Part 3

L'eau nous présente continuellement un exemple de ces phénomènes: au-dessous de zéro du thermomètre françois, elle est dans l'état solide, & elle porte le nom de glace; au-dessus de ce même terme, ses molécules cessent d'être retenues par leur attraction réciproque, & elle devient ce qu'on appelle un liquide: enfin, au-dessus de 80 degrés, ses molécules obéissent à la répulsion occasionnée par la chaleur; l'eau prend l'état de vapeur ou de gaz, & elle se transforme en un fluide aériforme.

On en peut dire autant de tous les corps de la Nature; ils sont ou solides, ou liquides, ou dans l'état élastique & aériforme, suivant le rapport qui existe entre la force attractive de leurs molécules & la force répulsive de la chaleur, ou, ce qui revient au même, suivant le degré de chaleur auquel ils sont exposés.

Il est difficile de concevoir ces phénomènes sans admettre qu'ils sont l'effet d'une substance réelle & matérielle, d'un fluide très-subtil qui s'insinue à travers les molécules de tous les corps & qui les écarte: & en supposant même que l'existence de ce fluide fût une hypothèse, on verra dans la suite qu'elle explique d'une manière très-heureuse les phénomènes de la Nature.

Cette substance, quelle qu'elle soit, étant la cause de la chaleur; ou en d'autres termes la sensation que nous appellons chaleur, étant l'effet de l'accumulation de cette substance, on ne peut pas, dans un langage rigoureux, la désigner par le nom de chaleur; parce que la même dénomination ne peut pas exprimer la cause & l'effet. C'est ce qui m'avoit déterminé, dans le Mémoire que j'ai publié en 1777, (_Recueil de l'Académie, page_ 420,) à la désigner sous le nom de fluide igné & de matière de la chaleur. Depuis, dans le travail que nous avons fait en commun M. de Morveau, M. Berthollet, M. de Fourcroy & moi, sur la réforme du langage chimique, nous avons cru devoir bannir ces périphrases qui allongent le discours, qui le rendent plus traînant, moins précis, moins clair, & qui souvent même ne comportent pas des idées suffisamment justes. Nous avons en conséquence désigné la cause de la chaleur, le fluide éminemment élastique qui la produit, par le nom de _calorique_. Indépendamment de ce que cette expression remplit notre objet dans le systême que nous avons adopté, elle a encore un autre avantage, c'est de pouvoir s'adapter à toutes sortes d'opinions; puisque rigoureusement parlant, nous ne sommes pas même obligés de supposer que le calorique soit une matière réelle: il suffit, comme on le sentira mieux par la lecture de ce qui va suivre, que ce soit une cause répulsive quelconque qui écarte les molécules de la matière, & on peut ainsi en envisager les effets d'une manière abstraite & mathématique.

La lumière est-elle une modification du calorique, ou bien le calorique est-il une modification de la lumière? C'est sur quoi il est impossible de prononcer dans l'état actuel de nos connoissances. Ce qu'il y a de certain, c'est que dans un systême où l'on s'est fait une loi de n'admettre que des faits, & où l'on évite autant qu'il est possible de rien supposer au-delà de ce qu'ils présentent, on doit provisoirement désigner par des noms différens, ce qui produit des effets différens. Nous distinguerons donc la lumière du calorique; mais nous n'en conviendrons pas moins que la lumière & le calorique ont des qualités qui leur sont communes, & que dans quelques circonstances ils se combinent à peu près de la même manière, & produisent une partie des mêmes effets.

Ce que je viens de dire suffiroit déjà pour bien déterminer l'idée qu'on doit attacher au mot de _calorique_. Mais il me reste une tâche plus difficile à remplir, c'est de donner des idées justes de la manière dont le calorique agit sur les corps. Puisque cette matière subtile pénètre à travers les pores de toutes les substances que nous connoissons, puisqu'il n'existe pas de vases à travers lesquels elle ne s'échappe, & qu'il n'en est par conséquent aucun qui puisse la contenir sans perte; on ne peut en connoître les propriétés que par des effets qui, la plupart, sont fugitifs & difficiles à saisir. C'est sur les choses qu'on ne peut ni voir, ni palper, qu'il est sur-tout important de se tenir en garde contre les écarts de l'imagination, qui tend toujours à s'élancer au-delà du vrai, & qui a bien de la peine à se renfermer dans le cercle étroit que les faits lui circonscrivent.

Nous venons de voir que le même corps devenoit solide ou liquide, ou fluide aériforme, suivant la quantité de calorique dont il étoit pénétré, ou, pour parler d'une manière plus rigoureuse, suivant que la force répulsive du calorique étoit égale à l'attraction de ses molécules, ou qu'elle étoit plus forte, ou plus foible qu'elle.

Mais s'il n'existoit que ces deux forces, les corps ne seroient liquides qu'à un degré indivisible du thermomètre, & ils passeroient brusquement de l'état de solide à celui de fluide élastique aériforme. Ainsi l'eau, par exemple, à l'instant même où elle cesse d'être glace, commenceroit à bouillir; elle se transformeroit en un fluide aériforme, & ses molécules s'écarteroient indéfiniment dans l'espace: s'il n'en est pas ainsi, c'est qu'une troisième force, la pression de l'atmosphère, met obstacle à cet écartement, & c'est par cette raison que l'eau demeure dans l'état fluide depuis zéro jusqu'à 80 degrés du thermomètre françois; la quantité de calorique qu'elle reçoit dans cet intervalle est insuffisante pour vaincre l'effort occasionné par la pression de l'atmosphère.

On voit donc que, sans la pression de l'atmosphère, nous n'aurions pas de liquide constant; nous ne verrions les corps dans cet état qu'au moment précis où ils se fondent: la moindre augmentation de chaleur qu'ils recevroient ensuite, en écarteroit sur le champ les parties & les disperseroit. Il y a plus, sans la pression de l'atmosphère, nous n'aurions pas, à proprement parler, de fluides aériformes. En effet, au moment où la force de l'attraction seroit vaincue par la force répulsive du calorique, les molécules s'éloigneroient indéfiniment, sans que rien limitât leur écartement, si ce n'est leur propre pesanteur qui les rassembleroit pour former une atmosphère.

De simples réflexions sur les expériences les plus connues, suffisent pour faire appercevoir la vérité de ce que je viens d'énoncer. Elle se trouve d'ailleurs confirmée d'une manière évidente par l'expérience qui suit, dont j'ai déjà donné le détail à l'Académie en 1777. (_Voyez_ Mém. page 426.)

On remplit d'éther sulfurique[2] un petit vase de verre étroit, A, _planche VII, fig. 17_, monté sur son pied P. Ce vase ne doit pas avoir plus de douze à quinze lignes de diamètre & environ deux pouces de hauteur. On couvre ce vase avec une vessie humectée, qu'on assujettit autour du col du vase par un grand nombre de tours de gros fil bien serrés: pour plus grande sûreté, on remet une seconde vessie par-dessus la première, & on l'assujettit de la même manière. Ce vase doit être tellement rempli d'éther qu'il ne reste aucune portion d'air entre la liqueur & la vessie; on le place ensuite sous le récipient BCD, d'une machine pneumatique dont le haut B doit être garni d'une boëte à cuir, traversée par une tige EF, dont l'extrêmité F se termine en une pointe ou lame très-aigue: à ce même récipient doit être adapté un baromètre GH.

[2] Je donnerai ailleurs la définition de la liqueur qu'on nomme _éther_, & j'en déveloperai les propriétés. Je me contenterai de dire dans ce moment, qu'on désigne par ce nom une liqueur inflammable très-volatile, d'une pesanteur spécifique beaucoup moindre que l'eau, & même que l'esprit-de-vin.

Lorsque tout est ainsi disposé, on fait le vuide sous le récipient; puis en faisant descendre la tige pointue EF, on crève la vessie. Aussi-tôt l'éther commence à bouillir avec une étonnante rapidité, il se vaporise & se transforme en un fluide élastique aériforme, qui occupe tout le récipient. Si la quantité d'éther est assez considérable pour que, la vaporisation finie, il en reste encore quelques goutes dans la fiole, le fluide élastique qui s'est produit est susceptible de soutenir le baromètre adapté à la machine pneumatique à huit ou dix pouces environ pendant l'hiver, & à vingt & vingt-cinq pendant les chaleurs de l'été. On peut, pour rendre cette expérience plus complette, introduire un petit thermomètre dans le vase A qui contient l'éther, & on s'apperçoit qu'il descend considérablement pendant tout le tems que dure la vaporisation.

On ne fait autre chose, dans cette expérience, que de supprimer le poids de l'atmosphère, qui, dans l'état ordinaire, pèse sur la surface de l'éther, & les effets qui en résultent prouvent évidemment deux choses: la première, qu'au degré de température dans lequel nous vivons, l'éther seroit constamment dans l'état d'un fluide aériforme, si la pression de l'atmosphère n'y mettoit obstacle. La seconde, que ce passage de l'état liquide à l'état aériforme, est accompagné d'un refroidissement considérable, par la raison que pendant la vaporisation, une partie du calorique, qui étoit dans un état de liberté, ou au moins d'équilibre dans les corps environnans, se combine avec l'éther pour le porter à l'état de fluide aériforme.

La même expérience réussit avec tous les fluides évaporables, tels que l'esprit-de-vin ou alkool, l'eau & le mercure même; avec cette différence cependant que l'atmosphère d'alkool qui se forme sous le récipient, ne peut soutenir le baromètre adapté à la machine pneumatique, en hiver, qu'à un pouce au-dessus de son niveau, & à quatre ou cinq en été; que l'eau ne le soutient qu'à quelques lignes, & le mercure à quelques fractions de ligne. Il y a donc moins de fluide vaporisé lorsqu'on opère avec l'alkool, que lorsqu'on opère avec l'éther; moins encore avec l'eau, & sur-tout avec le mercure: par conséquent moins de calorique employé & moins de refroidissement; ce qui cadre parfaitement avec le résultat des expériences.

Un autre genre d'expérience prouve encore d'une manière aussi évidente que l'état aériforme est une modification des corps & qu'elle dépend du degré de température & de pression qu'ils éprouvent.

Nous avons fait voir, M. de la Place & moi, dans un Mémoire que nous avons lu à l'Académie en 1777, mais qui n'a pas été imprimé, que lorsque l'éther étoit soumis à une pression de 28 pouces de mercure, c'est-à-dire, à une pression égale à celle de l'atmosphère, il entroit en ébullition à 32 ou 33 degrés du thermomètre de mercure. M. de Luc, qui a fait des recherches analogues sur l'esprit-de-vin, a reconnu qu'il entroit en ébullition à 67 degrés. Enfin, tout le monde sait que l'eau commence à bouillir à 80 degrés. L'ébullition n'étant autre chose que la vaporisation d'un fluide, ou le moment de son passage de l'état liquide à celui d'un fluide élastique aériforme, il étoit évident qu'en tenant constamment de l'éther à une température supérieure à 33 degrés & au degré habituel de pression de l'atmosphère, on devoit l'obtenir dans l'état d'un fluide aériforme; que la même chose devoit arriver à l'esprit-de-vin au-dessus de 67 degrés, & à l'eau au-dessus de 80, c'est ce qui s'est trouvé parfaitement confirmé par les expériences suivantes[3].

[3] Mém. Académ. 1780, page 335.

J'ai rempli avec de l'eau à 35 ou 36 degrés du thermomètre un grand vase ABCD, _planche VII, figure 15_; je le suppose transparent pour mieux faire sentir ce qui se passe dans son intérieur; on peut encore tenir les mains assez long-temps dans de l'eau à ce degré sans s'incommoder. J'y ai plongé des bouteilles à gouleau renversé F, G, qui s'y sont emplies, après quoi je les ai retournées de manière qu'elles eussent leur gouleau en en-bas, & appliqué contre le fond du vase.

Les choses étant ainsi disposées, j'ai introduit de l'éther sulfurique dans un très-petit matras, dont le col _abc_ étoit doublement recourbé; j'ai plongé ce matras dans l'eau du vase ABCD, & j'ai engagé, comme on le voit représenté dans la _figure 15_, l'extrêmité de son col _abc_, dans le gouleau d'une des bouteilles F: dès que l'éther a commencé à ressentir l'impression de la chaleur, il est entré en ébullition; & le calorique qui s'est combiné avec lui, l'a transformé en un fluide élastique aériforme, dont j'ai rempli successivement plusieurs bouteilles F, G.

Ce n'est point ici le lieu d'examiner la nature & les propriétés de ce fluide aériforme, qui est très-inflammable; mais sans anticiper sur des connoissances que je ne dois pas supposer au lecteur, j'observerai, en me fixant sur l'objet qui nous occupe dans ce moment, que l'éther, d'après cette expérience, est tout près de ne pouvoir exister dans la planette que nous habitons que dans l'état aériforme; que si la pesanteur de notre atmosphère n'équivaloit qu'à une colonne de 20 ou 24 pouces de mercure au lieu de 28, nous ne pourrions obtenir l'éther dans l'état liquide, au moins pendant l'été; que la formation de l'éther seroit par conséquent impossible sur les montagnes un peu élevées, & qu'il se convertiroit en gaz à mesure qu'il seroit formé, à moins qu'on n'employât des ballons très-forts pour le condenser & qu'on ne joignît le refroidissement à la pression. Enfin, que le degré de la chaleur du sang étant à peu près celui où l'éther passe de l'état liquide à l'état aériforme, il doit se vaporiser dans les premières voies, & qu'il est très-vraisemblable que les propriétés de ce médicament tiennent à cet effet, pour ainsi dire, mécanique.

Ces expériences réussissent encore mieux avec l'éther nitreux, parce qu'il se vaporise à un degré de chaleur moindre que l'éther sulfurique. A l'égard de l'alkool ou esprit-de-vin, l'expérience pour l'obtenir dans l'état aériforme, présente un peu plus de difficulté, parce que ce fluide n'étant susceptible de se vaporiser qu'à 67 degrés du thermomètre de Réaumur, il faut que l'eau du bain soit entretenue presque bouillante, & qu'à ce degré il n'est plus possible d'y plonger les mains.

Il étoit évident que la même chose devoit arriver à l'eau; que ce fluide devoit également se transformer en gaz en l'exposant à un degré de chaleur supérieur à celui qui le fait bouillir; mais quoique convaincus de cette vérité, nous avons cru cependant, M. de la Place & moi, devoir la confirmer par une expérience directe, & en voici le résultat. Nous avons rempli de mercure une jarre de verre A, _planche VII, figure 5_, dont l'ouverture étoit retournée en en-bas, & nous avons passé dessous une soucoupe B, également remplie de mercure. Nous avons introduit dans cette jarre environ deux gros d'eau, qui ont gagné le haut CD de la jarre, & qui se sont rangés au-dessus de la surface du mercure; puis nous avons plongé le tout dans une grande chaudière de fer EFGH, placée sur un fourneau GHIK: cette chaudière étoit remplie d'eau salée en ébullition, dont la température excédoit 85 degrés du thermomètre; on sait, en effet, que l'eau chargée de sels est susceptible de prendre un degré de chaleur supérieur de plusieurs degrés à celui de l'eau bouillante. Dès que les 2 gros d'eau, placés dans la partie supérieure CD de la jarre ou tube, ont eu atteint la température de 80 degrés ou environ, ils sont entrés en ébullition, & au lieu d'occuper, comme ils le faisoient, le petit espace ACD, ils se sont convertis en un fluide aériforme, qui l'a remplie toute entière: le mercure est même descendu un peu au-dessous de son niveau, & la jarre auroit été renversée si elle n'avoit été très-épaisse, par conséquent fort pesante, & si elle n'avoit d'ailleurs été assujettie à la soucoupe par du fil de fer. Si-tôt qu'on retiroit la jarre du bain d'eau salée, l'eau se condensoit & le mercure remontoit; mais elle reprenoit l'état aériforme quelques instans après que l'appareil avoit été replongé.

Voilà donc un certain nombre de substances qui se transforment en fluides aériformes à des degrés de chaleur très-voisins de ceux dans lesquels nous vivons. Nous verrons bientôt qu'il en est d'autres, tels que l'acide marin ou muriatique, l'alkali volatil ou ammoniaque, l'acide carbonique ou air fixe, l'acide sulfureux, &c. qui demeurent constamment dans l'état aériforme, au degré habituel de chaleur & de pression de l'atmosphère.

Tous ces faits particuliers, dont il me seroit facile de multiplier les exemples, m'autorisent à faire un principe général de ce que j'ai déjà annoncé plus haut, que presque tous les corps de la Nature sont susceptibles d'exister dans trois états différens; dans l'état de solidité, dans l'état de liquidité, & dans l'état aériforme, & que ces trois états d'un même corps dépendent de la quantité de calorique qui lui est combinée. Je désignerai dorénavant ces fluides aériformes sous le nom générique de _gaz_; & je dirai en conséquence que, dans toute espèce de gaz, on doit distinguer le calorique, qui fait en quelque façon l'office de dissolvant, & la substance qui est combinée avec lui & qui forme sa base.

C'est à ces bases des différens gaz qui sont encore peu connues, que nous avons été obligés de donner des noms. Je les indiquerai dans le Chapitre IV de cet Ouvrage, après que j'aurai rendu compte de quelques phénomènes qui accompagnent l'échauffement & le refroidissement des corps, & que j'aurai donné des idées plus précises sur la constitution de notre atmosphère.

Nous avons vu que les molécules de tous les corps de la Nature étoient dans un état d'équilibre entre l'attraction, qui tend à les rapprocher & à les réunir, & les efforts du calorique qui tend à les écarter. Ainsi non-seulement le calorique environne de toutes parts les corps, mais encore il remplit les intervalles que leurs molécules laissent entr'elles. On se formera une idée de ces dispositions, si l'on se figure un vase rempli de petites balles de plomb & dans lequel on verse une substance en poudre très-fine, telle que du sablon: on conçoit que cette substance se répandra uniformément dans les intervalles que les balles laissent entr'elles & les remplira. Les balles, dans cet exemple, sont au sablon ce que les molécules des corps sont au calorique; avec cette différence que, dans l'exemple cité, les balles se touchent, au lieu que les molécules des corps ne se touchent pas, & qu'elles sont toujours maintenues à une petite distance les unes des autres par l'effort du calorique.

Si à des balles dont la figure est ronde, on substituoit des hexaèdres, des octaèdres, ou des corps d'une figure régulière quelconque & d'une égale solidité, la capacité des vuides qu'ils laisseroient entr'eux ne seroit plus la même & l'on ne pourroit plus y loger une aussi grande quantité de sablon. La même chose arrive à l'égard de tous les corps de la Nature; les intervalles que leurs molécules laissent entr'elles ne sont pas tous d'une égale capacité: cette capacité dépend de la figure de ces molécules, de leur grosseur, & de la distance les unes des autres à laquelle elles sont maintenues, suivant le rapport qui existe entre leur force d'attraction, & la force répulsive qu'exerce le calorique.

C'est dans ce sens qu'on doit entendre cette expression: _capacité des corps pour contenir la matière de la chaleur_; expression fort juste, introduite par les Physiciens Anglois, qui ont eu les premiers des notions exactes à cet égard. Un exemple de ce qui se passe dans l'eau & quelques réflexions sur la manière dont ce fluide mouille & pénètre les corps, rendra ceci plus intelligible: on ne sauroit trop s'aider dans les choses abstraites de comparaisons sensibles.

Si l'on plonge dans l'eau des morceaux de différens bois, égaux en volume, d'un pied cube, par exemple; ce fluide s'introduira peu à peu dans leurs pores; ils se gonfleront & augmenteront de poids: mais chaque espèce de bois admettra dans ses pores une quantité d'eau différente; les plus légers & les plus poreux en logeront davantage; ceux qui seront compactes & serrés, n'en laisseront pénétrer qu'une très-petite quantité: enfin, la proportion d'eau qu'ils recevront dépendra encore de la nature des molécules constituantes du bois, de l'affinité plus ou moins grande qu'elles auront avec l'eau, & les bois très-résineux, par exemple, quoique très-poreux, en admettront très-peu. On pourra donc dire que les différentes espèces de bois ont une capacité différente pour recevoir de l'eau; on pourra même connoître, par l'augmentation de poids, la quantité qu'ils en auront absorbée; mais comme on ignorera la quantité d'eau qu'ils contenoient avant leur immersion, il ne sera pas possible de connoître la quantité absolue qu'ils en contiendront en en sortant.

Les mêmes circonstances ont lieu à l'égard des corps qui sont plongés dans le calorique; en observant cependant que l'eau est un fluide incompressible, tandis que le calorique est doué d'une grande élasticité, ce qui signifie en d'autres termes que les molécules du calorique ont une grande tendance à s'écarter les unes des autres, quand une force quelconque les a obligées de se rapprocher, & l'on conçoit que cette circonstance doit apporter des changemens très-notables dans les résultats.

Les choses amenées à ce point de clarté & de simplicité, il me sera aisé de faire entendre quelles sont les idées qu'on doit attacher à ces expressions; _calorique libre, & calorique combiné, quantité spécifique de calorique_ contenue dans les différens corps, _capacité pour contenir le calorique, chaleur latente, chaleur sensible_, toutes expressions qui ne sont point synonimes; mais qui, d'après ce que je viens d'exposer, ont un sens strict & déterminé. C'est ce sens que je vais chercher encore à fixer par quelques définitions.

_Le calorique libre_ est celui qui n'est engagé dans aucune combinaison. Comme nous vivons au milieu d'un systême de corps avec lesquels le calorique a de l'adhérence, il en résulte que nous n'obtenons jamais ce principe dans l'état de liberté absolue.

_Le calorique combiné_ est celui qui est enchaîné dans les corps par la force d'affinité ou d'attraction, & qui constitue une partie de leur substance, même de leur solidité.

On entend par cette expression _calorique spécifique_ des corps, la quantité de calorique respectivement nécessaire pour élever d'un même nombre de degrés la température de plusieurs corps égaux en poids. Cette quantité de calorique dépend de la distance des molécules des corps, de leur adhérence plus ou moins grande; & c'est cette distance, ou plutôt l'espace qui en résulte, qu'on a nommé, comme je l'ai déjà observé, _capacité pour contenir le calorique_.

_La chaleur_, considérée comme sensation, ou en d'autres termes, la _chaleur sensible_, n'est que l'effet produit sur nos organes par le passage du calorique qui se dégage des corps environnans. En général nous n'éprouvons de sensation que par un mouvement quelconque, & l'on pourroit poser comme un axiome, _point de mouvement, point de sensation_. Ce principe général s'applique naturellement au sentiment du froid & du chaud: lorsque nous touchons un corps froid, le calorique qui tend à se mettre en équilibre dans tous les corps, passe de notre main dans le corps que nous touchons, & nous éprouvons la sensation du froid. L'effet contraire arrive lorsque nous touchons un corps chaud; le calorique passe du corps à notre main, & nous avons la sensation de la chaleur. Si le corps & la main sont du même degré de température, ou à peu près, nous n'éprouvons aucune sensation, ni de froid, ni de chaud, parce qu'alors il n'y a point de mouvement, point de transport de calorique, & qu'encore une fois il n'y a pas de sensation sans un mouvement qui l'occasionne.