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L’École normale de l’an III. Vol. 3, Leçons de physique, de chimie, d’histoire naturelle

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Étienne Guyon

Leçons de physique d'Haüy

Première leçon

1er plûviose/20 janvier

Texte intégral

1La physique, ainsi que l’annonce le programme, a pour objet la connaissance des phénomènes de la nature et des lois dont ils dépendent. C’est par la découverte de ces lois, que le physicien parvient à établir les théories qui servent à expliquer les phénomènes, et qui impriment à la physique le caractère d’une véritable science. J’ai pensé, citoyens, qu’avant d’entrer en matière, il ne serait pas inutile de fixer, d’une manière nette et précise, l’idée que l’on doit se forger d’une théorie ; d’en faire sentir le but et les avantages ; de tracer les limites qui la séparent du système, et qui doivent empêcher de confondre les productions du génie, qui voit la nature telle qu’elle est, avec celles de l’imagination, qui la fait agir à son gré.

  • 1 Voir note 3.
  • 2 Haüy parle ici de ses recherches en cristallographie. Sa manière de passer du particulier (ses « p (...)

2Le but d’une théorie est de lier à un fait général ou au moindre nombre de faits généraux possibles, tous les faits particuliers qui en dépendent1. Nos premiers pas dans les sciences ont été dirigés vers la recherche des faits. On s’est attaché à les décrire exactement, à bien les vérifier, à les multiplier. Les uns étaient donnés par la simple observation, et s’offraient comme d’eux-mêmes à une attention éclairée ; d’autres étaient des résultats d’expériences faites avec ces soins, cette adresse et cette sagacité qu’exige ce genre de recherches. Tous ces faits, découverts à différentes époques, et par différents observateurs, restaient d’abord comme isolés2. Quelques-uns même se représentaient sous l’air du paradoxe, et paraissaient être en contradiction avec d’autres faits du même genre. Ainsi, l’ascension de l’eau dans les corps de pompes, bornée à une hauteur de 32 pieds, mettait en défaut même la physique obscure et inintelligible du temps qui attribuait cette ascension à une prétendue horreur de la nature pour le vide. Mais enfin paraissait le génie, auquel avait été réservé l’avantage de rassembler tous ces anneaux épars, et d’en former une chaîne continue, qui en montrât la filiation et la dépendance mutuelle.

3Ainsi, l’illustre Newton, en cherchant quelle serait la vitesse avec laquelle la Lune, abandonnée à elle-même, tomberait vers la Terre dans un temps donné, découvre que la force de la pesanteur agit en raison inverse du carré de la distance ; et appliquant le calcul à ce fait principal qu’il prend pour base sans en rechercher la cause, il parvient à y ramener, non seulement les mouvements des corps célestes, mais le flux et reflux de la mer, l’aplatissement de la Terre, et à démêler tous les liens particuliers par lesquels la variété de détails tient à l’unité de l’ensemble. Sa théorie réunit ainsi au plus haut degré le mérite de la généralité et celui de la fécondité, en ce que d’une part, elle porte sur un seul fait principal, et que de l’autre elle embrasse une foule de faits secondaires qui naissent tous les uns des autres, et remontent à une origine commune.

4Newton indique par le mot d’attraction le fait principal d’où il est parti ; mais ce mot n’exprime proprement que la vitesse avec laquelle les corps tendent les uns vers les autres. Quand même on découvrirait par la suite que cette tendance est l’effet d’une impulsion, la théorie n’en recevrait aucune atteinte ; le mot serait changé, mais la chose resterait. L’essentiel est que, connaissant la loi à laquelle est soumis le fait principal, et y appliquant le calcul, on puisse déterminer avec précision tous les autres grands faits qui en sont comme les corollaires ; et même, la théorie a cet avantage, que l’on peut, par son secours, lire avec certitude dans l’avenir, parce que la filiation des faits une fois établie, ce qui a été devient un sûr garant de ce qui sera ; encore qu’il dépend du calcul, en faisant un pas de plus, d’appeler un fait qui ne serait présenté qu’après une longue suite d’années, et de lui donner une existence anticipée.

5Ainsi l’observation et la théorie concourent également à la certitude et au développement de nos connaissances. Chacune a son flambeau à la main. L’observation dirige la lumière du sien sur chaque fait en particulier, de manière qu’il soit bien éclairé, qu’il soit nettement terminé, et qu’il se présente sous sa véritable forme. La théorie répand la lumière sur l’ensemble des faits ; et à la clarté de son flambeau, tous ces faits d’abord épars, et qui semblaient n’avoir rien de commun entre eux, se rapprochent : ils prennent tous un air de famille, et semblent n’être plus que les différentes faces d’un fait unique.

6Il vous est aisé maintenant, citoyens, de juger combien il y a loin du système à la théorie. Mais commençons par observer que le mot de système peut être pris dans une acceptation favorable, lorsqu’on l’emploie pour désigner une disposition d’objets relatifs aux sciences. Les géomètres s’en servent pour exprimer un ensemble de corps, dont les actions mutuelles se combinent. Dans le langage de la saine physique, il exprime un arrangement des corps célestes autour d’un centre commun. Les naturalistes ont aussi leurs systèmes, qui consistent dans une distribution méthodique des êtres, propre à en faciliter l’étude. Le système, tel que nous l’envisageons ici, pour le bannir de la physique, consiste dans une supposition purement gratuite, à laquelle on s’efforce de ramener la marche de la nature. C’est un tourbillon, c’est un effluve de matière subtile, c’est tout ce qu’on veut (car tout est possible à l’imagination). A l’aide de cette supposition, qui souvent annonce la prétention de remonter à cette cause première, dont la théorie évite sagement de s’occuper, on explique les phénomènes, d’une manière vague et lâche ; satisfaisante, en ce qu’il n’en coûte pas plus pour la concevoir que pour l’imaginer. Le système marche ainsi comme au hasard ; toujours errant dans les à-peu-près, incapable de déterminer aucun fait avec précision, cette rigueur qui fait le caractère de la théorie ; en un mot, le système est le roman de la nature, et la théorie en est l’histoire, et une histoire qui, sans jamais cesser d’être fidèle à la vérité, embrasse à la fois le passé, le présent et l’avenir.

7Nous allons maintenant aborder notre sujet, en donnant une idée des propriétés les plus générales des corps, et en insistant un peu plus sur celles qui nous paraîtront exiger un certain développement. Ces notions ne demandent qu’à être exposées avec netteté et dans l’ordre convenable. Elles serviront à éclairer l’entrée de l’édifice, dont nous nous proposons de parcourir ensuite attentivement les différentes parties. Parmi les propriétés ou qualités les plus générales des corps, considérés comme de simples assemblages de particules matérielles, les autres dépendent de certaines forces qui sollicitent ou peuvent solliciter les molécules des corps. Les premières peuvent être réduites aux trois suivantes : l’étendue, l’impénétrabilité, la divisibilité.

  • 3 Haüy fait allusion ici à la fois à Aristote, à la scolastique et à Descartes.

8Les philosophes se sont épuisés en longues discussions, pour rechercher quelle était la véritable notion de l’étendue, et si elle constituait l’essence de la matière3. Nous ne connaissons pas assez la nature des corps pour décider ces sortes de questions, et les véritables physiciens ne s’en occupent plus aujourd’hui. Contents de ce que le rapport de leurs sens leur apprend au sujet de l’étendue, ils conçoivent qu’il y a étendue partout où il y a contiguïté et distinction de parties ; et ce qui les intéresse, c’est de pouvoir mesurer l’étendue, au lieu de s’amuser à la définir ; c’est d’en comparer les différentes parties, et de tirer de cette comparaison des résultats vraiment utiles aux progrès de nos connaissances.

9La manière dont l’étendue d’un corps est bornée en tous sens détermine la figure de ce corps ; et l’on peut dire que les figures varient à l’infini, à ne considérer la chose qu’en général, et en réunissant toutes les nuances que peut leur offrir le tableau de la nature. Cependant lorsqu’on observe la nature de plus près, on remarque qu’il est certaines figures régulières et déterminées, qu’elle élabore d’une manière uniforme dans les mêmes circonstances, et qui annoncent de sa part une action soumise à des lois qui ont leur mesure et leurs limites. Ce sont ces corps auxquels on a donné le nom de cristaux, et dont la vue excite toujours la surprise de ceux qui les considèrent pour la première fois. Ils sont tentés de croire que ces polyèdres, d’une forme si bien prononcée, ont passé par les mains de l’art ; et il faut leur en montrer qui soient encore adhérents à la pierre qui leur a servi de support, et encroûtés de leur terre natale, pour les déterminer à croire à la géométrie de la nature.

  • 4 La fluorine, la blende, la galène peuvent par exemple présenter respectivement ces formes.
  • 5 Haüy nous parle ici d’une de ses récentes découvertes personnelles : ses prédécesseurs, Bergman et (...)
  • 6 C’est, là aussi, un des résultats fondamentaux que vient d’établir Haüy dans ses recherches person (...)

10Nous reviendrons dans la suite sur ce sujet. Mais en attendant, il ne sera par inutile de rapprocher les résultats de la géométrie de la nature de ceux de la géométrie de l’homme, et d’indiquer les points communs qui les lient entre elles, et les différences qui les séparent. Les géomètres considèrent cinq espèces de polyèdres, qu’ils appellent réguliers, c’est-à-dire dont les surfaces sont des polygones réguliers, égaux entre eux, et dont tous les angles solides sont pareillement égaux. Ce sont : le cube ; le tétraèdre, qui a pour faces quatre triangles équilatéraux ; l’octaèdre, qui en a huit ; le dodécaèdre, dont les faces sont douze pentagones réguliers ; et l’icosaèdre, dont les faces sont vingt triangles équilatéraux. De ces cinq polyèdres réguliers, la nature ne nous en offre que trois dans toute leur pureté : le tétraèdre, le cube et l’octaèdre4. Elle n’exécute les deux autres, que par approximation, c’est-à-dire que, parmi les différents dodécaèdres de la nature, celui qui se rapproche le plus du dodécaèdre des géomètres a bien ses pentagones égaux et semblables, mais chacun de ses pentagones n’est point régulier5. La base est plus courte que chacun des quatre autres côtés. L’angle opposé à la base est seul de son espèce ; les deux angles adjacents sont égaux entre eux ; mais ils diffèrent des deux angles sur la base. Nous verrons que ces approximations tiennent aux lois mêmes de structure, qui déterminent les formes des polyèdres6.

  • 7 Rhomboïde : nous disons actuellement rhomboèdre.
  • 8 Le quartz.
  • 9 Cette affirmation souffre quelques exceptions dont Haüy ne parviendra jamais à rendre compte en cr (...)
  • 10 La pyro-électricité, que Haüy vient également dans ses recherches de relier à la symétrie des cris (...)
  • 11 La « molécule intégrante » est pour Haüy la plus petite masse qui possède encore toutes les propri (...)

11Parmi les autres solides de la géométrie, le parallélépipède est un des plus familiers à la nature, surtout celui que nous appelons rhomboïde, dont les faces sont six rhombes égaux et semblables7. A l’égard des prismes différents du parallélépipède, la nature produit souvent celui qui a pour bases deux hexagones réguliers. La pyramide simple n’a point lieu dans la nature, il en faut excepter le tétraèdre. Dans tous les autres cas, et en supposant que le cristal n’ait point été gêné dans sa formation, il y a deux pyramides accolées par leurs bases, ou séparées par un prisme intermédiaire, comme dans le cristal de roche8. On voit par là que la manière dont la nature élabore les cristaux est toujours soumise à la loi de la plus grande symétrie, en ce que les parties opposées et correspondantes sont toujours semblables par le nombre, la disposition et la figure de leurs faces9. Il n’y a d’exception à ce principe que par rapport aux substances qui s’électrisent par la simple chaleur, sans le secours du frottement, comme nous le dirons plus amplement en traitant des phénomènes électriques10. Indépendamment de ces formes, la nature en produit une multitude d’autres, qui varient par le nombre, la figure et la disposition de leurs faces ; mais cette diversité est renfermée entre certaines limites, qui pourtant ne laissent pas de se concilier avec une extrême fécondité. Nous n’entrerons pas ici dans un plus grand détail sur cet objet, dont nous étendrons le développement jusqu’aux formes des molécules intégrantes, lorsque nous traiterons des propriétés des corps solides11.

  • 12 Nous dirions respectivement fluorine, oligiste (ou hématite), argentite, pyrite.
  • 13 Les grès de Fontainebleau contiennent beaucoup de calcite. La cristallisation de celle-ci forme de (...)

12Voici différentes espèces de cristaux ; le cube dans le genre du fluate de calcaire (spath fluor), l’octaèdre dans le genre du fer ; le tétraèdre dans celui de l’argent gris ; le dodécaèdre et icosaèdre dans celui de la pyrite12. Vient ensuite le grès de Fontainebleau, cristallisé en rhomboïde aigu. Ici, le rhomboïde est isolé. Là, les cristaux paraissent se pénétrer mutuellement ; ils se servent l’un à l’autre de témoins comme c’est la nature qui les a produits13.

13L’étendue d’un corps, considérée relativement à la grandeur de ses dimensions, donne le volume de ce corps. C’est l’équivalent de ce que les géomètres appellent solidité. Jusqu’ici, nous n’avons considéré que la surface, ou l’enveloppe des corps. Nous allons voir maintenant quelles sont les propriétés qui résultent des parties matérielles renfermées sous cette enveloppe.

  • 14 Il peut sembler curieux que Haüy reprenne ici la vieille théorie des pores mais il se refusera tou (...)

14S’il n’existait aucun vide dans le corps, la quantité de matière propre des différents corps serait proportionnelle à leur volume ; mais on sait que l’intérieur des corps est criblé d’une infinité de petits vides, auxquels on a donné le nom de pores ; d’où il suit que la quantité de matière propre est en raison inverse de la porosité14. La somme totale des parties matérielles d’un corps est ce qu’on appelle la masse de ce corps ; et la somme des parties matérielles, renfermées sous un volume donné, tel qu’un pied cube ou un pouce cube, est ce qu’on appelle la densité du corps : d’où il résulte que la densité est le rapport de la masse au volume ou, ce qui revient au même, elle est égale à la masse, divisée par le volume. Par exemple, un morceau de bois peut avoir plus de masse qu’un morceau d’or, si son volume l’emporte assez pour cela, sur celui de l’or. Mais le bois a nécessairement moins de densité que l’or, parce qu’il renferme, sous un volume donné, beaucoup moins de parties matérielles. Les physiciens prouvent la porosité des corps à l’aide de plusieurs expériences forts connues. Au moyen de la machine pneumatique, on fait passer du mercure à travers une peau de buffle, et de l’eau à travers le fond d’un godet de bois, soudé à l’extrémité supérieure d’un tube de verre, dans lequel on fait le vide le plus parfait possible. On peut prouver la même propriété, à l’aide d’une expérience simple et intéressante, faite sur une pierre dont Newton a parlé au sujet de cette même porosité, parce qu’elle donne lieu à un phénomène particulier de lumière.

  • 15 Nous dirions que ces pierres sont des gels solidifiés (ici de silice).
  • 16 Voici une difficulté récurrente de la physique newtonienne : si les parties des corps sont séparée (...)

15Cette pierre est du genre de celles que l’on nomme agates, qui sont demi-transparentes et assez dures pour étinceler par le choc du briquet. On lui a donné le nom particulier d’hydrophane15. Lorsqu’on l’a plongée dans l’eau, on voit s’élever de sa surface, des files nombreuses de petites bulles d’air, qui se succèdent sans interruption. Cet air, qui occupait les pores de la pierre, en est délogé par l’eau qui le remplace. En même temps, la pierre acquiert un nouveau degré de transparence ; et si on la pèse d’abord avant l’expérience, et de nouveau après l’expérience, on trouve que son poids est augmenté d’une quantité sensible. Nous expliquerons la cause physique de la transparence acquise par l’hydrophane, lorsque nous parlerons des phénomènes de la lumière. Nous ne le considérons ici que comme offrant un exemple remarquable de la porosité des corps ; et même l’expérience que nous venons de citer, et que nous allons faire, nous apprend ce que ne disent pas les expériences ordinaires, savoir : qu’on ne doit pas considérer les pores comme étant absolument vides de toute matière étrangère, mais plutôt comme étant occupés par l’air, ou par quelque autre fluide subtil, disséminé entre les molécules des corps16.

16Voici un hydrophane que nous allons d’abord peser.

17Vous voyez qu’il pèse 33 grains ; je vais le plonger dans l’eau. Vous remarquerez les bulles d’air dont toute sa surface est couverte, et celles qui s’élèvent à travers l’eau. Je le retire de l’eau pour le peser de nouveau ; il pèse maintenant 40 grains : ainsi, son, poids est augmenté de 6 grains.

18Nous n’avons aucun moyen d’estimer la densité absolue des corps ; il faudrait pour cela qu’il existât une matière parfaitement dense, qui pût servir de comparaison pour déterminer à l’égard de chaque corps le rapport entre la quantité de matière propre et la somme des pores. Au défaut d’une pareille matière, nous ne pouvons que comparer entre elles les différentes densités des corps ; ce qui se fait au moyen du poids, ainsi que nous le dirons bientôt.

Notes

1 Voir note 3.

2 Haüy parle ici de ses recherches en cristallographie. Sa manière de passer du particulier (ses « premiers pas ») au général (« Tous ces faits ») par l’intermédiaire de phénomènes « qui s’offraient comme d’eux-mêmes à une attention éclairée » constitue une reconstruction an-historique qui occulte l’œuvre d’intellection de différents savants, les contextes dans lesquels ils travaillaient (qu’est-ce qu’une « attention éclairée » ?). Plus précisément, ce raccourci ne constitue-t-il pas un dénigrement déguisé du travail d’un de ses concurrents dans la science des cristaux, J.-B. Romé de l’Isle, à qui la « loi des constances des angles » aurait été directement offerte par l’étude attentive de la nature ? (voir supra, troisième leçon », p. 58).

3 Haüy fait allusion ici à la fois à Aristote, à la scolastique et à Descartes.

4 La fluorine, la blende, la galène peuvent par exemple présenter respectivement ces formes.

5 Haüy nous parle ici d’une de ses récentes découvertes personnelles : ses prédécesseurs, Bergman et Romé de l’Isle, confondaient le rhombododécaèdre « de la nature », que présentent par exemple les grenats, avec le solide régulier.

6 C’est, là aussi, un des résultats fondamentaux que vient d’établir Haüy dans ses recherches personnelles.

7 Rhomboïde : nous disons actuellement rhomboèdre.

8 Le quartz.

9 Cette affirmation souffre quelques exceptions dont Haüy ne parviendra jamais à rendre compte en cristallographie (voir infra, note 13).

10 La pyro-électricité, que Haüy vient également dans ses recherches de relier à la symétrie des cristaux qui la présentent, est l’une des exceptions évoquées dans la note précédente.

11 La « molécule intégrante » est pour Haüy la plus petite masse qui possède encore toutes les propriétés d’un cristal, et qui, brisée, donne les « molécules principes », groupements chimiques. Ainsi la molécule intégrante de calcite (C03 Ca) donnerait en étant brisée d’une part le carbonate, d’autre part le calcium

12 Nous dirions respectivement fluorine, oligiste (ou hématite), argentite, pyrite.

13 Les grès de Fontainebleau contiennent beaucoup de calcite. La cristallisation de celle-ci forme des rhomboèdres qui cimentent entre eux les grains de sable. Le grès semble donc cristallisé.

14 Il peut sembler curieux que Haüy reprenne ici la vieille théorie des pores mais il se refusera toujours, d’une part, à évoquer ce que sont la cristallisation et les molécules principes, d’autre part, à examiner si celles-ci remplissent ou non l’espace. Penchant plutôt pour cette dernière solution, Haüy tendait à considérer avec Newton et Laplace qu’il existerait des vides entre les différents constituants des corps ; mais sont-ce des pores ? Pas au sens où l’on entend la porosité actuellement. À cette époque, les notions d’éléments chimiques, de masse atomique ne sont pas introduites, d’où la difficulté à définir la densité (voir infra, note 40).

15 Nous dirions que ces pierres sont des gels solidifiés (ici de silice).

16 Voici une difficulté récurrente de la physique newtonienne : si les parties des corps sont séparées par le vide, comment les forces de gravité ne provoquent-elles pas l’effondrement de la matière sur elle-même ? Si les cristaux présentent la biréfringence, comment expliquer le rayon extraordinaire ? Qu’est-ce que l’électricité, le magnétisme, la chaleur ?

© Éditions Rue d’Ulm, 2006

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