CHAPITRE PREMIER

Considérations générales sur la direction à suivre dans l'étude de la physique

appliquée.

L'applicatioo de la physique à la chimie et aux sciences naturelles a été l'objet de mes études favorites depuis vingt années. Le Traité que je présente aujourd'hui au public renferme les expériences, observations et réflexions que j'ai été à même de faire dans Tétude de la physique envisagée sous ce point de vue. Mais avant d'entrer en matière, je crois devoir présenter des considérations générales qui pourront avoir quelque utilité, ainsi qu'un résumé historique de la marche que cette science a suivie depuis les temps les plus reculés jusqu'à DOS jours , particulièrement dans ses rapports avec les progrès des sciences en général et de la civilisation en particulier.

L'administration du Muséum d'histoire naturelle , en sollicitant du gouvernement la création d'une chaire de physique appliquée à l'étude des sciences naturelles , a eu pour but de combler une lacune qui existait dans son système d'enseignement depuis sa réorganisation , en 1793. A cette époque, la physique était peu cultivée en France, et surtout d'une manière moins philosophique qu'elle ne l'avait été quelques années auparavant par Lavoisrer, Laplace et Coulomb. D'un autre cAté, les immortelles découvertes de Volta, qui devaient imprimer une si grande impulsion aux sciences physico-chimiques, et I. I

2 TBÀITE DE PHYSIQDE.

établir des rapports si intimes avec une foule de phénomènes naturels, n'avaient pas encore paru.

La chimie , au contraire, venait d'éprouver une grande révolution qui la plaçait presque au rang des sciences exactes, et attirait sur elle les regards de quiconque aimait à se rendre compte des phénomènes naturels ; son étude était même un besoin dans ces temps de tourmente où tout était à créer pour résister à l'étranger qui envahissait nos frontières ; c'était assez pour la rendre populaire; tandis que la physique, dont les applications n'étaient pas aussi immédiates , et qui ne pouvait répondre par conséquent aux exigences du moment , ne fut pas comprise dans le système d'enseignement adopté par le Muséum. Aujourd'hui , les temps sont bien changés , et cette science a repris le rang qu'elle a toujours occupé dans la philosophie naturelle. La chimie , sans aucun doute , est indispensable dans l'étude des sciences naturelles , et en particulier de celles qui sont relatives à la physiologie ; car cette foule d'élaborations qui ont lieu dans l'intérieur des corps organisés ne sauraient être produites sans le concours des affinités; mais les affinités ne sont pas les seules forces qui interviennent , les forces physiques y jouent encore un certain rôle. Il existe, par conséquent , une lutte continuelle entre les forces vitales , les forces physiques et les affinités. Il est donc de la plus haute importance de suivre pas à pas cette lutte , afin de pouvoir établir les rapports qui existent entre ces trois forces. Une lutte semblable existe entre les affinités et les forces physiques dans la nature inorganique, comme nous en avons un exemple dans cette multitude de réactions qui ont lieu à la surface et dans l'intérieur du globe. Les recherches relatives aux rapports qui existent entre toutes ces forces, sont du domaine de la physique appliquée à l'histoire naturelle. L'étude de la physique, considérée sous ce point de vue , ne saurait être séparée de celle de la chimie ; aussi les rapports qui lient ces deux [sciences prennent-ils de jour en jour de plus grands développements.

La chimie est donc inséparable aujourd'hui de la physique générale, surtout depuis que l'on a trouvé que les affinités et les forces électriques sont deux forces concomitantes qui se manifestent toujours ensemble , qui sont dépendantes l'une de l'autre , et paraissent avoir des intensités égales dans les mêmes circonstances. Les rapports existant entre ces forces sont si bien établis , que l'une peut servir à reproduire l'autre , et vice nersâ. Si donc on veut étendre le domaine de ces deux sciences, il faut les cultiver simultanément, l'une devant servir à l'avancement de l'autre^ et réciproquement.

Avant 1789 , et même quelques années après, les cours de physique, en France, étaient très-élémentaires et n'avaient pas acquis l'importance qu'ils ont eue depuis que MM. Biot et Gay-Lussac ont commencé à introduire dans l'enseignement de la physique cette méthode philosophique, cet esprit d'analyse, ces moyens d'investigation précis, délicats, ingénieux , sans lesquels on ne saurait réussir dans l'étude des sciences expérimentales.

Peut-être devons-nous ranger au nombre des causes qui se sont opposées longtenfps et s'opposent encore , jusqu'à un certain point , à ce que l'étude de la physique , considérée sous le point de vue philosophique, soit très-populaire, le luxe des instruments qui servent aux démonstrations dans les cours publics. En effet , lorsqu'un jeune homme entre dans un amphithéâtre, et qu'il voit pour la première fois des instruments de physique , dont le fini des ornements le dispute à la précision, il doit se demander si l'on ne peut cultiver la physique avec succès, sans avoir les moyens nécessaires pour faire exécuter de semblables instruments. Cette idée seule, s'il n'a d'autre guide que lui-même, suffira pour le détourner de se livrer à une étude pour laquelle il se sentait un penchant naturel , avant d'avoir vu un cabinet de physique. Mais pour peu qu'il consulte les travaux des philosophes qui ont étudié , analysé , approfondi les phénomènes naturels^ depuis Galilée jusqu'à nos jours , il demeurera convaincu que leis plus grandes découvertes ont été faites la plupart du temps avec des appareils formés avec les premiers objets qui tombaient sous la main , et qui sont toujours à la disposition de celui qui sait interroger la nature. Entre mille exemples , je citerai les suivants :

Pour évaluer la densité d'un corps, Archimède n'a eu besoin que de peser ce corps, successivement dans l'eau et dans l'air, et de comparer le poids dans l'air au poids dans l'eau.

Galilée, âgé de 18 ans, découvrit l'isochronisme des oscillations du pendule en observant le mouvement périodique et réglé d'une lampe suspendue à la voûte de l'église de Pise, sa patrie.

Toricelli , ayant rempli de mercure un long tube de verre fenn par un bout, et l'ayant renversé dans un bain de ce métal , la colonne de mercures'abaissaetse fixa à vingt-huit pouces environ au-dessus de son niveau ; il en conclut aussitôt que cette colonne faisait équilibre à la pression de l'air, qu'on n'avait fait que soupçonner depuis peu de temps. Otto de Guericke, de Magdebourg, construisit lui-même une pompe pneumatique grossière^ à l'aide de laquelle il parvint à diminuer la quantité d'air renfermée dans un ballon. Cette pompe , perfectionnée

au point d'enlever presque tout l'air, est devenue notre machine pneumatique.

Franklin, pour établir l'identité de la foudre avec réleetricité , lança dans les nuages un cerf-volant.

Yolta construisit le plus admirable instrument que possèdent les sciences physiques et chimiques, avec des disques d*argent , de zinc, et des rondelles de drap humide disposés en colonne.

Haûy ayant laissé tomber par hasard un cristal de chaux carbo- Datée prismatique, ûit frappé de la manière dont ilb angle avait été fracturé. Cette simple observation, dont il suivit toutes les conséquences avec une rare sagacité , et en ne se servant seulement que d'un couteau , d'un marteau et d'un compas grossier, pour mesurer les angles, le mit sur la voie de la forme primitive des cristaux appartenant à la même espèce, et des lois qui régissaient, suivant lui, la superposition des couches de molécules dont sont formés les cristaux secondaires.

Pour déterminer dans les corps les lignes de moindre et de plus grande élasticité , il suffit^ comme Chladni le lit le premier, et ensuite M. Savart, avec tant de bonheur, de saupoudrer de sable les surfaces vibrantes et d'examiner les ligures acoustiques qui se forment, figures qui sont en rapport avec la constitution moléculaire des corps.

Veut-on appliquer la physique à l'étude des phénomènes naturels, la Dature devient le laboratoire, et l'on a pour instruments les objets divers répandus à profusion sur la surface du globe. En simplifiant ainsi les moyens d'investigation, on rend plus facile Tétude de la physique, on économise le temps, et par là on double la vie. Ce n'est pas tout encore ; quand on se livre à l'étude de la physique générale , il faut s'habituer de bonne heure à se servir du marteau , du ciseau , de la scie , de la lime et du rabot ; il faut être initié jusqu'à un certain point dans les arts manuels et posséder des notions des sciences qui ont des rapports plus ou moins directs avec la physique. Nous citerons pour exemple Galilée, qui s'était habitué dès ses plus jeunes années, par un sentiment instinctif, aux ouvrages manuels ; encore dans l'enfance, H imitait avec une précision remarquable toutes les machines qu'on lui présentait , et il ne cessait ses travaux que lorsqu'il était parvenu au but qu'il s'était proposé.

Newton avait également une aptitude singulière pour les inventions mécaniques, et imitait, dans son enfance^ toutes les machines qu'il voyait. Je pourrais citer encore d'autres philosophes , et en particulier Franklin, qui étaient habiles dans les travaux manuels.

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Quand on veut réussir dans les recherches scientifiques, il faut que la même pensée vous préoccupe nuit et jour , et se change , pour ainsi dire, en une espèce de monomanie qui ne vous laisse aucun repos. En attaquant ainsi la nature , il est rare qu'elle vous résiste. Les grands hommes eux-mêmes ne sont parvenus à nous laisser de grandes choses qu'à force de persévérance.

Nev^ton a montré l'exemple de cette inévitable nécessité de la constance et de la continuité dans l'exercice de l'attention pour développer ie pouvoir de l'intelligence.

On lui demandait un jour comment il était parvenu à ses admirables découvertes ; il répondit simplement : En y pensant toujours, « Je « tiens , disait-il, le sujet de ma recherche constamment devant moi , « et j'attends que les premières lueurs commencent à poindre lente- « ment jusqu'à se changer en une clarté pleine et entière. »

Quiconque veut se servir de son intelligence et de l'adresse de ses mains peut arriver, suivant retendue de cette intelligence et de cette adresse, à laisser après lui des travaux plus ou moins utiles dont son pays lui saura gré un jour.

Dans l'exposé des travaux, on doit apporter une grande simplicité; car l'histoire nous apprend que la carrière scientifique d'uir homme se réduit souvent à quelques faits généraux. Les travaux de détail exécutés pour arriver à la découverte de ces faits, les analyser et les décrire, peuvent être comparés à ces échafaudages dressés pour élever un édifice , et que l'on renverse , Tédifice une fois terminé. Néanmoins, ces travaux de détail restent consignés dans les recueils scientifiques , où Ton va les consulter au besoin , pour étudier les méthodes employées. Il résulte de là que presque toujours la vie scientifique d'un homme se résume en quelques phrases ; mais ces phrases expriment des vérités éternelles, monuments impérissables du génie qui les a découvertes , et qui servent de jalons à ceux qui veulent étendre le domaine de la philosophie naturelle. Ainsi Kepler est connu par ses trois fameuses lois , fruit de vingt années de travail , et qui , en l'immortalisant , ont servi de point de départ à Nev^ton , pour trouver les lois de la gravitation , dont l'action s'étend dans tout l'univers ; c'est ainsi que Newton lui-même brille d'un grand éclat, pour avoir trouvé la composition de la lumière et les lois qui en dépendent; qu'OEi*sted s'acquit une grande renommée pour avoir découvert l'action révolutive exercée par un courant électrique sur Taiguille aimantée, et que Malus s'est illustré par la découverte de la polarisation de la lumière au moyen de la réflexion.

6 TAAITÉ DE PHYSIQUE.

Four obtenir de si grands résultats, qui peuvent être exprimés en peu de mots , il faut souvent multiplier les expériences à l'infini , et prendre en considération une foule de faits de détail qui passent inaperçus dans le inonde.

Les philosophes, voués par goût et par passion à Tétude des sciences expérimentales , ne doivent pas cependant se borner à rechercher des faits isolés , parce qu'ils finiraient par en encombrer la science et par se perdre eux-mêmes au milieu de leurs découvertes; aussi doiventils s'attacher à trouver des lois générales à l'aide desquelles ils puissent les comprendre tous. La découverte de ces lois doit donc être le but constant de leurs travaux.

Les théories , à la vérité , servent bien à grouper les faits , pour en faciliter l'étude et en trouver les rapports mutuels ; mais on ne doit y attacher de l'importance qu'autant qu'elles mènent à des découvertes nouvelles. Les théories qui sont infructueuses entre les mains de ceux gui cherchent à les appliquer , et qui sont insuffisantes pour expliquer les faits nouveaux , doivent être remplacées par d'autres plus appropriées aux besoins de la science. Au surplus , mieux vaut une bonne série défaits, bien coordonnés ensemble, qu'une mauvaise théorie, car l'expérience a prouvé depuis longtemps qu'en général les théories passent et que les faits restent.

Voyons actuellement sous quel point de vue il faut envisager la physique appliquée à la chimie et aux sciences naturelles.

La physique y considérée de la manière la plus générale , comprend tout ce qui concerne les propriétés apparentes des corps , et l'étude des phénomènes naturels ainsi que les lois qui les régissent.

Les traités de cette science publiés jusqu'ici renferment bien les principes que nous possédons à cet égard ; mais ils disent peu de chose touchant l'influence qu'exercent, dans un grand nombre de cas, l'attraction moléculaire, la chaleur, la lumière et l'électricité, sur les propriétés générales des corps , alors que leurs molécules forment de nouveaux composés quand ces corps sont bruts ou inorganiques , ou sur leurs fonctions, lorsqu'ils sont organisés. De nouveaux développements feront mieux saisir ma pensée.

Les forces auxquelles sont soumis les corps organisés sont, pour les végétaux, les forces physiques, les affmités , plus la force vitale, base des phénomènes physiologiques , et qui cesse avec la vie; pour les aniinaux, ces trois mêmes forces , plus la force intellectuelle. Quant aux cprps bruts ou inorganisés , ils ne possèdent que les deux premières. Dans les corps organisés, il y a lutte continuelle entre la force vitai6

INTRODUCTION HISTOBIQUE. 7

et les forces physiques, tandis que dans les corps inorganiques, elle n'a lieu qu'entre les dernières.

D'après cela , si l'on veut observer et étudier un fait , il faut commencer par s'assurer s'il est dû à l'action de ces forces réunies, à l'une ou à plusieurs d'entre elles, puis reconnaître la part de chacune d'elles à sa production.

Rechercher cç qu'il y a de physique et de chimique dans les phénomènes de la vie est une étude de la plus haute importance et qui a attiré depuis longtemps l'attention des physiologistes les plus habiles ; mais il est probable que leurs investigations auraient été plus fructueuseSy s'ils eussent possédé des connaissances suffisantes en physique, pour les diriger dans un travail de cette nature qui est hérissé des plus grandes difficultés. On conçoit très-bien que l'on puisse facilement s'égarer, surtout si l'on arrive avec 4es idées déjà arrêtées sur la cai^ç de3 phénomènes. Celui qui attache une trop grande importance aux forces physiques ou chimiques ne voit dans la vie que des résultat» de l'attraction ou des affinités. C'est ainsi que Tournefort a comparé l'accroissem.eut des plantes à celui des minéraux , et que Malebranche a confondu l'organisation des animaux avec celle des machines, p'un autre côté , quelques physiologistes n'ont voulu voir et ne voient encore que des forces particulières , sui generis , dans lesquelles les forces physique^ ou chimiques n'interviennent en rien. La vérité se trouve probabiemept entre ces djsox extrêmes ; aussi estil Indispensable de rechercher dans les phénopnènes de la vie la part des forces physiques et chimiques , et celle qui est due aux forces vitales. Quelques exemples me feront mieux comprendre.

Daps la digestion, l'action chimique a la plus grande part à son accofpplissement ; si l'on enlève laction vitale, aucun phénomène ne s'accomplit plus.

I)ans la circulation du sang, il y a une force mécanique puissante qui réside dans le cœur, laquelle lance le sang dans les vaisseaux. Quel est le point de départ de cette puissance mécanique , quelle en est la cause? C'est une influence vitale, c'est une influence nerveuse, deux actions qui n'eu font qu'une. En effet, détruisez les centres nerveux encéphalo-rachidiens ou ganglionnaires, le cœur cessera de battre et le sang ne passera plus dans les artères. C'est donc dans ce cas-ci , comme dans le précédent et dans mille autres , une action yitale primitive , qui a pour conséquence un effet physique ou mécai4que. Une fois l'action mécanique ou chimique produite par l'influence de la force vitale , cette action ne se comporte pas comme

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dans les corps inorganiques, attendu que l'influence vitale qui Ta produite la gouverne, la modifie et s'oppose dans certains cas à sa manifestation, tandis que, dans d'autres, elle la favorise et l'accélère.

Le rôle du physicien, dans cette circonstance, doit se borner à indiquer les procédés les plus simples et les plus précis à l'aide desquels on parvient à observer dans les phénomènes l'existence et l'influence des forces physiques, ainsi que les modifications qu'elles éprouvent de la part des forces vitales.

D'un autre côté l'irritabilité, cette propriété de la vie que possèdent les muscles des animaux , se développe , comme on sait , à l'aide des agents physiques ou chimiques , ou par l'acte de la volonté. Le physicien doit en faire une étude approfondie, afin d'établir la ligne de démarcation qui existe entre les effets dus aux forces physiques et ceux dépendant de la volonté.

Si l'on considère rexcitabilité dans les végétaux , cette propriété en vertu de liy^uelle la sève monte avec énergie dans les tiges et les feuilles vivantes, qui décompose l'acide carbonique sous l'influence de la lumière , on doit rechercher comment elle est modifiée par les agents impondérables, tels que la chaleur, la lumière et particulièrement l'électricité , qui préside très-probablement aux phénomènes de la vie , sans que nous puissions déterminer la part qu'elle y prend.

Le physicien doit examiner ensuite de quelle manière l'action capillaire et l'endosmose interviennent dans les phénomènes d'absorption ; quelles sont les causes physiques et chimiques qui accélèrent', ralentissent ou détruisent ces phénomènes.

La germination doit attirer aussi son attention en ce qui concerne l'action qu'exercent sur elle les courants électro-chimiques, dont le mode d'action a toujours quelque chose qui frappe d'étonnement.

Les recherches relatives à la détermination de la température des parties intérieures du corps de l'homme et des animaux, sans produire de lésion sensible, ainsi que celles qui concernent la phosphorescence , que plusieurs de ces corps manifestent dans certaines circonstances, sont également du domaine de la physique appliquée.

Dans la nature inorganique, c'est-à-dire, dans la matière brute, comme les minéraux, les applications de la physique sont beaucoup plus étendues et aussi plus faciles à étudier, puisque l'action vitale n'est plus là pour dominer les forces physiques.

Un minéral est composé de parties réunies en vertu de forces dont on doit rechercher la nature. Pour étudier le mode d'arrangement de ces parties ou molécules, il faut appeler à son aide successivement la

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cristallographie, Toptique, Tacoastique et même la phosphorescence. En raison de cela, la phosphorescence devra être exposée avec de grands développements; il en sera de même de l'électro-chimie, de cette science qui a fait de si rapides progrès depuis quarante ans, et dont les principes permettent d'étudier les actions lentes, de former bon nombre de substances minérales, d'expliquer Faltération de certaines roches, et de produire un grand nombre de composés que le chimiste n'a pas toujours la faculté d'obtenir.

Dans la physique appliquée, on doit exposer aussi les principes généraux de la physique terrestre, en y comprenant, bien entendu , la climatologie qui doit intéresser à un haut degré toutes les branches de l'histoire naturelle, en raison de l'influence qu'exercent les agents extérieurs sur tous les corps répandus à la surface du globe. Tel est le plan du Traité que j'offre au public. Mais avant d'entrer en matière, je vais passer rapidement en revue la marche que la physique générale a suivie depuis les temps les plus reculés jusqu'à nos jours, en indiquant l'influence qu'elle a exercée sur les progrès de la civilisation.