CHAPITRE PREMIER

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

appliquée.

L'application 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 l'étude 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 nos jours, particulièrement dans ses rapports avec les progrès des sciences en général et de la civiHsation 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'cnsoigneraent 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 Lavoisier, Laplace et Coulomb. D'un autre côté, les immortelles découvertes de Volta, qui devaient imprimer une si grande impulsion aux sciences physico-chimiques, et I. I

2 TBAITÉ DE PTIVSIQLB.

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 résistera 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. 11 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 rappo'ts 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 circoiistances. Les rapports existant entre ces forces sont si bien établis , que l'une peut servir à reproduire l'autre, et vice versa. Si donc ou 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.

INTRODUCTION HISTOBIQUE. 3

Avant 1789 , et même quelques années après, les cours de physique, eu 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 longtemps 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 les plus grandes découvertes ont été faites la plupai't 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 ferin 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 Magdcbourg, 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 l'électricité , lança dans les nuages un cerf-volant.

Volta 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.

Haliy ayant laissé tomber par hasard un cristal de chaux carbonatée prismatique , fut frappé de la manière dont un angle avait été fracturé. Cette simple observation , dont il suivit toutes les conséquences avec une rare sagacité, et en lie 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. Savait, avec tant de bonheur, de saupoudrer de sable les surfaces vibrantes et d'examiner les figures 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 nature devient le laboratoire, et l'on a pour instruments les objets divers répandus à profusion sur la surface du globe. Eu simplifiant ainsi les moyens d'investigation, on rend plus facile l'étude 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, 11 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.

Ne^vton avait également une aptitude singulière pour les inventions mécaniques, et imitait, dans sou 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.

INTBODUCTIOiV HISTORIQUE. 5

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.

Newton a montré l'exemple de cette inévitable nécessité de la constance et de la continuité dans l'exercice de l'attention pour développer le pouvoir de rintelligence.

On lui demandait un jour comment il était parvenu à ses admirables découvertes ; il répondit simplement : Eii y iiensant 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 l'étendue de cette intelligence et de cette adresse , à laisser après lui des travaux plus ou moins utiles dont son paj's 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'un 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, l'édifice une fois terminé. Néanmoins, ces travaux de détail restent consignés dans les recueils scientifiques, où l'on va les consulter au besoin, pour étudier les méthodes employées. Tl 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 Newton, 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'OErstcd s'acquit une grande renommée pour avoir découvert faction révohitive exercée par un courant élecUi(iue sur l'aiguille aimantée, et que Malus s'est illustré par la découverte de la polarisation de la lumière au moyen de la réflexion.

Pour 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 monde.

Les philosophes, voués par goût et par passion à l 'élude 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 qui 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, 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 Tinfluence 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 affinités , plus la force vitale, base des phénomènes physiologiques , et qui cesse avec la vie 5 pour les animaux, ces trois mêmes forces , plus la force intellectuelle. Quant aux corps bruts ou inorganisés , ils ne possèdent que les deux premières. Dans les corps organisés, il y a lutte continuelle entre la force vitale

TNTRODUCTIOPr HISTORIQUE. 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 ce 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 fructueuses, 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 des idées déjà arrêtées sur •a cause des phénomènes. Celui qui attache une trop grande importance aux forces physiques ou chimiques ne voit dans la vie que des résultats de l'attraction ou des affinités. C'est ainsi que Tournefort a comparé l'accroissement des plantes à celui des minéraux , et que Malebranche a confondu Torganisation des animaux avec celle des machines. D'un autre côté , quelques physiologistes n'ont voulu voir et ne voient encore que des forces particulières, sîd generis , dans lesquelles les forces physiques ou chimiques n'interviennent en rien. La vérité se trouve probablement entre ces deux extrêmes; aussi estil indispensable de rechercher dans les phénomènes de la vie la part des forces physiques et chimiques, et celle qui est due aux forces vitales. Quelques exemples me feront mieux comprendre.

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

Dans 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'en 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 vitale primitive, qui a pour conséquence un effet physique ou mécanique. Une fois l'action mécanique ou chimique produite par l'influence de la force vitale , cette action ne se comporte pas comme

8 TRAITK DE PHYSIQUE.

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

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 l'excitabilité dans les végétaux , cette propriété en vertu de laquelle 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

I>TRODUCTION HISTORIQUE. 9

cristallographie, l'optique, l'acoustique et mèii^e la phosphorescence. En raison de cela, la phosphorescence de^■ra être exposée avec de e;rands 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 sul)stances minérales, d'expliquer l'altération 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 ph3^sique 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, eu indiquant rintluence qu'elle a exercée sur les progrès de la civilisation.