LES DIVERS ÉTATS DE LA MATIÈRE; LA CHALEUR

A la fin du second Empire, le physicien qui dominait en France par sa rare sagacité, par son probe et clair talent, était V. Regnault, professeur au Collège de France, directeur de la Manufacture de Sèvres. Sans doute il n'avait pas le puissant génie créateur d'un Ampère ou d'un Fresnel, mais il possédait au plus haut degré les qualités de l'expérimentateur, il apportait dans toutes ses recherches un bon sens français et il accomplit une œuvre utile, nécessaire même. Le développement pris par les machines à vapeur, l'importance qu'acquéraient chaqucjour davantage les théories nouvelles de la chaleur rendaient indispensable la connaissance exacte des valeurs numériques des grandeurs (pressions ou densités, chaleurs spécifiques et latentes, etc.) qui interviennent dans les calculs et aussi celle des relations qui existent entre elles et la température. Regnault, aidé par plusieurs élèves distingués, se consacra à ces délicates et

longues déterminations; il créa tous les appareils de mesure dont il avait besoin, il imagina des méthodes précises et fournit d'immortels exemples d'une saine et prudente critique expérimentale, qui sait évaluer justement les corrections à apporter aux résultats bruts, calculer l'importance des erreurs et en atténuer les effets. Parmi les multiples expériences de Regnault, les plus connues sont celles qui sont relatives à la compressibilité des gaz, où il mit le premier hors de doute que la loi de Mariotte n'est qu'une loi approchée, une loi idéale que ne suit en réalité aucun gaz naturel.

La belle carrière scientifique de Regnault fut interrompue par la guerre; il eut la douleur de perdre son fils, le brillant peintre tué à Buzenval, et il fut frappé, d'autre part, dans son amour pour la Science : les Allemands, très jaloux de tout ce qui est grand et déjà destructeurs de monuments élevés par le génie de la France, pillèrent et brûlèrent ses registres d'expériences laissés dans son laboratoire de Sèvres. Ainsi la barbarie organisée préludait par un crime contre la science à tous ceux qu'elle devait plus tard perpétrer dans tous les domaines.

L'œuvre de Regnault a un caractère de simplicité classique qui lui fit longtemps donner une place prépondérante dans l'enseignement ; par là l'influence de ce physicien se prolonge encore et son nom est peut-être celui que connaissent le mieux de nombreuses générations de lycéens et d'étudiants.

Dans la voie qu'il avait tracée, des découvertes importantes ont été faites par plusieurs savants français ; et cellesci ont eu une portée plus générale encore par ce fait que la thermodynamique, désormais solidement assise, venait éclairer les résultats et permettre des conclusions d'ensemble. Mais on ne saurait nier que, sans les travaux de Regnault, Cailletet et Amagat n'auraient pas abordé les questions où ils devaient rencontrer tant de succès, et si, dans un important chapitre de la physique, la France a conservé le premier rang, il convient d'en attribuer le mérite au bon physicien qui avait établi une base inébranlable. Cailletet prolongea les expériences sur la compressibilité des gaz jusqu'à des pressions que les instruments plus

délicats de Regnault n'avaient pas permis d'atteindre ; il usa de procédés industriels, mais adaptés à la recherche scientifique, et en augmentant ainsi la puissance mise en oeuvre dans les recherches expérimentales, en étendant les moyens d'action du physicien, il donna un exemple qui, imité dans beaucoup d'autres voies, devait conduire à de nombreuses et importantes découvertes.

Sur son chemin, Cailletet rencontra lui-même un résultat capital, aussi remarquable au point de vue théorique qu'au regard de la pratique et dont l'industrie devait par la suite tirer le plus grand profit; ainsi très justement elle recevait,' à son tour, du savant l'aide qu'elle lui avait prêtée dans ses expériences de laboratoire. Le premier, Cailletet parvint à liquéfier les gaz réputés permanents; il avait compris que, pour aboutir, il convenait de faire agir simultanément la compression et le refroidissement : il obtint l'abaissement de température nécessaire par un procédé fort simple et extrêmement ingénieux, la décompression partielle et rapide du gaz soumis à l'expérience. Par ce moyen, on ne produisait à vrai dire qu^un fugitif brouillard, mais la démonstration était rigoureuse, et, conformément à l'idée que Lavoisier avait autrefois émise, il apparaissait clairement qu'il n'existe aucune différence fondamentale entre les propriétés physiques des gaz, et que tous sont, sous certaines conditions, capables de prendre la forme liquide.

Au point de vue de la pratique, bien des perfectionnements étaient encore nécessaires pour que les gaz liquéfiés pussent être utilisés; la France, qui avait été l'initiatrice, a pris une grande part dans cette œuvre de mise au point. Le nom de M. G. Claude restera particulièrement attaché à l'invention des appareils qui permettent aujourd'hui d'amener en grand n'importe quel gaz à l'état liquide, et à la création de cette industrie du froid qui rend de si grands services au commerce et à l'agriculture.

Le physicien, lui aussi, a tiré grand profit des facilités qui lui étaient offertes pour étudier les propriétés des corps dans une , vaste étendue de température; alors que, par ailleurs, le domaine des ternpératures très élevées lui était rendu accessible, celui des températures très basses lui

était ouvert et l'on pouvait ainsi de deux côtés opposés étendre singulièrement le champ des recherches et constater d'abondants phénomènes imprévus.

Parallèlement aux expériences de Cailletet, et vers le même temps, des recherches relatives à des questions semblables étaient entreprises par un autre savant français, Amagat, qui, avec une rare habileté, parvenait à mesurer des pressions atteignant jusqu'à 3000 atmosphères et aussi les petits volumes qu'occupe, sous ces énormes pressions, la masse fluide. Avec une sagacité parfaite, Amagat a discuté les résultats de ses expériences qui embrassent, pour un certain nombre de corps, les différentes phases des phénomènes ; il est ainsi par\'enu à établir d'une manière définitive les lois de compressibilité et de dilatation sous pression constante des fluides et à déterminer la valeur des coefficients ainsi que leurs variations.

Plus récemment, d'éminents physiciens, M. Mathias, M. Daniel Berthelot, M. Leduc, ont, par des travaux relatifs à des sujets analogues, réussi à éclairer un certain nombre des problèmes qui restaient à résoudre et ont pu fournir de précieux renseignements sur les constantes les plus importantes. De telles recherches fournissent de nombreuses vérifications des lois de la thermodynamique, et aussi, par l'application de ces lois elles-mêmes, permettent d'étendre et de développer les résultats directs de l'expérience. On a dit plus haut que cette science reposait sur deux principes dont l'un a été découvert en France et l'autre, soupçonné par Camot, a été pour la première fois complètement énoncé à l'étranger. Mais celui-ci qui est, en somme, purement expérimental, avait besoin de vérifications, dont quelques-unes, parmi les plus intéressantes, ont été faites par des Français. Ainsi M. VioUe a retrouvé la même valeur pour l'équivalent mécanique alors même qu'entre le travail initial absorbé et la chaleur finalement dégagée intervenaient des actions électriques ; ainsi encore un savant original, industriel en Alsace, Hirn, mesurait, en sens inverse, le travail produit au détriment d'une quantité de chaleur disparue et contribuait, grâce à son ardente conviction, à faire accepter les nouvelles théories par l'unani-

mité des physiciens et aussi des ingénieurs, d'abord un peu sceptiques.

De même que sur les principes fondamentaux de la mécanique les mathématiciens ont pu fonder une science rationnelle où viennent prendre naturellement place toutes les questions concernant les conditions d'équilibre et de mouvement d'un système et où elles reçoivent une solution dictée par la simple puissance du calcul, de même les principes de la théorie de la chaleur conduisent à édifier un monument capable de contenir tous les faits relatifs aux phénomènes calorifiques. Mais, pour établir cette nouvelle construction, de vigoureux efforts étaient nécessaires. En France, depuis cinquante ans, M. Massieu, M. Moutier, ■ M. Le Chatelier. M. Duhem, furent les meilleurs ouvriers de cette œuvre capitale. Dans une longue série de travaux, remarquables non seulement par la science profonde de l'auteur, mais aussi par la valeur philosophique de sa pensée, M. Duhem a montré la fécondité des nouvelles méthodes ; il a indiqué comment elles permettaient de fonder une physique d'une manière presque indépendante de toute hypothèse relative à la constitution de la matière.

Parmi les problèmes que résout facilement et élégamment la thermodynamique, on peut citer d'une manière particulière celui des solutions. On retrouve ainsi par le calcul les très importantes lois découvertes par Raoult, l'un des fondateurs de cette science que l'on appelle la chimie physique, parce qu'elle s'appuie à la fois sur les deux disciplines soeurs. Les lois que l'on appelle lois de Raoult sont relatives soit à l'abaissement de la température de congélation d'un dissolvant par l'adjonction d'un corps dissous, soit au changement de la température d'ébuUition dans des conditions analogues; elles ont conduit à la découverte d'un procédé très original et très précieux de détermination des poids moléculaires et elles jouent actuellement en chimie un rôle de premier plan. Les élégants travaux de Gernez sur la cristallisation des dissolutions sursaturées et sur les retards à l'ébullition se rattachent à un ordre d'idées assez voisin.

La thermodynamique éclaire également les expériences devenues classiques et que poursuivirent en France avec

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tant de succès Sainte-Claire Deville et ses élèves Debray, Hautefeuille, Troost, sur les phénomènes de dissociation,

elle en fait mieux comprendre la grande importance. Elle vient aussi en aide à ceux qui, sur le chemin tracé par l'illustre Berthelot, cherchent à établir la mécanique chimique; il convient de noter ici que le grand chimiste fut aussi un physicien très habile et qu'il a doté la physique d'instruments et de méthodes particulièrement commodes pour la mesure des quantités de chaleur.

Pour donner une idée de l'activité scientifique de la France dans le domaine des propriétés mécaniques et calorifiques des corps, il conviendrait aussi d'exposer les très intéressants travaux relatifs à l'élasticité ou à la recherche de la constitution des solides que l'on doit à MM. Brillouin, Bonasse, Osmont, etc. Mais on ne peut ici citer que des noms si l'on ne veut pas entrer dans des détails trop techniques.