Pierre Duhem 

“ Tout le monde notait avec curiosité l’ascension ou la descente de l’esprit-de-vin coloré dans le tube de verre, car, écrivait Nollet, « le physicien, guidé par le thermomètre, travaille avec plus de certitude et de succès ; le bon citoyen est mieux éclairé sur les variations qui intéressent la santé des hommes et les productions de la terre, et le particulier qui cherche à se procurer les commodités de la vie, est averti de ce qu’il doit faire pour habiter pendant toute l’année dans une température à peu près égale. » ”

“ Un corps est-il frappé par la lumière, la pression en laquelle consiste cette lumière s’exerce sur les diverses parties de ce corps ; mais elle s’exerce irrégulièrement, comprimant tantôt ce point, tantôt cet autre, agissant tantôt à l’une des extrémités d’une particule, tantôt à l’autre bout ; voilà rompu l’équilibre de ces parties, les voilà vivement agitées.
L’agitation des particules frappées par la lumière gagne de proche en proche celles qui n’ont pas été éclairées ; la chaleur se propage. Le mouvement calorifique ne cesse pas au moment même où cesse d’agir la cause qui l’a engendré ”

“ Si nous supposons tous les corps amenés à ce point où ils ne contiennent plus de calorique, disent Desormes et Clément, « il ne nous reste de toute la Nature qu’une image extrêmement différente de celle que nous avons sous les yeux; non seulement la vie n’existe plus dans ce triste univers dont nous pouvons nous faire l’idée, mais toute espèce de mouvement aurait cessé sur la terre ; il n’y aurait plus d’atmosphère, plus de fleuves, plus de mers ; l’immobilité et la mort seraient partout. » ”

“ Un gaz, détendu brusquement, se refroidit, car, pour le ramener à sa température primitive, il faudrait lui fournir la masse de calorique que contiendrait un espace vide égal à son accroissement de volume. Un gaz, comprimé rapidement, se réchauffe, car, pour empêcher sa température de varier, il faudrait lui ôter une quantité de chaleur précisément égale à celle qui remplirait un espace vide égal à la contraction qu’il a subie : « C’est la réduction du volume, la disparition de l’espace qui fait surabonder le calorique. » ”

“ L’existence du calorique latent avait fait triompher l’hypothèse du calorique ; cependant, cette existence, Lavoisier et Laplace l’ont montré, peut se concilier avec une théorie mécanique de la chaleur formée par la synthèse du mécanisme de Descartes et du dynamisme de Newton ; dans cette synthèse, la chaleur libre, c’est la force vive du mouvement moléculaire ; la chaleur latente dégagée dans un changement d’état, c’est le travail accompli, durant ce changement d’état, par les forces attractives ou répulsives qui agissent entre les molécules ”

“ « Si nous abandonnons ce principe, dit-il, nous nous heurtons à d’autres difficultés innombrables que l’on ne peut surmonter sans de nouvelles recherches expérimentales et sans édifier complètement la théorie de la chaleur sur une nouvelle base. » Tant il est rare qu’un physicien se résolve à abandonner une hypothèse incompatible avec les faits, qu’il consente à rejeter une théorie contredite par l’expérience, avant d’avoir découvert une hypothèse plus compréhensive et développé une théorie plus conforme à la nature ! ”

“ « Partout où il y a destruction de puissance motrice, il y a, en même temps, production de chaleur en quantité précisément proportionnelle à la quantité de puissance motrice détruite. Réciproquement, partout où il y a destruction de chaleur, il y a production de puissance motrice ».
Entre la grandeur du travail consommé et la quantité de chaleur produite, il y a un rapport absolument constant, qui est l’équivalent mécanique d’une unité de chaleur. ”

“ Ces particules matérielles auxquelles la chaleur a communiqué un mouvement inusité, ne peuvent plus être contenues dans un espace aussi étroit que lorsqu’elles étaient soit au repos, soit animées d’un mouvement moins violent, car elles ont des figures irrégulières, en sorte qu’elles occupent moins de place lorsque le repos les laisse enchevêtrées que lorsqu’une agitation continuelle les sépare et les brouille d’une manière désordonnée ; aussi la chaleur dilate-t-elle presque tous les corps, les uns plus, les autres moins, selon la figure et l’arrangement des particules qui les composent. ”

“ C’est que certains faits bien assurés, bien simples à constater, réchauffement d’un morceau de fer que l’on martèle, d’un corps que l’on frotte, paraissaient plus aisés à concilier avec la théorie cartésienne qu’avec l’hypothèse du calorique. Si réchauffement d’un corps est dû à la pénétration d’un fluide dans ce corps, comment l’action de marteler ou de frotter ce corps augmente-t-elle la quantité de calorique qu’il contient ? ”

“ Pour établir la loi essentielle à laquelle est soumis tout moteur qui décrit le cycle par lui imaginé, Sadi Carnot suppose que, sans rien changer à la nature des corps qui composent le moteur, ni des corps qui l’environnent et agissent sur lui, on puisse faire décrire au moteur le même cycle en sens contraire ; que l’on puisse lui faire consommer un travail égal à celui qu’il développait auparavant ; que l’on puisse remplacer tout dégagement de chaleur par une absorption équivalente, toute absorption de chaleur par un dégagement qui la compense exactement. ”

“ La chaleur est le résultat d’un mouvement, lisons-nous dans les notes posthumes de Sadi Carnot. Alors il est tout simple qu’elle puisse se produire par la consommation de puissance motrice et qu’elle puisse produire cette puissance... Mais il serait difficile de dire pourquoi, dans le développement de la puissance motrice par la chaleur, un corps froid est nécessaire, pourquoi, en consoïnmant la chaleur d’un corps échauffé, on ne peut pas produire du mouvement. ”

“ Leibniz va montrer que la règle proposée par Descartes pour apprécier l’intensité de l’agitation qui anime un ensemble de corps est mal choisie ; qu’à cette règle il en faut substituer une autre ; qu’au lieu de multiplier la masse de chaque corps par sa vitesse, il faut la multiplier par le carré de cette vitesse ; qu’en un mot le rôle attribué par la philosophie cartésienne à la quantité de mouvement doit être réservé à la force vive. Aussi définira-t-on la quantité de chaleur présente dans un corps comme la force vive du mouvement intestin dont sont agitées les petites parties de ce corps. ”

“ « Tous les physiciens, dit Jean Bernoulli, admettent une matière subtile qui, par son mouvement, soit la cause première du ressort des corps, » Ce qu’il sagit de découvrir, ce sont les détails du mécanisme par lequel l’agitation de l’éther produit la force élastique des diverses espèces de matière et, en particulier, des gaz.
Dans un récipient plein de gaz, Jean Bernoulli imagine un éther très subtil, pénétrant aisément les pores de tous les corps, en particulier ceux que présentent les parois du récipient, traversant en tout sens ce récipient avec une extrême rapidité. ”

“ La méthode calorimétrique imaginée par Black permet de mesurer la quantité de calorique qu’un corps gagne ou perd lorsqu’il subit une transformation d’une nature bien déterminée : échauffement ou refroidissement d’un certain nombre de degrés, fusion ou congélation, vaporisation ou condensation. Mais quelle est la quantité de chaleur que renferme un corps donné, pris dans un état donné ? Combien y a-t-il de calorique, par exemple, dans un kilogramme d’eau, à la température de la glace fondante ? ”

“ Pour envisager dans toute sa généralité le principe de la production du mouvement par la chaleur, il faut le concevoir indépendamment d’aucun mécanisme, d’aucun agent particulier ; il faut établir des raisonnemens applicables non seulement aux machines à vapeur, mais à toute machine à feu imaginable, quelle que soit la nature de la substance mise en œuvre, et quelle que soit la manière dont on agisse sur elle. ”

“ Plus les particules agitées seront grosses, plus sera rapide le mouvement qui les anime, plus le corps échauffé possédera de chaleur. Le mouvement des parties de l’air, qui le rend extrêmement fluide, ne lui donne pas la puissance de brûler, car « entre les parties de l’air, s’il y en a de fort grosses, comme sont les atomes qui s’y voient, elles se remuent aussi fort lentement ; et s’il y en a qui se remuent plus vite, elles sont aussi fort petites. » ”

“ Le XVIIIe siècle avait rejeté les unes après les autres toutes les hypothèses sur lesquelles les cartésiens avaient fondé la physique : la théorie de l’attraction universelle avait eu raison de la doctrine des tourbillons ; l’optique de l’émission avait remplacé l’optique des ondulations. S’il est toutefois une branche de la physique où la défaite des idées de Descartes ne fût pas absolue, où le triomphe des doctrines nouvelles ne fût pas entièrement assuré, c’est assurément la théorie de la chaleur. ”

“ Quel est le corps dont Desormes et Clément vont déterminer le contenu absolu de chaleur ? Tous les corps ont la propriété de dissimuler, à l’état latent, des quantités plus ou moins grandes de calorique, et cette circonstance rend fort difficile la mesure de la quantité totale de chaleur qu’ils recèlent. Pour n’avoir pas à tenir compte du calorique latent, Desormes et Clément vont s’adresser au vide ; les molécules matérielles n’existant plus, on ne pourra craindre qu’une partie du calorique leur demeure combinée. ”

“ Ce mouvement qui dilate les corps, qui les fond, qui les réduit en cendres et en fumée, qui donne de la lumière, nous explique aussi pourquoi la flamme nous échauffe ; tout ce qui remue diversement les petites parties de nos mains peut exciter en nous la sensation de chaud, « car, en se frottant seulement les mains, on les échauffe ; et tout autre corps peut aussi être échauffé, sans être mis auprès du feu, pourvu seulement qu’il soit agité et ébranlé, en telle sorte que plusieurs de ses petites parties se remuent et puissent remuer avec soi celles de nos mains. » ”

“ Substituer l’éther à l’eau dans une machine à vapeur ne changera pas la valeur maxima du rendement que l’on est en droit de demander à cette machine ; ce qu’il faut étudier, ce qu’il faut modifier si l’on veut obtenir un rendement voisin de ce maximum, c’est le cycle décrit par la vapeur dans le foyer, dans le cylindre, dans le condenseur. Mais laissons de côté les conséquences industrielles du principe de Sadi Carnot, et ne nous occupons que des conséquences qui en découlent touchant la théorie même de la chaleur. ”

“ C’est une question qu’un physicien peut et doit se poser.
Pour répondre à cette question, pour démontrer que le deuxième principe de la thermodynamique s’accorde avec la supposition que la chaleur est un mouvement, il n’est qu’une méthode : prendre, comme point de départ, l’hypothèse de la nature mécanique de la chaleur ; au besoin, préciser, particulariser cette hypothèse par quelques suppositions accessoires évidemment compatibles avec elle ; puis, de ces prémisses, déduire, par un raisonnement rigoureux, la démonstration de l’axiome de Clausius ou d’une proposition équivalente. ”

“ Newton partageait les idées de Descartes sur la chaleur, mais la lumière, au lieu d’être pour lui l’effet d’un mouvement, était l’impression produite sur notre œil par une substance spéciale, formée de corpuscules très ténus que les corps lumineux lançaient avec une extrême vitesse ; la chaleur qui , si souvent, accompagne la lumière, n’est-elle pas un effet, soit de cette même substance, soit d’une substance analogue ? ”

“ Telle est, selon Sadi Carnot, la suite d’opérations qui se reproduirait indéfiniment dans un moteur à feu d’une perfection idéale, qui est réalisée d’une manière plus ou moins grossière dans les machines employées par l’industrie ; c’est à cette suite d’opérations que l’on donne aujourd’hui le nom de Cycle de Carnot.
On le voit, la production de travail par une machine à feu est intimement liée au transport d’une certaine quantité de calorique du foyer au réfrigérant ; elle a pour cause un rétablissement d’équilibre dans le calorique. ”

“ La puissance motrice d’une chute d’eau dépend de sa hauteur et de la quantité de liquide ; la puissance motrice de la chaleur dépend aussi de la quantité de calorique employée et de ce qu’on pourrait nommer, de ce que nous appellerons en effet, la hauteur de sa chute, c’est-à-dire de la différence de température des corps entre lesquels se fait l’échange du calorique. Dans la chute d’eau, la puissance motrice est rigoureusement proportionnelle à la différence de niveau entre le réservoir supérieur et le réservoir inférieur. ”

“ Bien que le fluide calorifique qui remplit un espace vide de matière pondérable soit extrêmement rare, sa densité n’est cependant pas nulle. Cette densité est d’autant plus grande que l’espace est plus chaud. Il est naturel de choisir cette densité — ou un nombre qui lui soit proportionnel — pour marquer la température absolue.
La théorie de Laplace démontre alors que la pression acquise, dans chaque circonstance, par une masse d’air dont le volume est maintenu constant est proportionnelle à la température absolue à laquelle elle est portée dans cette circonstance. ”