I. Clialeiir propre da glob« terrestre

1088. Le globe terrestre possède une chaleur propre intérieure, insensible près de sa surface, mais dont l'existence est attestée par l'accroissement de la température à mesure qu'on s'enfonce plus profondément. Cet accroissement, observé depuis longtemps dans les mines, fut attribué d'abord à la chaleur dégagée par les mineurs et par leurs lampes. Plus tard, le phénomène ayant été observé dans des mines abandonnées, on l'attribua à des fermentations locales; Boyle l'expliquait par la décomposition des pyrites. Depuis, on a fait des expériences concluantes par deux moyens principaux : en observant la température des mines à difl'érentes profondeurs, et en mesurant la température des puits artésiens.

Température des mines. — Les premières observations ont été faites en France, en 4740, par Gensanne, dans les mines de plomb du Giromagny, près de Béfort ; elles prouvèrent l'augmentation de la température avec la profondeur. Depuis, on a fait un grand nombre d'observations dans difl'érents pays. Nous citerons celles de d'Aubuisson, en 4806, dans les mines de Poullaouen et d'Huelgoet, en Bretagne ; celles de Saussure dans les mines de sel de Bex, dans le canton de Berne; celles de De Humboldt en Saxe et dans plusieurs mines du Pérou et du Mexique. Parmi les observations faites en Angleterre, dans les mines de houille du Nord et dans celles de Cornouailles, il faut citer en particulier celles de M. W. Fox. En 18217, Cordier a rassemblé et discuté les résultats connus, et y a ajouté ses propres observations, après avoir perfectionné les méthodes d'observation ^

Dans le principe, on se contentait de prendre la température de l'air au fond des mines ; mais ce moyen ne peut être exact ; Cordier a trouvé quelquefois

1 Mémoiret de l'Académie du iciencee de Parie, t.^ VU , p. 473.

5S6 sorRCES de chaleub.

6"" de différence entre cette température et celle de la roche. L'influence de la présence des mineurs est évidente : diaprés les expériences de H. Despreiz, un homme de moyenne taille dégage environ 180 calories par heure, quantité qui peut élever 542" cubes d*nir, de 1°. Une lampe, brûlant 15^ d'huile par heure, produit le même effet sur 409"^. Il résulte de là que 10 mineurs, munis chacun d'une lampe et répartis dans une galerie de i*de largeur sur 2» de hauteur, pourraient échauffer de i"" Tair contenu dans n espace de 4650 métrés. Dans les travaux abandonnés, on a à craindre Tintreduction de Tair extérieur, le refroidissement dû à l'évaporation des ean d'infiltration. On a eu l'idée de prendre la température des eaux qui jaillissent au fond des mines ; mais ces eaux, provenant le plus souvent de couHms supérieures n celles que l'on observe, ne peuvent alors en donner exactemest la température.

Cordier a imaginé un procédé, très simple et beaucoup plus exact : on perce, avec un foret, un trou oblique dans la paroi de la mine, et l'on y enfonce u thermomètre entouré de papier fin et enveloppé d'un étui en fer-blanc. I/ouverturc du trou est fermée par un tampon en papier, pour que l'air extérieur ne puisse y circuler. L'expérience doit se faire dans l'angle du front de taille, c'est-à-dire de l'extrémité de la galerie où l'on extrait journellement le mioeral et où la température de la roche n'a pas eu le temps d'être modifiée par le contact prolongé de l'air.

Quand on a la température à une ceiiaine profondeur, pour connaître l'accroissement à partir de la surfnce du sol, il faut évidemment en retrancher la température de celle surface. Celle dernière est très variable, mais l'observation prouve qu'à une certaine profondeur on trouve une température coustante qui coïncide avec la température moyenne du heu. C'est cette température constante qu'il faut retrancher de celle qu'on observe au fond de la mine. En divisant la profondeur, par le nombre de degrés ainsi obtenu, on trouve la quantité dont il faut s'enfoncer pour que la température augmente de T. Cordier a obtenu ainsi, dans les mines de houille de Decise, de Littr}* et de Carmaux, les nombres 15", !20'" et 35". Ces résultats, très différents, dépeih dent de la nature du sol et de sa conduclibilité pour la chaleur.

Température des paita artésiens. — La température de l'eau des puits artésiens fait connaître celle de la nappe d'eau qui les alimente. Le themi<h mètre doit être porté au fond du trou de sonde, la température de l'eau à sa sortie pouvant être différente, parce qu'elle a traversé des couches de terrain plus froides. On se sert dans ces expériences du thermomètre à maximum à déversement de M. Walferdin, décrit plus loin (1 100), renfermé dans des tubes très forts pour résister à la pression.

Les observations faites dans les puils artésiens de Paris et de ses environs, particulièrement dans celui de l'abattoir de Grenelle, à une profondeur de 547™ au-dessous du sol, ont donné un accroissement de 1 ° pour 30* de profondeur, la température de la couche invariable étant de 10°, 7. DeHumboidI

en partant d'observations faites dans le puits artésien de New-Salzwerck en Westphalie, à 607" au-dessous de la mer, et M. Walferdin, au moyen d'expériences faites dans le puits foré de Saint-André (Eure), et dans celui de MondorfT, dans le ^nd duché de Luxembourg, où la sonde a pénétré jusqu'à 730°^, sont arrivés à peu prés au môme résultat. Depuis, M. Walferdin a trouvé prés du Creusot, au fond d'un trou de sonde de 8i6" de profondeur, et de 495" au-dessous du niveau de la mer, SS^'fSI. Au fond d'un autre puits voisin, de 554» de profondeur, il a trouvé 27°, 22; ce qui fait ii°,09 de différence pour une différence de profondeur de 262", ou i** pour 23",6. L'accroissement dans ces localités parait donc plus rapide à une profondeur de 500", que prés de la surface du sol. Il serait bien intéressant de mesurer la température à de plus grandes profondeurs. Les sondes à tige flexible imitées des Chinois par M. Jobard, permettraient de parvenir, sans trop de dépenses, à une profondeur double de celle que l'on a atteinte jusqu'à ce jour.

En admettant un accroissement de 1 ° pour 30", et partant de la température de 10"* à la surface, ou trouve qu'il faudrait descendre à 2700" pour trouver la température de l'eau bouillante, en supposant que la loi reste la même à toutes les profondeurs. A 12 lieues, on trouverait la température de fusion du fer, et à une vingtaine de lieues toutes les matières minérales connues seraient en pleine fusion.

408II. Origine de la chaleur propre da iplobe. — On a soupçonné depuis les temps les plus reculés, que l'intérieur de la terre est rempli de matières incandescentes. Cette opinion d'un feu central^ dont on trouve des traces dans les mythologies de presque tous les peuples, n'était d'abord fondée que sur des conjectures, ou sur une sorte d'intuition vague née de l'observation imparfaite de certains phénomènes intenses, comme les éruptions volcaniques. Mais ce n'est qu'à partir du commencement du dernier siècle que l'hypothèse du feu central a pris une tournure scientifique, après la découverte de l'aplatissement de la terre, que l'on a expliqué, en supposant que le globe a été primitivement à l'état de fusion ignée. Buffon a soutenu particulièrement cette opinion, mais elle n'était pas appuyée sur des observations assez nombreuses, ni surtout assez directes, et elle ne tarda pas à tomber dans le discrédit. C'est alors que domina le système neptunien, dans lequel, attribuant à l'eau, la fluidité primitive du globe, on admettait qu'il s'est solidifié du centre à la surface, par voie de cristallisation aqueuse.

L'opinion d'une chaleur centrale reprit bientôt faveur; on remarqua la similitude des produits rejetés par les volcans dans toutes les parties du monde. On reconnut que ces produits viennent de profondeurs situées au-dessous des terrains primordiaux, dont la nature fut mieux connue. Enfin les expériences faites à différentes profondeurs achevèrent de convaincre les esprits les plus prévenus.

FarmatloB da globe. — On admet généralement aujourd'hui que la terre, h roriginedes choses, formait un amas de vapeurs qui se sont liquéfiées par le

5â8 SOURCES DE CHALEUR.

lYfroidissement, de manière à constituer une masse liquide qui a pris d>Uem^mc la forme sphérique, forme un peu modifiée par le mouTement de roUition (l, 127). Cette masse, formée des substances les plus réfractaire<. principalement de métaux, était enveloppée d'une atmosphère épaisse de vapeurs et de gaz, parmi lesquels Toxygène et Tacide carbonique. Le refroidissement ayant continué, la surface s'est oxydée aux dépens de Toxygéoe, K plus tard l'acide carbonique a été absorbé à son tour. En môme temps, il s'est formé une croûte solide, soit parce que les oxydes formés sont moins fusibles que les métaux, soit par suite de la continuation du refroidissement. Cette croûte n'a pas tardé à se briser et à se plisser en divers sens, en formant les chaînes de montagnes, parce que le noyau liquide se contractait par le froid plus que ne le faisait l'enveloppe solide. Les eaux provenant des vapeurs condensées se sont alors précipitées dans les parties les plus basses, entralDUt avec elles des débris de toutes sortes, qu'elles ont ensuite déposés. Ces phéoomènes se reproduisant par intermittences, à mesure que le globe se refroidissait, il en est résulté les différents systèmes de montagnes et la distinction des époques géologiques. Cependant l'enveloppe solide continuait à s*accroitre de dehors en dedans. Le diamètre de la terre ayant diminué, en même temps que sa masse restait constante, le mouvement de rotation a dû s'accélérer, et l'aplatissement augmenter, circonstances qui ont aussi concouru à la dislocatiofl de la croûte solide.

Dans ces époques primitives de l'âge du monde, la chaleur de la surface provenait principalement du feu intérieur; la température devait donc être à peu prés la môme à toutes les latitudes. Mais la croûte augmentant d'épaisseiir. la chaleur centrale se fit sentir de moins en moins, l'action du soleil devint prépondérante, et comme elle n'agit pas avec la môme efficacité à l'équateur et dans le voisinage des pôles, les climats commencèrent à se dessiner. En môme temps, fes êtres organisés firent leur apparition sur le globe et se répandirent sur cet amas de ruines qui en compose la surface: mais cela ne put avoir lieu qu'après une immensité de siècles.

1090. Efaf actuel du g^iobe. — Si l'on admet la loi d'une augmentation de tempr*ratnro de l"" pour 30™ de profondeur, la couche solide qui existe actuellement autour du globe ne doit pas avoir plus d'une dizaine de lieues d'épaisseur, c'est-à-dire moins de j^u ^^* rayon de la terre. Cette couche serait représentée par une feuille de papier, sur un globe de âO*^™ de diamètre. Nwis vivons donc sur une mince pellicule dont l'épaisseur doit ôtre très différent? dans les divers pays. Les sources thermales nous apportent des indices de h haute température des parties inférieures, et les volcans amènent à la surface, des spécimens des matières en fusion qu'elles recouvrent.

Tremblements de terre. — La masse lluide intérieure tend à obéir aux actions attractives de la lune et du soleil, et à éprouver des changements périodiques de forme, analogues à ceux que nous présente la mer dans les marées. La croûte solide est donc soumise à des efforts intérieurs qui lendenî

à la déformer alternativement, et auxquels sa rigidité la fait résister. Cependant quand les actions de la lune et du soleil s'ajoutent, ce qui a lieu aux sygyzies, c'est-à-dire quand les centres des deux astres sont en ligne droite avec celui de la terre, Tenveloppe solide peut être ébranlée, dans les pays où la croûte a le moins d'épaisseur, ou se trouve assise d'une manière moins stable. C'est là one des causes des tremblements de terre. Il résulte en effet du relevé fait par M. Perre;, de ces désastreux phénomènes pendant un demi-siècle, qu'ils sont plas fréquents aux époques des sygyzies qu'aux quadratures, au périgée qu'à Tapogée, et aux heures voisines du passage de la lune au méridien qu'au moment oi'i cet astre s'en trouve éloigné de 90"* '.

«••i» Mésuitats en eaieni. — L'cxistence d'une chaleur centrale se trouve confirmée par les calculs mathématiques de Fourier. Il résulte de la savante analyse de ce célèbre géomètre, les conséquences suivantes :

i« Si la chaleur de l'intérieur de la terre était due à l'action prolongée du soleil, la température sur une même verticale serait constante ou irait en diminuant à mesure qu'on s'enfoncerait, suivant que cette action aurait été suffisamment prolongée ou que l'état final n'aurait pas encore été atteint.

2? La croûte solide reçoit actuellement de la chaleur venant du soleil, et de la chaleur venant de Tintérieur du globe. Cette dernière élèverait de \ de degré la température de la surface, si la terre avait la conductibilité du fer. Mais cette élévation n'est au plus que de y^ de degré, si l'on admet que la conductibilité moyenne des matières qui composent la croûte solide est 9 fois moindre que celle du fer, suivant l'estimation de B. de Saussure. On voit donc que l'état actuel diffère peu de l'état définitif qui tend h s'établir.

3« L'abaissement actuel de température de la surface n'est que de yïivô ^^ degré par siècle. Il n'a été que de j^, au plus, depuis Hipparque. Le refroidissement, d'abord rapide, est devenu excessivement lent.

4® Cependant la chaleur intérieure se perd toujours, en traversant la croûte solide sans en modifier sensiblement la température (80i). Fourier trouve que cette quantité de chaleur serait capable de fondre, pendant un siècle, une couche de glace de 3 mètres d'épaisseur.

Cette perte de chaleur du noyau liquide est accompagnée d'une contraction qui doit changer l'équilibre de l'enveloppe solide, et déterminer de temps à autre des dislocations d'autant plus intenses que l'épaisseur et la rigidité étant très grandes, ces phénomènes ne se produisent qu'après un changement notable des conditions de l'équilibre primitif. On peut donc penser que de nouvelles révolutions sont possibles à la surface du globe. Mais elles ne peuvent se produire qu'à des intenalles de temps immenses ; en effet, Laplace, en partant des observations d'Hipparque, a établi que la durée du jour n'a pas diminué de j^ de seconde depuis l'époque de ce célèbre astronome ; d'où l'on

1 Ccmpk^rendus de l'Académie des sciences, t. XXXYllI, p. 1038.

doit conclure que le retrait éprouvé par le globe, depuis celte époque, n'a pi' pu augmenter sensiblement la vitesse de rotation.

Hypothèse de Poisson. — L'accroissement de températare que loi observe quand on s*enfonce dans l'intérieur du globe, a été expliqué par Pobsoi en supposant que la terre aurait traversé, il y a des milliers de siècles, une partir de Tespace oi\ régnerait une très haute température. Là, elle se serait édùâtt jusqu*à une certaine profondeur, et maintenant elle perdrait j^t u .1 irf^i %tii' chaleur d'emprunt. Poisson avait été conduit à formuler cette nouTeUi ï^ thèse en remarquant que, d*après la loi de Taccroissement de fa temfêm^ avec la profondeur, les matériaux intérieurs du globe devraient être k Téli ^ vapeur, ayant une tension énorme à laquelle la croûte du globe DepBVi^ résister. Mais il est bien évident que la loi, en supposant qu*H1e &mtfiKlf, ne peut plus s'appliquer dès qu'on arrive à la matière en fusion. Il «g m comme d'un creuset rempli de plomb fondu; la températm t- des pm augmente de l'extérieur à l'intérieur, mais elle reste à peu prés corkstanteèi^ toute la masse liquide. Aussi, l'hypothèse de Poisson n'a pas v^ié àiàùpikf^ les géologues et les physiciens ; nous la citons, seulement à cao.se du Mittè celui qui l'a imaginée.