Edgar Saveney

“ L’étincelle se produit-elle dans le vide absolu ? En d’autres termes, le flux électrique, tout en n’étant qu’un mouvement de l’éther, peut-il exister en dehors de la matière pondérable ? On conçoit l’importance de cette question, à laquelle nous ne trouvons point de réponse dans les phénomènes généraux de la nature ; le soleil nous envoie de la lumière, nous n’en recevons pas directement d’électricité. Les expériences que l’on a multipliées pour savoir si l’étincelle passe dans le vide absolu sont très controversées. ”

“ Quand la force vive passe des molécules à la masse d’un corps et revient de cette masse aux molécules, apparaissant ainsi successivement sous la forme de travail ou sous la forme de chaleur, on n’assiste pas, à vrai dire, à ces changemens ; mais on détermine si bien les phénomènes un peu avant et un peu après la transformation, qu’on croit la voir elle-même. La thermodynamique est un champ suffisamment exploré où les erreurs de route ne sont pas graves, où l’on est sûr, si l’on s’égare, de retrouver son chemin. ”

“ Si nous consultons l’histoire de la chaleur, nous verrons que l’idée de la calorie n’a point été propre à ceux qui prétendaient que la chaleur est un mouvement ; on pourrait même remarquer que cette unité a comme un air suspect, et qu’elle sent en quelque sorte la doctrine de la matérialité du calorique. L’équivalence de la chaleur et du travail mécanique a été aussi établie en dehors de toute théorie. C’est une notion prudente et éclectique que celle d’équivalence ; elle n’implique pas d’idée préconçue sur les faits que l’on compare ”

“ La chaleur triomphe ainsi des liens qui enchaînent les molécules ; elle combat ces forces attractives qui se manifestent au sein des corps, et qui conservent jusqu’ici pour nous un aspect si mystérieux. À travers l’antagonisme qui se manifeste entre la chaleur et les forces attractives, a-t-on pu isoler le mouvement calorifique, le dégager des phénomènes qui le masquent, en déterminer le mode spécial et les lois ? Hélas ! non, pas encore. On peut dire cependant que l’étude des gaz a jeté sur cette question de vives clartés. ”

“ Choisir l’électrie, voilà le premier progrès que les électriciens ont à réaliser, et voici le second : déterminer l’équivalent mécanique de l’électricité, chercher à combien de kilogrammètres équivaut une électrie. On voit en ce moment par un exemple caractéristique l’utilité d’une hypothèse qui embrasse l’ensemble des phénomènes naturels et les ramène à un même principe. Elle peut guider le physicien dans les régions mal connues qu’il explore ; elle lui enseigne la voie qu’il doit suivre à travers les dédales des faits particuliers. ”

“ Dans les idées actuelles, la chaleur est un mouvement des molécules mêmes des corps. Toutes les molécules matérielles sont animées de mouvement ; elles se choquent sans cesse les unes les autres et maintiennent ainsi ou modifient leur état. C’est par leurs chocs que les molécules des corps nous font éprouver la sensation de chaleur, et c’est par l’intensité de ces chocs que nous déterminons les degrés de la température. Cette agitation perpétuelle des molécules constitue par elle-même le phénomène de la chaleur, mais elle peut naturellement se convertir en effets différens ”

“ La rotation concourt avec l’élasticité à faire rebondir les molécules les unes contre les autres ; elle pourrait même produire seule cet effet, si les molécules, au lieu d’être composées, n’étaient que de simples atomes. Une sorte d’état moyen, de régime commun, s’établit ainsi dans le gaz ; si le mouvement faiblissait sur quelque point, il y serait tout de suite renforcé par le reste de la masse agitée. Chaque molécule rebondit d’ailleurs sans direction fixe, peut aller dans tous les sens, être projetée successivement dans toutes les parties de la masse entière. ”

“ Reportons-nous à l’hypothèse que nous avons faite pour expliquer comment les corps passent de l’état gazeux à l’état liquide et à l’état solide. Nous avons dû admettre que chaque molécule entraîne dans son mouvement de rotation une sorte d’atmosphère éthérée. Quand des molécules hétérogènes sont juxtaposées, ce sont des atmosphères d’épaisseur et de vitesse différentes qui se trouvent en présence ; et si un échauffement vient troubler leur équilibre, on conçoit que cette circonstance rende libre un certain nombre d’atomes éthérés. ”

“ Nous allons entrer dans une région beaucoup plus obscure et plus dangereuse en nous occupant-des phénomènes électriques.
VII Qu’est-ce que l’électricité ? Que devons-nous penser de cette conception vulgaire qui repose sur le jeu d’un fluide positif et d’un fluide négatif ? Y a-t-il réellement deux fluides électriques ? Y en a-t-il même un seul ? Nous posons ces questions ; mais si l’on se reporte aux prémices de notre travail, on ne peut guère douter des réponses que nous allons y faire. Et d’abord la dualité des fluides ne peut plus nous apparaître que comme un symbole. ”

“ La force vive du flux électrique est en partie consommée par l’élévation du poids, par la rotation de l’arbre, et l’agitation calorifique du circuit se trouve diminuée d’autant. On voit là de l’électricité qui, au lieu de se transformer en chaleur, se convertit en travail. Si cette conversion pouvait être complète, si on pouvait tout à fait éliminer de l’expérience le phénomène calorifique, on arriverait à trouver directement un rapport d’équivalence entre l’électricité et le travail mécanique, on observerait sans intermédiaire la relation de l’électrie et du kilogrammètre. ”

“ Quant au magnétisme, disons une fois pour toutes que nous pouvons le négliger, car l’enseignement classique a depuis longtemps ramené au même principe les phénomènes magnétiques et les phénomènes électriques : un aimant permanent ou temporaire est le siège d’une série de petits courans orientés dans une même direction. Voilà le terrain déblayé, et la question se pose maintenant pour nous en ces termes : l’électricité est-elle un mouvement de l’éther ? ”

“ Comme pour la lumière, deux théories se trouvèrent longtemps en présence : celle qui faisait de la chaleur une substance matérielle et celle qui n’y voyait qu’un mode de mouvement. La matérialité du calorique continua d’être admise beaucoup plus tard que celle de la lumière. Dans les dernières années du XVIIIe siècle, Lavoisier et Laplace, présentant à l’Académie des Sciences un mémoire qu’ils avaient rédigé en commun sur la chaleur, semblaient tenir la balance égale entre les deux opinions. ”

“ On pourrait citer ainsi dans l’histoire de la physique bien des choix malheureux qui ont retardé d’importantes découvertes ; on peut citer aussi d’heureux hasards. Nous en trouverions au besoin un exemple dans la première des lois de Kepler, dont nous citions tout à l’heure la seconde. Lorsque Kepler chercha la loi du mouvement d’une planète sur son orbite, il prit pour variables d’une part le temps, d’autre part les aires décrites par le rayon vecteur. ”

“ Si nous refroidissons un gaz, si nous lui faisons perdre une partie de sa force vive, l’énergie et l’amplitude des excursions moléculaires iront en diminuant ; il viendra un moment où chaque molécule sera comme emprisonnée par ses voisines et obligée d’osciller suivant une courbe fermée : le gaz sera devenu un liquide. Par le fait seul du rapprochement des molécules, les forces attractives ont repris de l’empire et ont détruit en partie la mobilité du système ”

“ Ce produit n’a pas, à proprement parler, de représentation physique, et il n’offre d’abord à l’esprit qu’une conception assez abstraite ; mais il prend une importance capitale par cette circonstance, qu’il équivaut au double du travail que le corps peut produire en perdant toute sa vitesse ; il donne donc la mesure de l’effet dynamique que le corps en mouvement renferme dans ses flancs. ”

“ Nous venons de considérer une certaine masse d’air, et nous avons supposé que nous réchauffions d’un degré en lui permettant de se dilater de telle sorte que la pression restât constante ; nous avons ensuite supposé que nous réchauffions d’un degré en l’obligeant à ne pas changer de volume. Faudra-t-il, dans les deux cas, pour produire cette même élévation de température, une même quantité de chaleur ? évidemment non. Sous volume constant, l’air n’a aucun travail extérieur à accomplir. Sous pression constante, il faut qu’il déplace l’obstacle extérieur qui s’oppose à sa dilatation ”

“ Tant que l’on n’a considéré les effets calorifiques qu’au point de vue des variations du thermomètre, on est resté en dehors des phénomènes mêmes, on n’en a pas connu l’essence. La température n’est qu’une des particularités de la chaleur. J’ai un kilogramme d’eau à 100 degrés ; il absorbe, s’il se vaporise librement à l’air, l’énorme quantité de 536 calories, et le kilogramme de vapeur qui en résulte est encore à 100 degrés [5] . ”

“ Quand le diamant passe à l’état de charbon, il cesse d’être diaphane et isolant ; il devient opaque et conducteur ; il s’y opérerait donc une transmutation de fluide ! Rien de semblable ne se peut concevoir. On conçoit au contraire aisément qu’un même éther, suivant la disposition moléculaire des corps, trouve tantôt dans un sens, tantôt dans l’autre, un obstacle à son mouvement.
Ajoutons ici un argument que fournissent les vitesses de propagation de la lumière et de l’électricité. ”

“ On voit la source de tant de dérogations aux lois anciennes, on voit même que l’état gazeux parfait n’est en quelque sorte qu’un idéal qui n’est guère réalisé dans la pratique. L’hydrogène paraît y arriver tout à fait, l’oxygène et l’azote, par conséquent l’air atmosphérique, l’atteignent à peu près ; mais déjà l’acide carbonique s’en écarte sensiblement. Quant aux vapeurs, elles ne se comportent comme des gaz qu’autant qu’elles sont très loin de leur point de liquéfaction. ”

“ Si les deux pôles d’une pile sont réunis par un conducteur à section variable, l’intensité du courant, mesurée par ses effets galvanométriques, est la même dans toutes les parties de ce conducteur ; là où le conducteur se rétrécit, le courant devient plus rapide, de telle sorte que toutes les sections donnent passage dans un même temps à la même quantité d’électricité. Cette particularité est facilement rendue visible par ses effets calorifiques ou lumineux. On sait que, si un fil très fin est interposé sur le passage d’un courant, il rougit et s’échauffe jusqu’à se fondre. ”

“ Aujourd’hui nous tentons une ascension abrupte, et je vous propose de la commencer dans le même esprit de prudence, non avec la fougue de l’enthousiasme que la difficulté du travail éteint bientôt, mais avec un cœur patient et résolu qui ne reculera pas quand surgiront les obstacles. ”

“ Supposons, uniquement pour fixer les idées, qu’on choisisse la décomposition voltamétrique d’un kilogramme d’eau. L’électrie étant ainsi déterminée, on s’efforcera d’exprimer, à l’aide de cette unité fondamentale, les divers phénomènes électriques qui jusqu’ici ne sont spécifiés que par des circonstances particulières, tantôt par l’intensité du courant, tantôt par la chaleur qu’ils développent. Au lieu de s’arrêter à des effets partiels, on se rapprochera de l’ensemble des faits. ”

“ Lorsque ces divers mouvemens rencontrent un obstacle qui rétrécit le milieu où ils se produisent, ils se réfléchissent dans la masse du milieu, mais ils ne se pressent pas dans le pertuis ouvert devant eux ; ce sont les fluides animés d’un mouvement de transport qui se précipitent ainsi dans les passages étroits. Lorsqu’une barre est chauffée par une source calorifique, on ne voit pas que la température soit plus élevée dans les endroits où la barre est plus étroite. ”

“ Tant que les atmosphères ne se touchent pas, nulle action de ce chef : c’est le cas des gaz. Si les molécules se rapprochent et que les atmosphères viennent à glisser l’une contre l’autre (c’est le cas des liquides) , l’action commence, action purement mécanique, due à la rencontre des atomes éthérés. Si enfin les atmosphères entrent plus profondément les unes dans les autres, l’effet s’accuse plus énergiquement ”

“ La chaleur est un mouvement, mais de quelle espèce ? Quelques physiciens ont d’abord imaginé qu’elle pouvait être due aux vibrations longitudinales de l’éther : ils savaient que l’éther, par ses vibrations transversales, produit la lumière ”

“ L’air, avons-nous dit, produit un travail extérieur en se dilatant, c’est le cas ordinaire ; mais il peut, dans des circonstances spéciales, se dilater sans avoir de travail à produire. Or c’est le travail qui absorbe de la chaleur, et non point la dilatation elle-même ; s’il n’y a point de travail dans la dilatation, elle n’est signalée par aucune absorption de chaleur. Ce phénomène a surtout été mis en évidence par une expérience célèbre que M. Joule fit en 1845. M. Joule prenait deux récipiens égaux réunis par un tube à robinet ”

“ Quand au lieu de laisser la pression constante nous empêchons le gaz de se dilater, quand tout en le chauffant nous l’obligeons à rester enfermé dans un mètre cube, toute la force vive acquise par l’air est employée à augmenter sa pression d’un 273e par chaque degré. Si la température initiale était celle de la glace fondante, à 273 degrés la pression de l’air a doublé. La même loi se vérifie au-dessous de zéro : si au lieu de chauffer le gaz nous le refroidissons, sa pression va diminuant d’un 273e pour chaque degré. ”

“ Toutes les fois que dans les Alpes on se met en route pour une expédition difficile, le montagnard expérimenté commence par marcher d’un pas très lent, afin que, lorsque l’heure réelle de l’épreuve sera venue, il se trouve aguerri et non épuisé par le travail accompli. ”

“ Au lieu de la boîte à air comprimé, M. Tyndall prend ensuite un vulgaire soufflet, et, le faisant agir, il en dirige le jet sur la face de la pile. Ici le gaz n’a plus à céder lui-même la chaleur nécessaire pour refouler l’air extérieur ; la main de l’opérateur fournit directement le travail ; elle le fournit même en excès, et l’aiguille du galvanomètre, au lieu d’accuser un refroidissement, signale une élévation de température.
La théorie de la chaleur se complète tous les jours, mais elle est dès maintenant assez avancée pour offrir un ensemble imposant. ”