Vespéce de charge d'une arme. La pression des gaz dans une arme qui tire à boulet est incomparablement supérieure à celle que produit la poudre brûlant sans éprouver de résistance. De quel droit affîrme-t-on alors a priori que la température, seule cause de la pression des gaz, est moindre dans le premier cas que dans le second? Car, dans cette hypothèse, ce n'est qu'une température moindre qui peut déterminer un échauffement moindre aussi du métal. Mais ce que je signale ici n'est encore que la plus faible partie de l'erreur commise.

Le côté réellement saillantet antiscientifique de l'erreur consiste à admettre ici implicitement que nous sommes libres de faire qu'un corps, qu'on suppose se dilater de la même quantité dans le même temps y rende ou non du travail. Cette erreur a été commise par un grand nombre de personnes, d'ailleurs fort intelligentes, dans l'interprétation de la mémorable expérience de M. Joule, que j'ai citée plus haut. On a dit que s'il ne se produit point d 'échauffement dans l'eau du calorimètre où se trouvent les deux réservoirs, l'un vide, l'autre chargé d'air comprimé, c'est parce qu'il ne se produit aucun travail ; tandis que, comme Ta fort bien démontré le grand physicien de Manchester lui-même, la raison véritable en est qu'il se produit autant de travail dans l'un des réservoirs qu'il s'en dépense dans l'autre. Dans le réservoir à air com-

primé, il s'exécute au moment de Técoulement un travail considérable, qui consiste à lancer avec une vitesse trèsgrande, à tirer les molécules du gaz dans le réservoir vide ; c'est ce travail qui coûte de la chaleur dans le réservoir où s'opère la détente. Il ne nous serait pas difficile d'employer la pression du gaz à lancer un nombre considérable de balles de plomb; mais rien ne serait pour cela changé à la grandeur du travail exécuté par suite de l'expansion du gaz ; rien non plus ne serait changé aux indications égales à zéro données par le calorimètre, supposé unique et assez grand : les balles, en allant frapper les parois du réservoir vide, s'échaufferaient, et rendraient exactement toute la chaleur qu'a coûtée leur projection dans le réservoir où le gaz était comprimé. La seule différence qui résulterait de cette manière d'opérer, c'est que le gaz lui-même, arrivant dans le réservoir vide avec une vitesse moindre, s'y échaufferait moins ; et ce déficit de chaleur compenserait exactement le bénéfice de chaleur acquise par les balles au moment du choc.

S'il était possible que la combustion se fit aussi vite dans une arme chargée à poudre seule que dans une arme chargée à balle, il est de toute évidence qu'il n'y aurait absolument rien de changé au travail, interne à l'arme, exécuté par la détente. Le travail serait alors employé à pousser avec une vitesse excessive, hors de l'arme, les molécules du gaz luimême, au lieu de l'être à pousser avec une vitesse bien moindre la masse du boulet et des gaz; et le refroidissement des gaz enflammés, dû à ce travail, serait alors absolument le même qu'avec balle; l'arme ne s'échaufferait pas davantage.

Mais la phrase conditionnelle qui commence l'alinéa précédent énonce une condition capitale qu'il est impossible de remplir, et elle renferme la vraie explication de la différence

thermique du tir à balle et du tir à poudre. La combustion est infiniment plus lente dans l'arme chargée à poudre seule, ou avec bourre, c[ue dans l'arme chargée à balle : c'est ce que prouvent le peu d'intensité de la détonation et la durée, mîbkmeni plus grande, de la flamme dans le premier cas. C'est surtout ce que nous démontre directement l'analyse raisonnée du phénomène : dans l'arme chargée d'un projectile pesant, il se produit au moment même de l'inflammation une pression considérable dans toute l'étendue de la chambre à combustion; et cette pression subite produit nécessairement 1 échaufiement et l'inflammation presque simultanée des parties non encore atteintes directement par le feu.

En un mot, les gaz incandescents résident plus longtemps dans une arme chargée à poudre que dans celle qui est chargée de projectiles; et c'est uniquement pour cela que les parois de l'arme s'échauffent plus. Par la même raison, elles s échauffent plus avec de mauvaise poudre humide ou avec de la composition de fusée volante, par exemple, qu'avec de bonne poudre bien sèche.

Rumford pensait que la combustion de la poudre est beaucoup trop rapide pour qu'on puisse, même de loin, attribuer réchauffement du métal à la chaleur qu'elle produit. Les belles expériences de M. de Saint-Robert ont démontré au contraire que, même dans le tir à balle, près du tiers de la chaleur due au phénomène chimique est absorbée par les parois. La durée du phénomène, si courte qu'elle soit, est donc ici Télément principal, peut-être unique, à considérer. Cette durée ne fut-elle que de un deux-centième de seconde dans le tir à balle, si elle vient à s'élever à deua^ deux-centièmes, je suppose, dans le tir à poudre seule, réchauffement de l'arme sera double en ce dernier cas.

L'explication qu'on a voidu tirer de la Thermodynamique

est, on le voit, non-seulement complètement fausse, mais absolument superflue.

Si je me suis arrêté quelque temps sur une réfutation, c'est parce que rien ne me semble plus funeste aux progrès d'une science que les applications incorrectes qu'on essaye souvent d'en faire à la hâte et sous prétexte de la consolider.