Version classiqueVersion mobile
OpenEdition Books

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

 | 
Étienne Guyon

Leçons de chimie de Berthollet

Troisième leçon

22 pluviôse/10 février

Texte intégral

1Pendant un long espace de temps, la chaleur et le froid ne furent que des termes comparatifs qui exprimèrent des sensations.

2L’école se contenta ensuite d’abstractions, par lesquelles elle considéra le chaud et le froid comme des qualités qui s’excluaient mutuellement de la matière.

  • 1 Hermann Boerhaave (1668-1738), médecin et chimiste néerlandais, traite du feu dans ses Elementa ch (...)
  • 2 Ernst Georg Stahl (1660-1734) construit progressivement sa théorie du feu combiné ou phlogistique (...)

3À la naissance de la physique expérimentale, qui succéda à la physique d’imagination, on commença à recueillir les phénomènes de la chaleur, considérée comme agent de la nature. Boerhaave surtout traça une histoire intéressante de ses effets, et son ouvrage mérita les éloges de ses contemporains1 ; Stahl conçut le premier l’idée du feu combiné2 ; et quoiqu’il lui prêtât des fonctions souvent opposées à celle qu’il exerce, il ne rendit pas moins un grand service, en donnant un appui à l’imagination, pour suivre la marche de la nature dans ses combinaisons, comme les suppositions qui aident quelquefois les géomètres dans leurs calculs.

  • 3 William Cullen (1710-99), élève de Boerhaave à Leyde, devient professeur à Glasgow puis à Édimbour (...)

4Cullen fit une observation qui jeta un grand jour sur plusieurs phénomènes, et qui établit une propriété de la chaleur, qu’on peut considérer comme l’une de ses lois ; c’est que l’évaporation d’un fluide est accompagnée d’une diminution de chaleur dans ce fluide3.

  • 4 Joseph Black (1728-1799) fut l’élève de Cullen avant d’enseigner à Edimbourgh jusqu’à sa mort. Sa (...)

5À peu près dans le même temps, Black enseigna à Edimbourg que la chaleur pouvait être accumulée dans un corps, sans être perceptible à nos sens4 : dans cet état, il l’appela chaleur latente : un effet des changements qui s’opèrent dans un corps est de convertir la chaleur latente en chaleur sensible, ou la chaleur sensible en chaleur latente. Un corps solide qui devient fluide absorbe une certaine quantité de chaleur sensible, qui devient latente ; si de l’état de liquide, ce corps passe à celui de fluide élastique, il convertit une nouvelle portion de chaleur sensible en chaleur latente, et cette chaleur rendue latente redevient sensible par le passage contraire de fluide élastique à l’état de liquide, et par celui d’un liquide à l’état de solide.

6Cette découverte fut un trait de lumière dont les chimistes ont profité pour établir les lois de la chaleur, que nous allons développer.

7Le langage ordinaire tient à l’imperfection des idées qui ont dominé sur la chaleur : on confond par la chaleur, et la sensation, et l’effet physique qui la produit immédiatement, et le principe physique qui en est la cause.

8Pour ne pas trop nous écarter de ce langage, et cependant pour donner à nos expressions une précision suffisante, nous appellerons chaleur, non seulement la sensation, mais encore l’action des corps qui la produit et qui est indiquée par le thermomètre. Nous ne ferons point de difficulté d’attribuer à la chaleur les propriétés qui influent sur cet instrument qui mesure l’intensité de son action sensible.

9Mais nous distinguerons le principe qui produit la chaleur, et nous le désignerons par le mot de calorique.

10Ici se présente une observation sur laquelle je dois m’arrêter.

11Nous devons toujours, en chimie, nous tenir en garde contre les entreprises de l’imagination. Si nous voulons élever un édifice solide, ne faisons entrer dans la construction que des êtres que nous puissions soumettre à des expériences rigoureuses : ne supposons aucun principe, mais cherchons à les découvrir, et commençons par les contenir dans un espace, par les soumettre au poids, par déterminer les changements sensibles qu’ils éprouvent, lorsque nous les mettons en action avec d’autres principes.

  • 5 En adoptant cette hypothèse sur la nature de la chaleur, Berthollet suit globalement la voie chois (...)

12Toutefois nous sommes obligés de nous écarter ici de cette règle, que nous suivrons invariablement pour toutes les autres substances de la nature ; et nous regarderons le calorique comme un principe matériel dont nous chercherons à déterminer les propriétés et les combinaisons5.

13En effet, il est bien difficile de se refuser à croire que le principe de la chaleur ne soit qu’une substance susceptible de se combiner, de se dégager, de passer de l’état de combinaison à celui de fluide élastique.

14Mais fussions-nous trompés par les apparences les plus concordantes, toutes les conséquences que nous en tirerons ne seront pas moins fondées. Car, que le principe de la chaleur soit un mouvement imprimé aux molécules des corps, ou qu’il soit un principe élastique, son action suit les mêmes lois dans la communication de la chaleur, dans son absorption et dans ses développements.

15Nous considérerons donc le principe de la chaleur, le calorique, comme un fluide éminemment élastique, qui pénètre entre les molécules des corps.

16Nous partirons de cette vérité que paraît attester toute la nature ou, si l’on veut, de cette supposition, pour ramener à quelques faits généraux les propriétés de cette substance ou de cette force.

17Suivant la méthode que nous avons indiquée pour la dilucidation de tous les phénomènes chimiques, nous décomposerons l’action du calorique en deux forces qui se détruisent, ou qui se contrebalancent, la force expansive et l’attraction.

  • 6 Dans cette répartition des tâches entre physique et chimie, la chimie ouvre la marche de fait, sin (...)

18Nous nous représentons la force expansive, comme celle de l’élasticité, qui dilate les corps, qui écarte les molécules, qui, opposée à la force d’attraction de ces molécules, l’emporte quelquefois sur elle, rompt leur agrégation, les fait passer de l’état solide à celui de liquide ou à celui de fluide élastique : cette force dilate la liqueur des thermomètres, dilatation qui sert à mesurer l’action de la chaleur sur les autres corps ; elle change les dimensions proportionnelles des corps, selon leur nature ; elle crée une puissance pour l’industrie humaine, en réduisant l’eau en vapeurs : tous phénomènes qui doivent vous être expliqués par la physique6.

19Nous n’envisagerons donc que la force attractive du calorique, par laquelle il se combine, plus ou moins, avec les autres molécules de la matière, et il perd plus ou moins de son élasticité.

20Mais puisque nous ne pouvons saisir cet être par nos sens, nous lui appliquerons les propriétés générales que l’observation nous a fait reconnaître dans les autres substances ; nous rapprocherons les conséquences que nous en tirerons des effets qu’il produit dans les corps ; et si nos conséquences sont d’accord avec ces effets, nous en conclurons qu’il possède lui-même ces propriétés.

21C’est une méthode que vous devez recommander aux élèves dont vous chercherez à développer le génie. Que, par le raisonnement, on tâche de deviner la nature ; mais qu’à chaque pas on rectifie l’opération de l’entendement par des expériences rigoureuses, comme le mécanicien rectifie les opérations de sa main, en appliquant à un mètre le bois qu’il vient de planer.

22Nous allons donc considérer la chaleur comme un dissolvant, appliquer à ses effets les propriétés des dissolutions et comparer les uns avec les autres.

23Lorsqu’on mêle une eau qui tient un sel en dissolution, avec une égale quantité d’eau pure, le liquide se distribue également entre les parties du sel, et la dissolution devient uniforme.

24On observe la même chose dans la distribution de la chaleur entre les liquides de même nature : si l’on prend une livre d’eau dont la température soit à 20 degrés, et une autre livre à zéro, on a après ce mélange une eau dont la température est de 10 degrés.

25Lorsqu’on plonge dans l’eau un corps solide, qui peut se dissoudre dans ce liquide, il commence par se saturer d’eau, avant de se dissoudre, il perd en même temps sa consistance, et ce n’est qu’à mesure que ses parties déjà saturées d’eau se délitent, et que leur agrégation est vaincue, qu’elles se dissolvent dans l’eau.

26Cet effet est très sensible dans la chaux : les premières portions d’eau qu’on mêle avec elle sont absorbées, l’agrégation de ses molécules est rompue, et elle prend l’apparence d’une poudre sèche, si la quantité d’eau n’est pas trop considérable.

27On peut faire la même observation sur tous les sels qui sont privés d’eau ; mais si nous suivons ce phénomène, nous observons qu’après s’être dissous dans l’eau, les sels s’approprient une nouvelle quantité d’eau qui n’est que suffisante, si l’on diminue un peu l’action dissolvante de l’eau en baissant sa température, le sel forme des cristaux qui paraissent secs, et toute l’eau s’y trouve déguisée ; ou s’il s’en trouve de superflue, il n’y a que la quantité excédante qui puisse agir sur d’autres corps.

28Nous apercevons donc dans la dissolution deux absorptions successives du liquide qui devient latent. La première se fait par le corps sec, avant qu’il se dissolve ; la seconde a lieu lorsque le corps saturé d’eau se dissout dans le liquide. La première pourrait s’appeler dissolution de l’eau par le corps solide, la seconde dissolution du corps solide par l’eau.

  • 7 Il est probable que Berthollet se réfère ici aux degrés du thermomètre de Réaumur dans lequel le m (...)

29Les mêmes conditions accompagnent l’union de la chaleur avec les corps ; lorsqu’une substance solide reçoit une quantité de chaleur capable de rompre l’agrégation de ses molécules, et qu’elle passe par là à l’état liquide, elle en absorbe une certaine quantité qui devient latente ; et lorsque le liquide passe ensuite à l’état de fluide élastique, ce qui est la dissolution par le calorique, il en déguise une nouvelle quantité. Ainsi, lorsqu’on mêle une livre de glace à zéro, avec une livre d’eau à 60 degrés, au lieu d’avoir un mélange dont la température soit à 30 degrés, on a 2 livres d’eau à zéro ; mais lorsque l’eau parvient à 80 degrés, elle se réduit en vapeur, en absorbant une nouvelle quantité de chaleur, qui ne se laisse pas apercevoir par son action sur les autres corps7 ; de sorte que le thermomètre ne s’élève pas plus à la chaleur de l’eau bouillante que dans l’eau bouillante elle-même, quoique ce ne soit que par une accumulation de chaleur qu’elle passe à l’état de vapeur.

30Dans les phénomènes opposés, c’est-à-dire, lorsqu’on oblige la dissolution d’un sel à abandonner toute son eau, celle qui avait été déguisée par l’attraction de la substance dissoute reparaît dans toute sa quantité ; il en est de même du calorique absorbé par sa liquéfaction ou par sa vaporisation.

31Si l’air est dans un état de sécheresse, il enlève l’eau aux corps qu’il touche et qui ont moins d’affinité avec elle, et il les sèche ; mais lorsqu’il est saturé d’eau, il en abandonne une partie, si une compression moins forte ou un abaissement de température survient.

32De même lorsqu’un liquide est vaporisé par l’attraction de l’air ou par la diminution de compression de l’atmosphère, la vapeur qui se forme enlève le calorique aux substances voisines qui ont le moins d’affinité avec lui ; de là le froid produit par l’évaporation des liqueurs. Ainsi, lorsqu’on humecte la boule d’un thermomètre avec de l’éther, qui est la plus évaporable des liqueurs, on peut le faire baisser de plusieurs degrés.

33Au contraire, si une substance, qui est dans l’état de vapeur, reprend la forme liquide, ou si de liquide elle devient solide, il se dégage de la chaleur qui se distribue aux corps environnant.

34Lorsque l’air sec prend l’eau aux corps qu’il touche, il n’enlève pas une égale quantité à chacun de ces corps ; mais il leur enlève plus ou moins, selon l’affinité plus ou moins forte que ces corps ont avec l’eau ; ainsi il en prendra plus au sulfate de soude qu’au sulfate de potasse, plus au sulfate de potasse qu’au nitrate de chaux desséché jusqu’à un certain point, etc. Il s’établira ensuite un équilibre entre toutes les forces qui tendent à retenir l’eau, de manière que l’air n’en enlèvera plus à aucun ; ce qui produit, pendant que les mêmes conditions existent, un état constant d’humidité ou de sécheresse.

35Si l’on considère des corps secs, placés dans une atmosphère saturée d’humidité, ils prendront chacun une portion de l’eau tenue faiblement en dissolution par l’air ; mais chacun en prendra une quantité inégale, suivant la tendance qu’il a pour se combiner avec l’eau.

36Pareillement un corps qui tend à se combiner avec le calorique, en prend aux autres corps qui le retiennent avec une affinité moindre ; mais il en prend une quantité inégale à chaque corps : ils lui en céderont donc les uns plus les autres moins, jusqu’à ce qu’ils parviennent à un équilibre qui donne une température uniforme, pendant que les circonstances restent les mêmes.

37La chaleur spécifique d’un corps est la quantité comparative de chaleur que ce corps peut donner aux autres corps ou en recevoir, en passant d’une température déterminée à une autre ; de même que la quantité hygrométrique, ou de l’humidité spécifique d’un corps, serait la quantité d’eau qu’un corps peut donner ou recevoir, en passant d’un état déterminé de sécheresse à un autre.

38Nous allons exposer deux méthodes dont on s’est servi pour déterminer les chaleurs spécifiques des corps : la première consiste à mêler les corps élevés à une certaine température, avec un poids égal d’eau qui se trouve à une température éloignée de la première : si une livre de la matière qu’on éprouve influe sur la température du mélange, autant que 2 livres d’eau qui se seraient trouvées à la même température, on dit que la chaleur spécifique de ce corps est double de celle de l’eau qui sert d’objet de comparaison. On indique de même les autres rapports de chaleur spécifique avec celle de l’eau, par les nombres qui les expriment.

  • 8 Le savant britannique Adair Crawford (1748-1795) a étudié la chaleur animale dans ses Experiments (...)

39Crawford, surtout, a fait beaucoup d’expériences pour déterminer la chaleur spécifique de différentes substances par les mélanges faits avec l’eau8. Pour distinguer l’influence qu’a dans ces mélanges, le vase dans lequel ils se font, il faut commencer par déterminer sa chaleur spécifique, et défalquer du phénomène la part qu’il y a lui-même.

40Dans ces évaluations, on compare les masses des substances ; on pourrait également comparer les volumes : mais un calcul facile ramène une évaluation à l’autre.

41Cette méthode présente des inconvénients qui jettent de l’incertitude sur les résultats : les mélanges entre quelques substances et les répartitions de chaleur se font difficilement ; une partie de la chaleur se communique à l’air et aux corps qui touchent le vase et la surface des liqueurs : on ne peut opérer qu’entre les substances qui n’ont pas une action chimique sensible l’une sur l’autre ; ce qui amène des compensations de calcul et des erreurs souvent inévitables.

  • 9 La machine de Laplace et Lavoisier pour mesurer les quantités de chaleur absorbées ou dégagées par (...)

42Laplace et Lavoisier ont imaginé une méthode beaucoup plus exacte, et ont publié sur cet objet un mémoire qui se trouve dans le recueil de l’Académie des sciences, et où vous trouverez ce qu’on pouvait exiger de pareils coopérateurs9.

43Nous avons remarqué qu’une livre de glace, mêlée avec 1 livre d’eau à 60 degrés, donnait 2 livres d’eau à zéro ; nous pouvons regarder cet effet comme l’unité de l’échelle de comparaison, entre l’effet produit sur la glace par l’eau et l’effet produit par d’autres substances sur la glace. Ainsi si nous mêlons avec la glace une livre d’une substance qui, élevée à 60 degrés, la réduit en eau, en prenant elle-même la température de zéro, nous dirons que cette substance a une chaleur spécifique semblable à celle de l’eau ; si elle ne produit que la moitié de l’effet, nous dirons que sa chaleur spécifique est à celle de l’eau, comme 0,5 à 1, ainsi de suite.

44Pour faire ces expériences sans erreur, les savants que j’ai cités ont imaginé une machine qui consiste à remplir de glace pilée un intervalle entre un réseau qui laisse couler l’eau qui se forme, et une tôle qui a à peu près la forme d’un cylindre évasé par le bas : entre cette tôle et une autre extérieure, est un autre intervalle également rempli de glace, pour maintenir la capacité à zéro ; cette machine est le calorimètre. Dans la capacité intérieure sont placés les corps élevés à une température déterminée : ils sont refroidis à zéro, et la glace qui se fond pour produire cet effet sert à mesurer la chaleur spécifique ; la glace de l’intérieur doit être humectée avant de servir à l’expérience, pour que celle qu’elle doit retenir, lorsque l’expérience finit, n’induise pas en erreur. Je suis obligé, pour les détails, de renvoyer à l’ouvrage que j’ai cité : on y trouvera plusieurs autres considérations importantes.

45Suivons l’application des lois de l’attraction chimique aux propriétés du calorique.

46Nous avons vu que, dans les combinaisons chimiques, les effets de l’attraction diminuaient à mesure que l’on approchait de l’état de saturation ; il en est de même relativement au calorique : les corps qui sont combinés avec ce principe en cèdent facilement une portion ; mais lorsqu’ils se trouvent éloignés de l’état de saturation, ils retiennent avec force cette partie qui s’y trouve plus particulièrement combinée.

47La première portion, variable selon la force des affinités qui sont en action, est celle qui passe facilement dans les autres combinaisons, et qui forme la chaleur spécifique ; la portion dont ils ne se dessaisissent que difficilement, nous l’appellerons calorique combiné.

48Le calorique combiné n’influe pas dans les distributions de chaleur qui ont lieu aux différents changements de température, comme l’eau qui est fortement combinée dans un corps n’influe pas sur les phénomènes hygrométriques ; mais si par l’action des affinités complexes, les combinaisons existantes sont rompues, si les forces divellentes amènent de nouvelles combinaisons, alors le calorique précédemment combiné peut être dégagé ; et selon les proportions dans lesquelles il entre dans les nouvelles combinaisons, il y a une production plus ou moins grande de chaleur.

49Dans le premier procédé que nous avons décrit, on ne peut mesurer que les effets du calorique qui produit la chaleur spécifique ; car le calorique combiné n’agit pas dans ce phénomène ; mais dans l’appareil de glace toute la chaleur qui se dégage soit dans les changements de température, soit par les changements de combinaisons est mesurée par l’eau qui résulte de la fonte de la glace.

50Quelques chimistes ont prétendu que la chaleur spécifique était une partie proportionnelle de tout le calorique contenu dans un corps, de sorte que par cette partie, on pouvait parvenir à déterminer toute la quantité du calorique ; les propriétés inhérentes aux dissolutions nous font voir qu’une grande partie du calorique, celle qui est fortement combinée, n’agit pas dans ce phénomène ; les observations les plus exactes le prouvent encore, comme on peut le voir dans le mémoire sur la chaleur : aucune méthode ne peut nous conduire à connaître la quantité totale du calorique qui existe dans un corps.

51Dans les changements de combinaison, dans ceux, par exemple, qui ont lieu dans la détonation de la poudre, une partie seulement du calorique combiné devient libre et chaleur sensible ; cette partie est celle qui, dans la température présente, ne peut entrer dans les nouvelles combinaisons qui se sont formées ; ainsi, lorsqu’on combine de l’acide sulfurique avec de l’alcali, le sel qui en résulte n’abandonne que l’eau qui ne peut entrer dans ses cristaux.

  • 10 Horace-Bénédict de Saussure (1740-1799), géologue et naturaliste suisse, a effectué plusieurs expé (...)

52Les corps s’imprègnent plus ou moins facilement d’humidité, indépendamment de la force d’affinité par laquelle ils s’unissent à l’eau et la retiennent. Le cheveu de l’hygromètre de Saussure indique dans l’instant les changements de température hygrométrique, pendant que d’autres corps résistent plus ou moins à l’impression de l’humidité et de la sécheresse10.

53De même nous voyons que des substances reçoivent et cèdent facilement la chaleur dans les changements de température thermométriques.

  • 11 Benjamin Franklin (1706-1790), physicien américain. Outre ses célèbres travaux sur l’électricité ( (...)

54La propriété qu’ont les corps de recevoir plus ou moins rapidement la chaleur, et de céder plus ou moins facilement celle que les corps voisins tendent à leur enlever, a été appelée propriété conductrice par Franklin, qui l’observa le premier, et qui la compara à la propriété conductrice des corps pour l’électricité11.

55Vous ferez connaître à vos élèves les corps plus ou moins conducteurs de chaleur, en comparant la manière dont se comportent les métaux, le bois, la poterie qu’on expose à une forte chaleur.

56Il nous a suffit jusqu’ici d’appliquer à la chaleur les propriétés communes à toutes les dissolutions ; mais il y en a qui appartiennent particulièrement à la dissolution des fluides élastiques, et celles-là doivent se trouver éminemment dans les dissolutions du calorique.

  • 12 Carl Wilhelm Scheele (1742-86) chimiste et apothicaire suédois. Il a caractérisé les effets de la (...)

57Ainsi, lorsqu’un liquide est très chargé d’un fluide élastique, celui-ci reprend son élasticité et s’échappe avec une vitesse acquise, si la compression de l’atmosphère vient à diminuer : de même lorsqu’un corps se trouve au-dessus de la température ordinaire et environné d’air qui ne peut se charger que d’une petite quantité de calorique, celui-ci reprend son état élastique et il peut être réfléchi par un miroir concave, jusqu’à ce qu’arrêté par une masse considérable, il puisse s’y combiner en entier ; c’est ce qu’on appelle la chaleur rayonnante, dont Scheele a le premier considéré les effets d’une manière distincte12.

  • 13 Marc-Auguste Pictet (1752-1825), physicien, professeur à Genève. L’expérience a été réalisée avec (...)

58Mais si l’on place un corps froid dans une atmosphère d’une température plus élevée, alors la chaleur des corps environnants devient en partie rayonnante pour se porter sur le corps froid. Le froid doit donc paraître produire des effets contraires à la chaleur, par le moyen des miroirs concaves, comme l’a observé Pictet13.

  • 14 Dans le chapitre 1 du Traité élémentaire de chimie, op. cit., p. 21, Lavoisier le définissait ains (...)

59Le calorique peut donc être considéré comme un fluide élastique qui se combine avec les molécules des corps ; en se combinant ainsi, il perd plus ou moins de ses propriétés élastiques ; par l’élasticité qui lui reste, il tend à écarter les molécules des corps, et il produit les phénomènes physiques qui dépendent de cette action. Comme principe soumis à l’attraction chimique, il se combine en plus ou moins grande quantité ; il adhère plus ou moins fortement : ses dimensions se resserrent plus ou moins. En approchant de l’état de saturation, il peut être enlevé par les autres corps qui s’en trouvent proportionnellement moins saturés ; c’est cette portion qui peut être enlevée ou accumulée dans les abaissements ou élévations de température, qui produit les phénomènes de la chaleur spécifique ; la portion qui est plus fortement combinée, et que nous appelons calorique combiné, ne produit des effets sensibles que dans les changements de combinaison14. La partie qui se dégage dans les changements de température se met plus ou moins promptement en équilibre avec les affinités des autres corps, selon leur nature plus ou moins conductrice ; quand elle ne rencontre pas d’obstacles suffisants, elle reprend l’état élastique et forme la chaleur rayonnante.

60Tel est le résumé des propriétés du calorique : les bornes de ces séances ne m’ont pas permis d’entrer dans un plus grand nombre de détails, sur lesquels vous parviendrez facilement à vous faire des idées justes par l’application des propriétés connues des dissolutions.

61Plusieurs chimistes ont comparé la chaleur spécifique, et même le calorique combiné, à un liquide qui remplit les espaces vides qui se trouvent entre les molécules d’un corps : cette comparaison est fausse ; elle pourrait faire croire que la quantité du calorique contenu dans un corps est proportionnelle à sa masse.

62Le calorique devant être considéré comme un principe très élastique est réduit à des dimensions très différentes, par la force de l’affinité qui le fait entrer dans une combinaison. Le gaz qui se dégage du nitre par l’action de la chaleur excède plus de 400 fois le volume du nitre, dans lequel il se trouvait combiné ; et cette expansion ne peut nous donner qu’une idée bien faible de celle que prend le calorique, lorsqu’il passe d’une combinaison à l’état élastique.

63J’ai cru trouver, dans la méthode que j’ai suivie pour vous présenter les propriétés de la chaleur, l’avantage de ramener ses propriétés à des phénomènes généraux et communs à toutes les dissolutions, et celui de placer, à côté de chacune de ces propriétés, une image fidèle, qui rendait son action sensible. Mais en instruisant une jeunesse inexperte, vous aurez soin de réserver l’explication de chaque propriété de chaleur, et les expériences qui doivent la constater, pour le moment où les phénomènes analogues sont amenés dans la suite d’un cours élémentaire. J’aurais soin moi-même de vous rappeler les phénomènes de la chaleur dans les différentes théories que nous devons parcourir.

64Dans la prochaine séance, nous comparerons les propriétés de la lumière et celles de la chaleur, et nous examinerons les emplois économiques de la lumière et de la chaleur, qui peuvent se déduire de leurs propriétés.

Notes

1 Hermann Boerhaave (1668-1738), médecin et chimiste néerlandais, traite du feu dans ses Elementa chemiae publiés à Leyde en 1732, dont le De igne constitue une partie essentielle. Dans la traduction française par Fr.-L. Allamand des Éléments de chimie en 6 volumes (Paris, Chardon et fils, 1754) le Traité du feu occupe les tomes 2 et 3. Le feu, considéré comme un fluide matériel impondérable circulant d’un corps à un autre, est l’agent principal des transformations chimiques. Il est introduit comme l’un des six instruments qu’emploient les chimistes : le feu, l’eau, l’air, la terre, les menstrues et le laboratoire avec ses ustensiles. Suivant « la méthode des géomètres », Boerhaave ne formule pas d’hypothèse sur la nature du feu et s’attache à l’étude de ses effets en repérant les indices de sa présence dans un corps.

2 Ernst Georg Stahl (1660-1734) construit progressivement sa théorie du feu combiné ou phlogistique au fil de ses ouvrages. Dans le « Specimen beccherianum » qui accompagne sa réédition de la Physica subterranea de J. J. Becher en 1703, il est encore très proche de son maître et considère le feu comme une variété de terre : la terre inflammable. Mais dans le Traité du soufre publié en 1718 puis dans les Fundamenta chemiae de 1723, il distingue clairement le feu combiné, ou phlogistique, du feu agent ou instrument de la nature qui se manifeste lorsque le phlogistique quitte une combinaison. Le phlogistique est un principe insaisissable, universellement répandu dans la nature dont la circulation explique la combustion et l’opération inverse de réduction et qui permet d’assimiler la calcination et la combustion comme libération du phlogistique contenus dans les combustibles ou dans les métaux. Ce pouvoir explicatif – déjà souligné par Kant dans la préface à la seconde édition de la Critique de la raison pure – justifie l’appréciation positive que porte Berthollet sur l’œuvre de Stahl. alors même qu’elle vient d’être renversée par Lavoisier douze ans plus tôt. Berthollet qui fut l’un des premiers à se rallier à la « doctrine antiphlogistique » n’en reconnaît pas moins le rôle positif qu’a joué l’hypothèse du phlogistique dans l’évolution de la chimie en l’assimilant aux postulats que formulent les géomètres pour commencer leur démonstrations.

3 William Cullen (1710-99), élève de Boerhaave à Leyde, devient professeur à Glasgow puis à Édimbourg. Il explore systématiquement les relations entre la chaleur et les changements physiques et chimiques. Au cours de cette investigation, il établit que l’évaporation des liquides volatiles absorbe de la chaleur et par conséquent entraîne une diminution de la quantité de chaleur contenue dans le liquide (Mémoire lu à la Société d’Édimbourg, le 1er mai 1775). Cependant, la référence à cette simple observation minimise la portée des travaux de Cullen et laisse dans l’ombre la profonde analogie entre les conceptions de Cullen et celles qu’expose Lavoisier dans « De la combinaison de la matière du feu avec les fluides évaporables et de la formation des fluides élastiques aériformes », 1777 ; voir Œuvres de Lavoisier, op. cit., t. 2, p. 212-224. Berthollet ne mentionne pas que Cullen identifiait le feu avec l’éther de Newton, et lui prêtait ainsi une action répulsive qui contrebalançait l’attraction des corps. Si l’attraction l’emporte sur la répulsion, le corps est solide ; si elles s’équilibrent, le corps est liquide ; si la répulsion l’emporte sur l’attraction, le corps passe à l’état de vapeur. Ainsi Cullen est-il le premier à avoir établi que l’état physique d’un corps dépend de la quantité de chaleur qu’il contient (voir A. L. Donovan, Philosophical Chemistry in the Scottish Enlightenment, Édimbourg, Édinburgh University Press, 1975).

4 Joseph Black (1728-1799) fut l’élève de Cullen avant d’enseigner à Edimbourgh jusqu’à sa mort. Sa thèse de médecine sur la magnesia alba (carbonate de magnésium) inaugure la chimie pneumatique. Il y établit en 1756 que lorsque l’on chauffe la magnesia alba un air est libéré que Black nomme « air fixé » (notre dioxyde de carbone) parce qu’il est contenu dans le solide et que son départ cause une diminution de poids et un changement des propriétés chimiques de la magnesia alba. Mais Black s’intéresse moins au rôle chimique de l’air fixé qu’aux déplacements d’une substance d’une combinaison à l’autre, lesquels jouent un rôle majeur tout au long du xviiie siècle dans la construction des tables de rapports ou d’affinité. C’est pourquoi, passant de l’air fixé à la chaleur fixée, Black se lance dans l’étude de la relation entre la quantité de chaleur et son effet sensible, la température, qui est à la base de la construction des thermomètres. La chaleur fixée, qu’il appelle « chaleur latente » est la chaleur absorbée ou libérée par un corps lors d’un changement d’état sans changement de température. La chaleur latente n’est pas répandue comme un fluide dans un corps poreux mais elle est véritablement combinée avec lui. Berthollet reprend la distinction entre chaleur latente et chaleur sensible en modifiant la terminologie : il appelle « chaleur » la chaleur sensible et « calorique » la substance combinée qui produit la chaleur latente ; voir J. Black, Lectures on the Elements of Chemistry, John Robinson (éd.). Philadelphie, Matthew Carey. 1807.

5 En adoptant cette hypothèse sur la nature de la chaleur, Berthollet suit globalement la voie choisie par le groupe d’élaboration de la nomenclature en 1787 (voir l’annexe « Calorique », p. 586).

6 Dans cette répartition des tâches entre physique et chimie, la chimie ouvre la marche de fait, sinon de droit, puisque la leçon de Berthollet sur le calorique précède celles d’Haüy (cinquième leçon, 1er ventôse et sixième leçon, 11 ventôse). Les élèves auront donc découvert la cause des phénomènes liés au calorique avant ses effets sensibles sur la dilatation et le thermomètre.

7 Il est probable que Berthollet se réfère ici aux degrés du thermomètre de Réaumur dans lequel le mélange eau-alcool a été remplacé par du mercure. C’est le thermomètre recommandé par Lavoisier (voir « Thermomètre des caves de l’Observatoire. Précautions pour construire et graduer ce thermomètre », in Œuvres de Lavoisier, op. cit., t. 3, p. 421-426). Lavoisier admet lui-même comme un fait bien connu « que l’eau commence à bouillir à 80 » (voir son Traité élémentaire de chimie, Paris, Cuchet, 1789, p. 12).

8 Le savant britannique Adair Crawford (1748-1795) a étudié la chaleur animale dans ses Experiments and Observations on Animal Heat and the Inflammation of Combustible Bodies, Londres. John Murray, 1779. C’est en comparant l’expansion sous l’effet d’un accroissement de chaleur de différents liquides candidats pour les thermomètres que Crawford a défini le concept de chaleur spécifique. La méthode des mélanges avec l’eau ici évoquée par Berthollet a d’abord été utilisée par Black dans les années 1760 puis reprise et développée par Crawford ; voir J. Golinski, « Fit instruments : thermometers in eighteenth-century chemistry », in F. L. Holmes, T. Levere (éd.), Instruments and Experimentation in the History of Chemistry, Cambridge, MIT Press, p. 185-210, p. 194-195.

9 La machine de Laplace et Lavoisier pour mesurer les quantités de chaleur absorbées ou dégagées par diverses combinaisons ainsi que la chaleur spécifique de diverses substances est décrite pour la première fois dans le mémoire « Sur la chaleur », Histoire et mémoires de l’Académie royale des sciences, 1780, p. 355, in Œuvres de Lavoisier, op. cit., t. 2, p. 289-333). Elle est de nouveau décrite sous le nom de « calorimètre » par Lavoisier dans le Traité élémentaire de chimie, op. cit, p. 387-90).

10 Horace-Bénédict de Saussure (1740-1799), géologue et naturaliste suisse, a effectué plusieurs expéditions dans les Alpes et a conçu lui-même un certain nombre d’instruments pour mesurer l’air atmosphérique et notamment l’humidité contenue dans l’air. Sur son hygromètre à cheveu, voir la dizième leçon, note 169.

11 Benjamin Franklin (1706-1790), physicien américain. Outre ses célèbres travaux sur l’électricité (voir la treizième leçon d’Haüy), Franklin a élaboré une théorie du feu et mené plusieurs expériences destinées à étudier les différences de conductivité thermique entre différents matériaux, selon une tradition illustrée par Boyle, Newton et poursuivie par Boerhaave. Dans les années 1730, Franklin a mené une série d’expériences sur l’absorption différentielle de la chaleur par les corps en fonction de la couleur blanche ou noire. Il a aussi exploré la conductivité de divers métaux selon une expérience célèbre : il attache les tiges de divers métaux par une extrémité, les autres extrémités étant disposées en éventail. Chaque tige est entourée d’anneaux de cire placés à intervalles réguliers. Les extrémités attachées étant placées au-dessus d’une flamme on mesure la conductivité propre à chaque métal d’après la vitesse à laquelle fondent les anneaux de cire (voir I. B. Cohen, Benjamin Franklin’s Science, Cambridge, Harvard University Press, 1990, p. 159-171).

12 Carl Wilhelm Scheele (1742-86) chimiste et apothicaire suédois. Il a caractérisé les effets de la chaleur rayonnante au cours d’une investigation sur la nature du phlogistique.

13 Marc-Auguste Pictet (1752-1825), physicien, professeur à Genève. L’expérience a été réalisée avec la collaboration de Saussure. Pictet en a publié les résultats dans son Essai sur le feu, Genève. 1790. Voir J. Evans. B. Popp. « Pictet’s experiment : The apparent radiation and reflection of cold ». American Journal of Physics, 53/81985, p. 737-753 ; J. Cassaigneau et J. Rilliet, Marc-Auguste Pictet ou le rendez-vous de l’Europe universelle, Genève, Slatkine. 1995, p. 88-89. et p. 99-100.

14 Dans le chapitre 1 du Traité élémentaire de chimie, op. cit., p. 21, Lavoisier le définissait ainsi : « le calorique combiné est celui qui est enchaîné dans les corps par la force d’affinité ou d’attraction, et qui constitue une partie de leur substance et même de leur solidité ».

© Éditions Rue d’Ulm, 2006

Conditions d’utilisation : http://www.openedition.org/6540