REFROIDISSEMENT RAI'IDE

40mm

OAmrn

On doit en conclure que les deux décharges seraient rigoureusement égales, s'il était possible d'éliminer absolument les déperditions par la surface.

999. Il reste enfin à comparer les effets produits par réchauffement et le refroidissement. On avait trouvé généralement que réchauffement des tourmalines donnait moins d'électricité, mais les différences tiennent à des causes d'erreurs particulières aux expériences. Les tourmalines sont en général un peu humides, et par conséquent un peu conductrices : il en résulte une perte d'électricité pendant la période d'échauffement, mais en môme temps les tourmalines se dessèchent, deviennent plus isolantes et fournissent une quantité d'électricité plus grande en se refroidissant. 11 faut éviter, en outre, de chauffer les tourmalines par un courant d'air ou par les gaz chauds qui viennent des produits de la combustion, parce que ces courants gazeux causent une perte notable d'électricité.

M. Gaugain employait, pour cela, une étuve mobile formée par une boîte rectangulaire en plaques de métal, ouverte à ses deux extrémités, et dans laquelle la pile de tourmalines était portée par une planchette. On faisait glisser l'étuve comme un manchon autour des tourmalines pour produire réchauffement, et on l'écartait pour les laisser refroidir. Les deux effets pouvaient ainsi -être alternés, réchauffement et le refroidissement durant le môme temps, 4 minutes par exemple; on arrivait bientôt, même avec des durées différentes pour les deux phénomènes, à un équilibre périodique, dans lequel les variations de température étaient égales et de sens contraires. Il faut remarquer en outre que, pendant réchauffement, l'écoulement de l'électricité était un peu modifié par le voisinage des parois de la

cage qui jouaient le rôle de condenseur; on évitait cette cause d'erreur en ayant soin que, pendant le refroidissement, une plaque de métal, dite de compensation, vînt se placer au-dessous de la pile pour produire la môme influence que la cage.

En opérant ainsi et attendant que le régime périodique fut parfaitement établi, M. Gaugain a obtenu comme moyenne des 5 derniers refroidissements 24,2 décharges, et pour les 5 derniers réchauffements 24,1 décharges, nombres absolument identiques. Il en résulte que la quantité d'électricité produite par une tourmaline entre deux températures déterminées est indépendante du temps pendant lequel s'effectue et du sens dans lequel a lieu le changement de température.

1000. La conclusion générale de ce mémoire est donc, comme

Fis. 288.

nous l'avons dit au début, qu'une tourmaline est exactement comparable à une pile de couples de Volt a, infiniment minces et de résistances considérables. M. Gaugain compare la tourmaline à une pile thermoélectrique de grande résistance, dont le refroidissement serait inégal dans les différents points, et il a construit un couple qui produit les mômes effets. Un cône de bismuth Bi (fig. 288) est soudé, par sa pointe et par sa base, à la pointe et à la base de deux cônes de cuivre tout semblables Cu' et Cw, lesquels sont réunis par le fil d'un galvanomètre. Quand on soumet ce couple à l'action d'une source de chaleur, la soudure A des deux pointes s'échauffe plus rapidement que la soudure B des deux bases, et il se produit un courant dans un certain sens ; le courant est de sens contraire quand on laisse refroidir le couple, parce que la température de la soudure A diminue plus rapidement que celle de la soudure B; enfin, lorsque le couple est maintenu à température constante, il ne se manifeste aucun courant.

1001. Caractères des cristaux pyroélectriques. — Les phénomènes pyroélectriques ne sont pas parliculiers à la tourmaline; on les a observés aussi sur un grand nombre de cristaux, mais à un degré moins élevé. Canton avait déjà reconnu les mêmes

propriétés dans la topaze et l'émeraude du Brésil ; Brard dans l'axinite; Haùy dans la boracite, le mésotype, l'oxyde de zinc, la prehnite, le sphéne; Brewster dans beaucoup d'autres minéraux naturels, tels que le spath calcaire, le béryl, le spath fïuor, le quartz, etc., et dans plusieurs cristaux artificiels. Parmi ces derniers se distinguent surtout le tartrate de potasse et de soude et l'acide tartrique.

L'étude détaillée de toutes ces substances, au point de vue des phénomènes électriques, n'offrirait pas grand intérêt s'il n'existait entre la polarité électrique et la forme des cristaux une relation remarquable. Haùy a remarqué le premier (*) que les substances minérales cristallisées qui possèdent les propriétés pyroélectriques, telles que la tourmaline et la boracite, dérogent à la loi de symétrie, c'est-à-dire que les parties opposées correspondantes ne sont pas semblables par le nombre, la disposition et la figure de leurs faces. Cette observation a été ensuite confirmée et généralisée, en particulier par les nombreuses observations de MM. Riess et Rose. La dissymétrie dont il est ici question n'est pas seulement une hémiédrie non superposable ou plagièdre, comme celle qui joue un rôle si important dans les propriétés rotatoires, d'après M. Pasteur, c'est l'hémiédrie à faces inclinées ou tëtraédrique . Il paraît y avoir une relation constante entre ce genre particulier dhémiédric et la pyroélectricité.

Le plus souvent, les cristaux pyroélectriques n'ont que deux pôles, comme la tourmaline; ce sont d'abord tous ceux qui appartiennent aux systèmes cristallins à un axe : le prisme droit à base carrée et le rhomboèdre. Ces cristaux ont alors un axe électrique défini par la droite qui joint les deux pôles, et qui coïncide avec l'axe de cristallisation. Mais il arrive quelquefois que le cristal présente plus de deux pôles, ce qui donne lieu à plusieurs axes électriques, que l'on obtient enjoignant les pôles deux à deux, un pôle analogue avec un pôle antilogue. Sous ce point de vue, on connaît jusqu'à présent quatre dispositions.

1002. 1° Cristaux à un axe électrique. — Le type de cette première classe de cristaux est la tourmaline, dont la forme cristalline appartient au système rhomboédrique. Les cristaux

(*) Traité de minéralogie, t. III, p. 54. — Annales de Chimie, lre série, I. IX, p. 59,

naturels se présentent presque toujours en baguettes prismatiques triangulaires, dont les arêtes sont modifiées plus ou moins profondément par d'autres troncatures, en particulier par six pans qui constituent un prisme hexagonal ; mais les extrémités du prisme sont le plus souvent brisées, de sorte qu'on ne distingue ni les faces du rhomboèdre primitif, ni les facettes de modification. Quand on trouve un cristal complet dont les deux bouts sont terminés par des facettes naturelles, on remarque qu'ils sont très-inégalement chargés de troncatures. L'hémiédrie se manifeste, lantôt par une seule face perpendiculaire à Taxe, tantôt par des facettes obliques appartenant à des rhomboèdres différents. Dans la figure 289, qui représente une forme assez fréquente, l'extrémité supérieure porte les trois faces P du rhomboèdre primitif appuyées sur trois faces latérales

du prisme triangulaire e2 : cette extrémité forme le pôle analogue, l'autre est le pôle antilogue. Les éléments hémiédriques sont ici les facettes bl et el de deux rhomboèdres distincts.

Le silicate de zinc appartient au prisme droit à base rhombe, mais la dissymétrie ne se manifeste que par rapport à l'un des axes de cristallisation et il n'existe aussi qu'un axe électrique, parallèle à l'axe d'hémiédrie. Dans la figure 290 cet axe est vertical, et l'on voit que les extrémités sont très-différentes : le pôle analogue est terminé par une base plane P et le pôle antilogue par le sommet d'un octaèdre.

Des modifications de même ordre se manifestent dans la forme cristalline des minéraux suivants, qui jouissent des mêmes

propriétés que la tourmaline : scolézite, titanitc, spath pesant, quarlz, etc. ; et, parmi les cristaux artificiels, la struvile, les acides tartriques, les tartrates, etc.

2° Cristaux à deux axes électriques opposés. — La prehnite cristallise aussi dans le système du prisme droit à base rhombe; les cristaux se rencontrent souvent sous la forme de tablettes losanges dont les deux plus grands angles sont de 100° et dont les autres, de 80°, sont habituellement tronqués par des facettes latérales. Un pareil cristal possède trois pôles électriques, l'un analogue placé au centre du losange, et les deux autres antilogues aux extrémités de la plus courte diagonale. Le pôle analogue unique possède une quantité d'électricité égale à la somme de celles qui se manifestent aux deux autres ; on peut comparer le phénomène à l'ensemble de deux aimants ajoutés bout à bout par leurs pôles de même nom, et considérer la prehnite comme possédant deux axes électriques opposés.

La topaze est dans le même cas.

5° Cristaux à deux axes électriques parallèles . — Vaxinite (silicate de chaux et de magnésie) cristallise dans le système du prisme doublement oblique. Un pareil cristal n'a pas de plan de symétrie : les différents éléments^du cristal, angles et faces, sont seulement symétriques deux à deux par rapport au centre ; l'hémiédrie ne peut donc se manifester que par l'existence d'une seule troncature. Les cristaux d'axinite ont généralement la forme indiquée par la figure 291 ; on y voit sur les angles quatre troncatures dont deux e sont des triangles et deux autres i des quadrilatères. Les troncatures triangulaires sont des pôles antilogues et les facettes quadrangulaires des pôles analogues. Si l'on joint ces pôles deux à deux, on aura donc deux axes électriques parallèles et de sens contraires, symétriques par rapport au centre du cristal.

4° Cristaux à quatre axes électriques. — Les cristaux de boracite (borate de magnésie) appartiennent au système cubique et présententen général de nombreuses modifications. La forme le plus fréquente est un cube (fig. 292) portant sur ses arêtes les troncatures du dodécaèdre rhomboïdal. En même temps les huit angles sont modifiés, mais de manières différentes : sur quatre d'entre eux on voit des facettes hexagonales brillantes a\ qui cor-

rcspondent à un premier tétraèdre régulier ; les quatre autres angles portent de petites facettes triangulaires a', d'une apparence mate, qui correspondent à un second tétraèdre. Les faces brillantes a1 du premier tétraèdre sont des pôles antilogucs et les facettes triangulaires a1 du second des pôles analogues. Si l'on joint ces pôles deux à deux par des diagonales, on obtient quatre axes électriques qui se coupent au centre du cube.

La rhodizite donne aussi quatre axes électriques.

1005. Courants pyro< électriques. — Jl doit se produire des

Fis. 292.

courants électriques ordinaires quand on réunit par un fil conducteur les deux pôles d'un cristal pyroélcctrique ; comme la résistance du cristal est en général considérable, l'intensité est très-faible, mais on peut augmenter beaucoup la longueur du fil interpolairc, ce qui permet d'employer des galvanomètres trèsrésistants. Avec un galvanomètre à 24 mille tours, destiné aux expériences de physiologie, M. Du Bois-Reymond a obtenu un courant sensible en plaçant une plaque de tourmaline chaude entre deux lames de platine.

Ce mode d'observation permet de reconnaître l'existence des propriétés pyroélectriques dans certains cristaux qui n'en manifestent pas aux appareils habituels d'électricité statique, surtout pour le cas où les cristaux sont bons conducteurs. M. Friedel (l) a constaté ainsi, en opérant sur des plaques à faces parallèles taillées dans des cristaux suivant différentes directions, que la panabasc (cuivre gris) est pyroélectrique et que les axes d'électricité sont parallèles aux diagonales du cube, comme dans la bo-

(*) Annales de Chimie et de Physique, 4e série, t. XVII, p. 70.

racite. La chalcopyrite a manifesté aussi les mêmes propriétés d'une manière non douteuse, mais la difficulté de trouver des cristaux non maclés n'a pas permis de déterminer la direction des axes électriques.

1004. Thermoélectricité des cristaux. — M. Marbacll, cherchant une relation entre l'hémiédrie et les propriétés physiques, a trouvé qu'en effet les cristaux de pyrite de fer se partagent en deux classes jouissant de propriétés thermoélectriques trèsdifférentes (1). Le cristal soumis à l'épreuve était soutenu par un corps isolant et placé entre deux fils de métal qui communiquaient avec un galvanomètre. L'un de ces fils était d'abord chauffé avec une lampe à alcool, puis pressé contre le cristal. Dans ces conditions, il se produit un courant thermoélectrique, puisque les deux contacts du métal avec la masse cristalline sont à des températures différentes; mais, avec certains échantillons, le courant marche du métal au cristal à travers le contact chaud, tandis que l'autre sorte de cristaux donne un courant dans un sens opposé. Le cobalt gris (arsénio-sulfure de cobalt) donne des résultats analogues. La différence des propriétés se manifeste avec presque tous les métaux, car la pyrite et le cobalt gris, suivant l'échantillon sur lequel on opère, sont plus négatifs que le bismuth ou plus positifs que l'antimoine : les deux classes d'une môme espèce cristalline se placent ainsi aux deux extrémités de l'échelle des métaux.

1005. M. Friedel a confirmé ces résultats, en particulier pour le sulfure de fer, et constaté quelques autres circonstances intéressantes. Les faces du cube qui constitue la forme primitive de ce cristal sont tantôt couvertes de stries, tantôt parfaitement lisses, et ces deux états se trouvent souvent sur une même face naturelle. Si l'on touche par deux fils de platine, l'un chaud et l'autre froid, deux régions voisines dont l'une est lisse et l'autre striée, on obtient en général des courants de sens contraires.

M. Friedel a cherché aussi s'il existe dans la pyrite des phénomènes pyroélectriques analogues à ceux que présente la tourmaline. Quand on place dans un étuve un petit cristal entre deux fils de platine , on obtient généralement un courant sensible

(*) Comptes rendus de l'Académie des sciences, l. XLV, p. 707.

pendant que la température s'élève ou s'abaisse, et ce courant change de sens avec la variation de température, mais il est dû le plus souvent à la forme môme du crisial qui donne lieu à des variations inégales de la température aux deux points de contact, comme dans l'expérience de M. Gaugain avec le double cône de bismuth et de cuivre (1000). Si l'on évite cette cause d'erreur en se servant d'une plaque à faces parallèles et plaçant successivement le cristal dans deux positions symétriques par rapport à l'étuve, pour éliminer l'inégalité d'échauffement, on obtient un courant dans un sens pendant que le cristal s'échauffe et en sens contraire pendant le refroidissement, ce qui paraît présenter les caractères de la pyroélectricité.

Toutefois l'expérience n'est pas concluante, car on ne réussit à découvrir aucune régularité dans la disposition des axes électriques. D'autre part, la pyrite est très-souvent maclée et les phénomènes peuvent s'expliquer par la coexistence des deux variétés sur un même cristal. On obtient, en effet, des résultats tout à fait analogues en plaçant dans une étuve à température variable une double lame de bismuth et d'antimoine serrée entre deux fils de platine. Le premier effet de la variation de température est de produire un courant dont le sens est déterminé par les contacts du platine avec les deux métaux; mais, bientôt après, réchauffement ou le refroidissement se communiquent, au contact du bismuth, avec l'antimoine, lequel donne un courant de sens contraire plus énergique. On ne peut donc pas affirmer l'existence, dans les cristaux de pyrite, d'une pyroélectricité régulière, liée à la dissymétrie de structure.

Il est à remarquer cependant que la pyrite de fer et le cobalt gris, qui sont les seuls minéraux conducteurs qui possèdent l'hémiédrie à faces parallèles, sont aussi les seuls sur lesquels on ait trouvé deux classes de cristaux jouissant de propriétés thermoélectriques différentes. L'hémiédrie à faces parallèles paraît donc corrélative d'une certaine dissemblance dans les propriétés électriques, comme l'hémiédrie tétraédrique et l'hémiédrie plagièdre sont respectivement corrélatives de la pyroélectricité et du pouvoir rotaloirc.