CHAPITRE PREMIER

DE LA CHALEUR ET DE SES PROPRIÉTÉS

Déiinitioii. — Lorsqu*un de nos sens, le loucher, se trouve en conlacl «ivec un corps chaud, nous éprouvons une sensation particulière qu'on nomme chaleur. Celle sensation est phis ou moins vive, suivant l'intensité de la chaleur contenue dans le corps que nous touchons, suivant aussi Tétat calorifique dans lequel se trouve Torgane touché.

La chaleur n'est qu'une valeur relative : ainsi tel ohjct que nous trouvons chaud actuellement, nous paraîtra froid alors que nous aurons touché un corps plus chaud que lui; il nous semblera qu'il s'est refroidi depuis notre première expérience.

Dilatation. — Des nombreux elTels de la chaleur, dont Tétude appartient à la physique, l'un des plus faciles à constater et à mesurer avec une très-grande précision, c'est l'augmentation du volume des corps, pour si minime que soit cette augmentation. L'expérience a démontre que tout corps chaulTé augmente de volume, et que ce même corps se contracte par le refroidissement. C'est à cette propriété particulière des corps qu'on a donné le nom de dilalalion. Les thertnomèlres à mercurCy à alcooly ks pyromètres, etc., servent à mesurer les températures des différents corps placés dans diverses conditions.

On fixe les températures par les dilatations égales d'un corps qui sert à graduer le thermomètre. On peut de môme mesurer les dilatations des corps, leurs coefficients de dilatation, c'est-à-dire la portion ou fraction dont ils augmentent pour un degré de température plus élevé. Ce coefficient va en augmentant, des solides aux liquides et des liquides aux gaz; il est variable pour chaque substance, il est plus considérable pour les gaz que pour les soHaes et les liquides.

La dilalalion rend les corps plus légers, la conlraclion les rend plus lourds. C'est d'après ce principe qu'on étudie la ventilation de nos appartements, puisque l'air est mis en mouvement par suite de la dilalalion et de la contraction. L'air chaulTé par un mojen quelconque devient plus léger en se raréfiant, s'élève

vers le plafond, et cède sa place à une couclîe plus froide, c*est-à-dire plus lourde.

caïaiciirs latentes. — On donne le nom de chaleur latente à la chaleur qui disparait comme chaleur sensible lorsqu'un corps se transforme.

On dislingue la chaleur latente de fusion et celle de vaporisation.

Si Ton fait fondre des métaux à un foyer très-actif, on observe que leur température reste la même jusqu*à ce que toute la partie solide soit fondue; c'est cet état qu'on nomme chaleur latente de fusion, au contraire, la chaleur latente de vaporisation est la chaleur qu'absorbe un liquide en ébullilion avant de passer à l'élat de vapeur, avant de se gazéifier.

Regnault a établi par une série d'expériences que toute chaleur ajoutée à l'eau à 0* pour l'amener à l'état de vapeur, sous pression constante et à la température T, était : L = 60G -j- 0,305 T; ce qui donnerait pour la chaleur totale de l'eau à lOO*» 637 calories (1), et 537 pour la chaleur latente de la vapeur d'eau.

Pro|Nigation de la ehaienr. — Lorsque deux corps sont en présence, ils se transmettent de la chaleur par rayonnement. Celle propagation a lieu en ligne droite. Anciennement, on croyait qu'un corps chaud émettait autour de lui et dans tous les sens des rayons calorifiques; on admet plus généralement aujourd'hui qu'il est un centre de mouvement qui se transmet de proche en proche (2).

£a chaleur se réfléchit à la surface des corps absolument comme la lumière, les rayons ou les ondes, qui viennent nous frapper et nous communiquent la chaleur. C'est pour en augmenter l'efTel, que l'on entoure les foyers de surfaces métalliques qui renvoient de la chaleur par rayonnement. C'est dans ce but aussi qu'on a ondulé ces surfaces métalliques, pour multiplier les surfaces de chauffey qui augmentent singulièrement la chaleur rayonnée.

Nous venons de dire que la chaleur se réfléchissait comme la lumière; ce fait est démontré à Taide des miroirs paraboliques. Nous avons tous vu, lors de nos premières études en physique, que des charbons incandescents, mis à l'un des foyers de ces miroirs, enflammaient, et cela à une assez grande distance, des combustibles placés au foyer du second miroir situé vis-à-vis du premier. De môme que pour la lumière, il y a, pour la chaleur, des corps transparents et des corps opaques.

Les corps qui laissent passer ou ceux qui arrêtent la chaleur rayonnante ont reçu un nom h cause de cette propriété qu'ils possèdent : on appelle les

(1) On noinine calorie, lu qunnlité nécessaire de chaleur pour élever d'un degré ccnligrade un kilogramme «l'eau. C'est Vanité convenlionnellc dont on se serl en calorimélrie.

(â) Lorsqu'on considère IVcliaufTement comme produisant des impulsions moléculaires et l'intensité de celles-ci comme croissant avec la température, on peut admettre qu'une production de forces vives apparaît quand disparaît une quanlilé de chaleur; ce qui explique que Locke a eu raison d« dire : Ce qui pour nous est chaleur ^ dam le corpt est mouvement.

.i TRAITÉ COMPLET DU CHAUFFAGE ET DE LA VENTILATION.

premiers dialhermanes et les seconds athermanes; mais ce serait une grande erreur de croire que la dialhermanéité est en raison directe de la diaphanéité et Vaihermanéilé en raison de Vopadté; ces propriétés dépendent de la nature des corps. La chaleur ne se transmet pas seulement par rayonnement, elle se transmet aussi par la conduclibilUé.

La rapidité avec laquelle la chaleur se transmet dans les corps dépend de leur nature intime ; de là vient la distinction établie entre les corps par rapport à leur conductibilité; les uns sont dits bons condudeurSy les autres maucais conducteurs de la chaleur.

Les métaux sont bons conducteurs, les liquides et les gaz mauvais conducteurs.

Dans les usages de la vie, c'est Tair qui est le plus souvent le conducteur de la chaleur : il s'échauffe au contact de nos foyers, et vient ensuite abandonner aux locaux que nous habitons l'excès de chaleur absorbée. Les poêles et les calorifères à air chaud fournissent à l'air le maximun de chaleur dont il est susceptible de se saturer.

Équilibre des températures. — La chaleur, ce fluide impondérable, a une propriété remarquable : celle de se mettre toujours en équilibre avec les corps environnants.

Pouvoir rayonnant et ponvoir absorbant. — Pour des températures égales,

le pouvoir rayonnant ou émissif (qui renvoie) varie suivant la nature des corps; mais tous les corps en général émettent des rayons calorifiques, de sorte que la température d'un corps quelconque dépend de la nature des corps qui l'environnent et au rayonnement desquels il est soumis; mais ces corps eux-mêmes ont un pouvoir plus ou moios absorbant, de sorte que leurs pouvoirs réciproques (rayonnant ou absorbant) se balancent mutuellement; mais dans tous les cas la quantité de chaleur réfléchie est complémentaire de la chaleur absorbée; en d'autres termes, la somme des quantités de chaleur réfléchie et absorbée reproduit toujours la totalité de la chaleur incidente.

Dessonreesou production de la ebalenr. — On appelle SOUrces de la chakur

les phénomènes qui donnent lieu à la sensation que nous avons définie au commencement de ce chapitre. Ces sources sont la combustion, le frottement, etc. 11 est évident que ces phénomènes ne peuvent exister sans matière, aussi la chaleur provient-elle toujours d'un corps qui l'engendre et auquel on a donné à tort le nom de source de la chaleur; il vaudrait mieux appeler ce corps producleur de la chaleur. Il existe deux sources de la chaleur :

i* Les phénomènes physiques et mécaniques;

2* Les phénomènes chimiques.

Quelques auteurs ont bien indiqué une troisième source de la chaleur : celle qui lient aux phénomènes physiologiques qui, chez les animaux et les végétaux.

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sont une source continuelle de chaleur, mais nous n'avons pas à nous en occuper ici ; nous croyons qu'il s'écoulera encore longtemps avant qu'on puisse utiliser celle source; elle sera toujours nécessaire à l'animal, et même insuffisante; ce qui le prouve, c'est que nous sommes obligés d'étudier des moyens économiques de chauffage. Cependant certaines imaginations ardentes ont voulu utiliser ou expliquer à leur façon la chaleur produite par les animaux (1).

1o Sources physiques et mécaniques.

Le soleil. — La principale cause, la cause par excellence de la chaleur, celle qui entrelient la vie de tout le règne animal et végétal, c'est le soleil, La quantité de chaleur que cet astre bienfaisant nous envoie est incommensurable; cependant on a cherché à l'évaluer (2), quoiqu'on ne puisse faire qu^ des hypothèses sur le commencement de son origine (3).

D*après les calculs de Pouillet, la quantité de chaleur produite par le soleil serait capable de fondre en une année une couche déglace de 30 mètres d'épaisseur qui envelopperait notre globe.

On a fait diverses tentatives pour utiliser la chaleur solaire. La première que nous connaissions remonte à Ârchimède, qui, pendant le siège de Syracuse, brûla, dit- on, à l'aide de miroirs ardents, la flotte romaine. Ces miroirs absorbaient et réfléchissaient les rayons du soleil et les projetaient sur la flotte ennemie.

En 1716, un certain abbé Guthsmann, bibliothécaire du roi de Portugal, avait inventé une machine par laquelle, sans feu et rien qu'à l'aide des rayons solaires, on pouvait cuire du pain et faire bouillir et rôtir des viandes. Il est probable que cette tentative ne fut ni pratique ni de longue durée (4). Quelques années plus tard, Buffon voulut répéter l'expérience d'Ârcliimède, et, à l'aide d'une surface sphérique composée de cent miroirs plans, il réussit à enflammer du bois à une distance de 65 à 66 mètres.

Lavoisier obtint des effets identiques, mais avec des lentilles montées sur un appareil.

Depuis ces essais, plutôt curieux qu utiles, divers inventeurs ont proposé d'utiliser la chaleur solaire dans un but industriel, et l'un deux, M. Simmonin, a osé avancer que l'on pourrait un jour emmagasiner la chaleur solaire, la

(1) Voir De la dialeur produite par les êtres vivants^ par Gavarret, i vol. in- 12, Paris, 1855. — Essai sur la génération de la chaleur des animaux^ par le docteur Douglas. Traduit de l'anglais. Paris, 1751. — Suivant cet auteur, la chaleur animale ne sérail produite que par le frottement des globules du sang dans les vaisseaux capillaires.

(2) Un savant physicien et métcîréologue a cherché cette évaluation. Voir le Traité de phy^ sique et de météorologie, par Pouillet.

(3) Voir, sur la constitution physique du soleil, les travaux de Faye, V^illiam Thomson, Secchi, etc.

(i) Cité par Roth dans Ilaliersparende ofen, etc., p. 96, 1802.

mettre en bouteilles pour s'en servir ullcrieurement suivant nos besoins; mais toules ces théories ont besoin d*étre sanctionnées par la pratique, et nous croirons à ces résultats quand tout le monde pourra utiliser celle chaleur, comme nous employons celle produite par d'autres agents.

La percnssion et la compression. — La percussion, de même que la compression, produit de la chaleur, mais jusqu'à ce jour ces sources n'ont donné lieu à aucune application industrielle (1). La percussion a été employée par nos pères pour obtenir du feu, mais avec l'aide du briquet, ce qui n'est pas simple ment de la percussion.

Le frotiement. — Cette source (le chaleur est celle qui a dû être utilisée la première de toutes. C'est en frottant deux morceaux de bois l'un contre l'autre que les peuples primitifs développaient une chaleur suffisante pour obtenir du feu. Les Grecs rapportent à Prométhée celle découverte, ce qui fait que quelques critiques modernes, d'après M. Troosl (2) et le docteur Joly (3), ont prétendu que Prométhée avait été l'inventeur de ce moyen de se procurer du feu. Ce qu'il y a de certain, c'est que dans les langues onenUAes pramanlha désigne l'instrument avec lequel les sauvages se procurent du feu, et les Orientaux nomment pramentlié ou prométhée celui qui est chargé d'allumer les feux. ' Âujourdliui, si nous ne frottons plus deux morceaux de bois, nous frottons encore nos allumettes pour les enflammer.

Le frottement n'a pas été utilisé industriellement. Nous ne connaissons que des résultats sans succès d'un appareil inventé et fabriqué par MM. Deaumont etMayer. Cet appareil a fonctionné à l'exposition universelle de 1855, et depuis nous n'en avons plus entendu parler.

Avant cette époque, Rumford (que nous retrouverons plus tard dans le cours de cet ouvrage) avait lu en 1788, à la Société royale de Londres, un essai sur la chaleur obtenue à l'aide du frottement; il avait même inventé une machine mue par un cheval, mais il trouve son procédé si peu pratique, qu'il dit lui-même : « Mais on ne peut imaginer aucune circonstance dans laquelle ce procédé soit avantageux au point de vue économique, car on obtiendrait plys de chaleur en. employant comme combustible le fourrage destiné à nourrir le cheval (4) ».

En somme, nous pouvons dire d'une manière générale que toules les forces physiques ou mécaniques peuvent développer de la chaleur, mais qu'encore aujourd'hui la science n'a pu en tirer une utilité pratique. Passons maintenant aux sources chimiques.

(\) Voir à ce sujet les expériences de Berthollet, Coll&don, Slurni, et d'autres encore.

(2) Le Feu, conférence de M. Troosi (Hevue des cours scienti figues ^ p. 207, 2» année, 1861-65).

(3) L'Homme fossile, conférence du docteur Joly (Revue d'S cours scientifiques^ p. 258, 2° année, i864-65j.

(•i) Essais politiques, économiques et philosophiques, ix» essai : Recherches expérimentales sur la chaleur qu'excite le frottement. Traduit de l'anglais par L. M D. C. (le marquis de Courtivron). Genève, Mauget, 1799.

DE LA CHALEUR ET DE SES PROPRIÉTÉS

2o Sources chimiques.

Toute combinaison chimique est une source de chaleur; ce fait est démontré par les travaux de Hess, d'Andrew, de Graham, et ceux plus récents de M. Berthelot.

Mais il n'y a guère que deux genres de combinaisons qui aient été utilisés : la fermentation et la combustion. Avant de parler de ces deux modes de production, nous devons dire qu'un pharmacien de Lille en Flandre, Sorbier, a indiqué le procédé d*un moine bernardin au moyen duquel on pouvait maintenir chaude une chambre sans feu, et cela pendant deux heures, en employant une carafe d'eau renfermant des morceaux de chaux vive. Le goulot de la carafe doit être ferme à l'aide d'un bouchon en plomb et à vis.

Nous signalons le fait sans ajouter trop de foi à ce mode de chauffage par la délitescence de la chaux.

Quant à la fernientaliony c'est différent, elle peut donner une chaleur considérable.

Chaptal a étudié la chaleur produite par la fermentation des vins. Chevallier a prétendu que la fermentation avait pu occasionner des incendies (1). Tous les jours des fourrages enfermés avant d'être complètement secs, s'échauffent, s'enflamment et causent des incendies; enfin, nous voyons les jardiniers utiliser la chaleur des fumiers pour des couches chaudes et le chauffage des serres à multiplication; c*est de Candolle, croyons-nous, qui en 1829 a mis le premier ce procédé en usage.

La véritable source chimique de la chaleur, c'est la combustion des corps combustibles, principalement du charbon dans l'oxygène de l'air; c'est la seule source de chaleur artificielle employée de nos jours d'une manière constante, soit dans l'économie domestique, soit dans l'industrie, aussi nous la traiterons à part dans le chapitre suivant.

(I) Voir un mémoire de Chevallier sur les incendies et inflammations spontanées {Aiinalcs d'hygiène el de médecine légale^ t. \XV, p. 309).

CHxiPITRE II

DéOniUon de la combustion. — Dans le langage des chimistes de Tancienne école de Lavoisicr, la combustioti n'était qu'une combinaison des corps avec l'oxygène ; on croyait alors que ces sortes de combinaisons étaient seules capables de développer de la lumière et de la chaleur, et par suite de cette hypothèse, on appelait corps combustibles tous les corps qui pouvaient se combiner avec l'oxygène.

On a reconnu depuis que les phénomènes de combustion, tels que les envisageait l'école de Lavoisier, n'étaient qu'un cas particulier des phénomènes calorifiques, et qUe beaucoup d'actions chimiques pouvaient produire de la lumière et de la chaleur.

Aujourd'hui, dans le langage ordinaire, on entend par combustibles certains corps à l'aide desquels on produit de la chaleur et de la lumière, en les brûlant avec l'oxygène de l'air.

La combustion est le plus souvent accompagnée de chaleur et de lumière; c'est précisément cette chaleur qu'on utilise pour le chaufTage.

De« combustibles. — Tous les combustibles ne sont pas également bons pour le chaufTage, et un bon combustible doit remplir certaines conditions que Péclet, avec sa méthode claire et précise, a établies pour la première fois. Ces conditions sont de deux ordres, les unes industrielles, l'autre hygiénique.