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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 chimie de Berthollet

Dixième leçon

2 floréal/21 avril

Texte intégral

  • 1 Allusion à Lavoisier, mort sur la guillotine le 8 mai 1794. Malgré le discret hommage que lui rend (...)

1L’atmosphère dans laquelle nous vivons, et qui nous presse d’un poids équivalent à une colonne de 28 pouces de mercure, était un objet étranger à la physique des anciens : une preuve de la futilité des spéculations de leurs écoles si fameuses sur l’organisation de l’Univers, c’est qu’on trouve dans Aristote seul un passage qui nous fait voir que ce philosophe, celui qui négligea le moins l’étude de la nature, avait reconnu que l’air avait une pesanteur. Ce n’est que dans le dernier siècle, que le poids de l’air, son élasticité et sa compression ont été soumis à l’expérience, constatés et évalués par les physiciens ; et ce n’est que de nos jours qu’on a analysé ses propriétés chimiques et son influence sur la combustion, la respiration, l’oxydation des métaux, la formation des acides, les modifications des couleurs, les produits de la végétation et de l’action vitale. Que ne pouvez-vous entendre du chimiste français qui a tant contribué à ces découvertes, le récit de ses travaux1 ?

2L’action chimique que l’air atmosphérique exerce sur la plupart des substances qui sont à la surface du globe est, pour ainsi dire, balancée par les conditions physiques qui l’accompagnent, de sorte qu’elle varie par les degrés de température et de compression.

  • 2 Haüy consacre à l’air atmosphérique la neuvième leçon enseignée le 11 germinal an III (31 mars 179 (...)

3Ce concours des qualités physiques et des propriétés chimiques de l’atmosphère rapproche tellement sur ce point les deux sciences qui sont chargées de les expliquer, qu’il est difficile de tracer une ligne de démarcation entre elles ; je tâcherai cependant de ne point redire ce qui vous a été présenté par le professeur de physique avec une élégante précision. Les connaissances qu’il vous a exposées devaient précéder celles que je dois vous développer2.

4Si je prétendais réunir ici les explications de toutes les propriétés de l’air, je devrais vous présenter le tableau de la plupart des phénomènes chimiques, et ce tableau serait bien confus ; je sépare donc les propriétés des parties constituantes de l’air atmosphérique, j’examine les combinaisons qu’elles forment dans l’ordre des théories auxquelles ces combinaisons donnent naissance, et je me borne ici à considérer les propriétés qui appartiennent à l’air, comme constituant de l’atmosphère.

  • 3 Voir note 35, quatrième leçon.

5L’air atmosphérique est composé de gaz oxygène et de gaz azote, et il paraît qu’il n’y a qu’un mélange entre ces deux gaz, non une combinaison ; car la pesanteur spécifique de l’air atmosphérique, qu’on a évaluée à 0,460 grains le pouce cube, paraît être, vu les petites incertitudes inévitables dans ces évaluations, celle qui doit résulter des proportions du gaz azote plus léger et du gaz oxygène plus pesant. Malgré la différence de pesanteur spécifique de ces deux gaz ; ils restent confondus par l’agitation continuelle qu’ils éprouvent et qui maintient le mélange ; néanmoins Saussure a observé que sur les hautes montagnes, la proportion du gaz azote était plus considérable3.

  • 4 Cet instrument a été nommé eudiometro (du grec eudios = bonté de l’air) par Marsilio Landriani (vo (...)
  • 5 Des critiques similaires de l’usage de l’eudiomètre pour mesurer la salubrité de l’air ont été fai (...)

6Pour reconnaître les parties constituantes de l’atmosphère, et pour déterminer leurs proportions, on s’est servi de la propriété qu’ont plusieurs substances de se combiner avec l’oxygène et de l’absorber lorsqu’on les tient en contact avec l’air atmosphérique ; une grande quantité de substances peut être employée à cet usage ; on a choisi celles qui pouvaient l’être, avec le plus de facilité et le plus de netteté dans les résultats ; on a imaginé différents procédés et appareils propres à déterminer promptement et avec précision, la quantité de l’effet produit sur l’air atmosphérique, ou sur les autres gaz qui contiennent plus ou moins d’air vital, soit en se contentant d’indiquer les rapports qui existent entre les différents gaz, soit en déterminant la quantité absolue de gaz oxygène qui s’y trouve ; on leur a donné le nom d’eudiomètre ou de mesure de salubrité, parce qu’on a supposé que la salubrité de l’air était proportionnelle à la diminution qu’il éprouvait4 : cette supposition est mal fondée ; car nous avons vu que le gaz muriatique oxygéné qui ne peut servir à la respiration d’aucun animal produit cependant à un haut degré les effets eudiométriques, et il est loin d’être prouvé que la salubrité de l’air atmosphérique lui-même soit proportionnelle à la quantité de gaz oxygène qui s’y trouve, puisque sur les hautes montagnes l’air qui paraît être salubre contient une moindre quantité, et que l’air des étables a paru bienfaisant dans quelques maladies5.

  • 6 Priestley a mis au point le test à l’air nitreux (oxyde nitrique, NO) décrit par Berthollet pour é (...)

7C’est à celui qui avait découvert l’air vital, à Priestley, que se présenta l’idée de mesurer la pureté de l’air ; il observa que le gaz nitreux avait la propriété de diminuer le volume de l’air, d’autant plus qu’il approchait de l’état d’air vital6 ; il crut que le gaz nitreux donnait son phlogistique à la partie pure de l’air et que par là il la viciait et en réduisait le volume, de sorte que cette réduction était proportionnelle à sa pureté : il s’établit donc pour mesure de la pureté de l’air, l’effet qui est produit lorsqu’on mêle des quantités déterminées d’air de gaz nitreux ; la réduction de volume qu’il exprime en centième de mesures désigne la bonté comparative des différents airs.

  • 7 L’eudiomètre de Fontana est formé d’un tube cylindrique gradué auquel est ajouté un entonnoir de c (...)

8Fontana s’occupa beaucoup de perfectionner ce moyen7. L’eudiomètre, qui porte son nom, consiste en un tube de verre calibré, légèrement dépoli dans son intérieur, et de 15 à 18 pouces de hauteur, sur un demi-pouce environ de diamètre ; il est fermé à son extrémité supérieure : on le divise en plusieurs parties, à l’aide d’une petite mesure de verre qu’on remplit d’air, et qui est garnie d’une coulisse de cuivre, par le moyen de laquelle on opère avec un volume constant. On fait donc passer cette mesure d’air dans le tube pour déterminer la première division, et ainsi successivement, ayant soin, à chaque démarcation, de ramener le niveau de l’air contenu dans le tube à la surface de l’eau, pour éviter les effets de la dilatation que lui fait éprouver la colonne d’eau suspendue au-dessus du niveau. Les divisions principales sont subdivisées chacune en cent parties sur une petite échelle de cuivre qui glisse sur le tube.

9On introduit donc dans le grand tube une mesure de l’air qu’on veut éprouver, puis une ou plusieurs mesures de gaz nitreux, jusqu’à ce qu’on n’observe plus de diminution de volume, en agitant le tube à l’instant du contact des gaz. Cette diminution du volume total, indiquée en mesures et centièmes de mesures, donne le rapport de la pureté des différents airs, ou des quantités de gaz oxygène qui s’y trouvent.

10Il faut éviter avec soin tout ce qui peut altérer la température des gaz, et observer, avec autant d’exactitude qu’on le peut, les mêmes circonstances pour les expériences comparatives. En prenant ces précautions, et avec de l’habitude, on parvient à des résultats assez uniformes ; mais dans ce cas même, on tire de fausses conclusions pour les gaz qui se trouvent différer beaucoup entre eux ; car dans celui qui laisse beaucoup plus de résidu, un plus grand nombre de parties du gaz oxygène est soustrait à l’action du gaz nitreux, surtout dans le court espace de temps qu’on est obligé d’employer pour éviter l’absorption du gaz nitreux par l’eau : une portion du gaz nitreux, variable selon de très petites circonstances, est dissoute par l’acide nitrique qui se forme ; par exemple, un peu plus ou un peu moins d’agitation influe sur cette absorption et dans des expériences éloignées, où la température n’est plus la même, où l’on emploie un gaz nitreux plus ou moins pur, les résultats ne sont plus les mêmes.

  • 8 H. Cavendish, « An account of a new eudiometer », Philosophical Transactions, 73, 1783, p. 134.

11Lavoisier a cherché à déterminer la quantité réelle d’air vital qui disparaît dans cette épreuve, par la quantité de gaz oxygène et de gaz nitreux qui se combinent ensemble, dans le rapport de 69/40 pour former l’acide nitrique ; mais ce rapport, variable selon l’état de l’acide qui se forme, a lui-même quelque incertitude qui, réunie aux autres, augmente celle du résultat. Cavendish a un peu diminué les hasards de l’opération, en faisant parvenir le gaz nitreux en bulles successives et égales ; mais cette correction est très insuffisante8.

  • 9 En 1777, Alessandro Volta améliore l’appareil mis au point par Landriani en introduisant une étinc (...)

12L’eudiomètre de Volta me paraît avoir plus d’exactitude9 ; l’appareil est fait sur le même principe que celui de Fontana, si ce n’est que le verre doit être plus épais pour résister aux détonations, et qu’il doit porter à son intérieur une communication métallique par le moyen de laquelle on y fait éclater une étincelle électrique : on se sert de gaz hydrogène au lieu de gaz nitreux ; l’inflammation produit de l’eau et la diminution de volume sert de mesure à la pureté de l’air ; mais si l’on veut déterminer la quantité réelle de gaz oxygène qui a disparu par cette combinaison, on n’a qu’à se rappeler qu’il faut, à très peu de chose près, deux parties en volume de gaz hydrogène contre une d’air vital, de sorte que deux tiers de la diminution appartiennent au gaz hydrogène et un tiers au gaz oxygène.

13Un inconvénient de cette méthode, c’est que, lorsqu’on n’ajoute le gaz hydrogène que par parties, ou même aussi lorsque les proportions des deux gaz sont à peu près équivalentes, il y a une portion de gaz oxygène qui échappe à la combustion, et cette portion varie selon la quantité du résidu non inflammable : on peut éviter en grande partie cette cause d’erreur en faisant passer l’air qu’on veut éprouver dans une plus grande quantité de gaz hydrogène qu’il n’en faut pour sa combustion : on évite même par là la formation d’un peu d’acide nitreux qui augmente l’incertitude.

  • 10 Frantz Karl Achard, naturaliste et physicien allemand, publie fréquemment dans les Observations su (...)

14Achard, Henri Reboul et Armand Seguin ont proposé des eudiomètres qui produisent leur effet par la combustion du phosphore10. Ce moyen est expéditif, il paraît avoir assez d’exactitude avec un gaz qui contient beaucoup d’air vital ; mais il exige un appareil qui n’est pas simple dans son usage, et il ne pourrait être employé pour les gaz dans lesquels l’air vital ne se trouve qu’en petite proportion. C’est un inconvénient que l’on trouve aussi dans celui de Volta ; car l’inflammation n’a pas lieu, s’il n’y a qu’une très petite proportion de gaz oxygène.

  • 11 Voir A. F. de Fourcroy, article « Eudiomètre », in Encyclopédie méthodique..., op. cit., t. 4, p. (...)

15Le moyen qui me paraît préférable à tous, c’est celui dont s’est servi Scheele11, c’est le mélange humecté de deux parties de limaille de fer et d’une partie de soufre pulvérisé ; seulement son action n’est pas prompte ; mais tout le gaz oxygène s’absorbe et l’on n’a besoin d’aucune évaluation ; la diminution de volume indique la quantité de gaz oxygène, pourvu qu’on fasse les corrections exigées par les différences de température, et si l’on veut pousser plus loin la précision, celles indiquées par la hauteur du baromètre ; mais, lorsque l’absorption est achevée, il se dégage du gaz hydrogène sulfuré, surtout si la température est un peu élevée. C’est donc le point de la plus grande diminution qui doit servir à déterminer la proportion du gaz oxygène. Toutefois, il paraît que la diminution excède un peu la quantité du gaz oxygène, parce que, selon l’observation d’Austin, il se forme dans cette opération un peu d’ammoniaque ; mais cette cause d’incertitude est très petite. Le sulfure d’alcali agit comme le mélange précédent, mais beaucoup plus lentement : son effet ne peut également avoir lieu que par l’intermède de l’eau.

  • 12 Scheele et Lavoisier ont déterminé la composition de l’air simultanément et par des voies différen (...)

16Lavoisier détermine à 23 parties en volume sur 100, la quantité de gaz oxygène qui se trouve ordinairement dans l’air atmosphérique ; Scheele la fixe aux 1/11 ou à 26 parties sur 100. On approchera beaucoup de la réalité en la déterminant au quart du volume12.

17Il ne faudrait pas conclure de là que les phénomènes qui sont produits par l’air atmosphérique, ou par le gaz oxygène, sont dans le rapport d’un à quatre ; par exemple, dans la combustion, la rapidité de la combinaison qui produit soudainement une grande chaleur multiplie l’effet, et un jet d’air vital bien pur, qui est poussé par un chalumeau sur un charbon embrasé, fond une molécule de platine qu’on ne parvient à mettre autrement en fusion que par des moyens puissants et réunis. Dans la respiration, au contraire, il paraît que l’air vital agit, dans le même espace de temps, d’une manière peu différente de l’air atmosphérique, c’est donc un autre ordre de phénomènes dont l’observation ne doit pas être confondue ; mais, dans les absorptions lentes, l’effet est proportionnel à la quantité du gaz oxygène.

18L’air atmosphérique tient toujours en dissolution une petite quantité de gaz acide carbonique, et son affinité pour ce gaz est plus forte que celle de l’eau, ainsi que nous l’avons remarqué ailleurs.

19La dilatation de l’air et son action varient par différentes causes, qu’il faut évaluer pour prendre une connaissance exacte des phénomènes chimiques qu’il produit.

201) Le volume de l’air, de même que celui de tous les fluides élastiques, se dilate en raison inverse des poids dont il est comprimé ; ainsi, à 14 pouces du baromètre, la même quantité d’air a un volume double de celui qu’elle a sous une pression de 28 pouces. On établit, d’après cette loi, dans les expériences chimiques, les corrections qui sont indiquées par la hauteur du baromètre, de même que celles qui sont exigées par l’élévation d’une colonne de mercure, ou d’un autre fluide qui, soutenu au-dessus du niveau du liquide sur lequel se fait une expérience, doit être considéré comme une portion de la colonne qui fait équilibre à la pression de l’atmosphère, lorsque les circonstances ne permettent pas de ramener le fluide élastique au niveau du liquide.

  • 13 Jean-André Deluc (1727-1818), physicien et géologue genevois, ami de Jean-Jacques Rousseau. Il a f (...)
  • 14 Voir L. B. Guyton de Morveau, article « Air », in Encyclopédie méthodique... op. cit.. t. 1, p. 66 (...)

212) La chaleur fait à l’air une dilatation que Deluc a estimée à 1/111 de son volume par degré du thermomètre13. Plusieurs physiciens ont donné des évaluations qui différent de celle-ci, et sa dilatation n’est pas la même pour tous les degrés de chaleur : elle suit une progression croissante, mais dont on ne connaît pas encore la loi. Guyton et Prieur ont fait, non seulement sur la dilatation de l’air atmosphérique, depuis le zéro du thermomètre jusqu’à 30 degrés, mais encore sur celle des autres gaz, des expériences intéressantes qui se trouvent dans cet ouvrage, que l’érudition et la solidité des discussions ont rendu si précieux aux progrès de la science, je veux dire la partie chimique de l’Encyclopédie méthodique14. Lefèvre de Gineau a aussi fait sur la dilatabilité des gaz des expériences qui, par l’exactitude qui les caractérise, jetteront un grand jour sur cet objet, surtout lorsqu’il les aura prolongées à des degrés plus élevés de température.

  • 15 Petrus van Musschenbroek (1692-1761), physicien néerlandais, inventeur de la bouteille de Leyde.

22Une circonstance qui accroît l’incertitude, c’est qu’il paraît, par une observation de Musschenbroek15, que la chaleur dilate beaucoup plus l’air humide que l’air sec.

233) L’air se dilate, lorsqu’il prend de l’eau en dissolution, objet qui mérite d’être considéré avec quelques détails.

24La dissolution de l’eau par l’air présente les caractères des autres dissolutions chimiques : la parfaite transparence, l’union intime de deux substances dont les pesanteurs spécifiques sont si différentes, l’action par laquelle l’air se saisit de l’eau combinée à d’autres corps, celle par laquelle l’eau dépouillée d’air s’assujettit celui avec lequel on la met en contact, attestent l’affinité qui opère la combinaison de ces deux substances, et qui est la cause de l’évaporation. En effet, si vous interposez un corps léger, tel qu’un papier huilé, entre l’eau et l’atmosphère, il n’y aura plus d’évaporation.

  • 16 Charles Le Roy (1726-1779), professeur de médecine à Montpellier, membre de la Société royale de M (...)

25Leroy, qui le premier reconnut la dissolution de l’eau par l’air, la compara à la dissolution d’un sel par l’eau ; cette idée est juste, mais elle n’est pas complète16. On ne doit pas négliger la disposition de l’eau à prendre l’état élastique, lorsque la force comprimante de l’atmosphère est vaincue.

  • 17 Les Essais sur l’hygrométrie (Neuchâtel. 1787) de H.-B. de Saussure constituent la référence princ (...)

26La dissolution de l’eau par l’air, ou l’évaporation, est accompagnée de froid ; ce qui indique que l’eau change d’état, et que de liquide, elle devient fluide élastique. Effectivement l’air, après cette dissolution, est plus léger que lorsqu’il est sec ; ce qui fait voir que l’eau en se dissolvant a pris un volume dont la pesanteur spécifique est moindre que celle de l’air lui-même. Cette propriété, déjà aperçue par Newton, puis par Landriani, a été soumise à des expériences précises par Saussure dans son excellent essai d’hygrométrie : elle explique pourquoi le baromètre descend, lorsque l’air atmosphérique se sature d’humidité17.

27Les observations de Saussure prouvent qu’un pied cube d’air, qui passe de la plus grande sécheresse qu’on puisse obtenir, à la plus grande humidité, ne dissout qu’environ 12 grains d’eau, à 15 degrés du thermomètre et à 27 pouces de pression du mercure.

28Il résulte de là, que l’eau contenue dans l’air ne peut entrer que pour une bien petite part dans les combinaisons chimiques où il s’engage, ou dont il se dégage, puisque 795 grains d’air ne peuvent dissoudre, à cette température, que 12 grains d’eau. Il est vrai que les alcalis caustiques qu’on emploie pour le dessécher, ne le dépouillent peut-être pas de toute celle qu’il contenait ; mais l’analogie des autres phénomènes de dissolution rend très probable que l’air soumis à cette épreuve ne peut en conserver qu’une très petite quantité.

29Saussure prétend que l’air ne dissout pas l’eau immédiatement ; mais que celle-ci n’entre en combinaison que lorsque l’action du feu l’a convertie en vapeur. Ne pourrait-on pas dire de même, qu’un sel ne se dissout dans l’eau, que lorsqu’il a enlevé une certaine quantité de calorique, et que par là il a abaissé la température de ce liquide ? C’est l’attraction de l’air qui détermine l’eau à prendre l’état élastique ; mais dans cet état, elle a une plus grande capacité dissolvante pour le calorique ; son affinité pour lui n’est pas en équilibre avec celle des corps voisins ; elle leur en enlève. Ces effets ne se succèdent pas, ils s’accompagnent ; mais c’est l’action de l’air qui les produit.

  • 18 Cette théorie des états de la matière présuppose implicitement une vision newtonienne de la matièr (...)

30Les molécules de l’eau font un effort constant pour reprendre l’état élastique, effort qui est réprimé en partie par leur propre poids, mais surtout par la compression de l’atmosphère ; de sorte que, lorsque celle-ci est supprimée dans la machine pneumatique, l’eau prend d’elle-même à la surface l’état de vapeur ; et cet effet n’est limité que par l’action comprimante de cette vapeur, qui parvient à contrebalancer la disposition élastique du liquide. Il paraît que c’est cette tendance à l’élasticité qui constitue l’état des liquides, et qui fait leur différence avec les corps solides qui, quoique très atténués et très subtils, ont cependant une apparence et des propriétés qui les distinguent des liquides18. On a observé que le mercure lui-même formait une vapeur dans le vide ; mais l’excès de pesanteur de ses molécules est un obstacle qu’elles ont à vaincre de plus que celles de l’eau. Ce n’est que lorsque la tendance à l’élasticité est assez diminuée par l’abaissement de température, pour que l’affinité des molécules entre elles l’emporte, qu’une substance liquide se congèle et devient solide.

31La glace elle-même, dans laquelle la tendance à l’élasticité se trouve surmontée, se dissout dans l’air ; de sorte que l’affinité de l’air, indépendamment de l’effort élastique de l’eau, exerce sur elle une force supérieure à la compression de 28 pouces de mercure.

32Ce qui distingue surtout la dissolution de l’eau par l’air des dissolutions des sels par un liquide, c’est qu’elle varie, non seulement par la température, mais encore par l’état de compression de l’air.

33L’air, les autres conditions étant égales, dissout d’autant plus d’eau que sa température est plus élevée ; mais on ignore quelle loi suit cet accroissement, et les observations que Saussure a faites sur les variations de l’hygromètre exposé à différents degrés de chaleur, ne peuvent l’indiquer, parce que la capacité dissolvante du cheveu varie par la même cause, et que son extension en éprouve pareillement un changement.

  • 19 Jean Darcet (1725-1801). chimiste, membre de l’Académie royale des sciences de 1784 à 1793, a co-s (...)

34Quoique les opinions soient encore partagées sur l’effet de la compression qu’éprouve l’air ; quoique les expériences n’aient pas encore prononcé d’une manière précise, l’analogie me paraît prouver que la dissolution doit être d’autant plus grande qu’il y a plus de parties dissolvantes sous un même volume, et quelques observations me paraissent le confirmer. Darcet ayant exposé sur le sommet du Pic du Midi de la potasse retirée du tartre, et réduite en poudre, elle était encore sèche et pulvérulente après une heure et demie19 ; pendant qu’après une heure, au pied de la même montagne, où la température était peu différente, une partie avait déjà assez attiré d’humidité pour prendre l’état liquide : mais il fit une autre observation, qui me paraît beaucoup plus concluante. L’acide muriatique très concentré, qui exhalait des vapeurs abondantes, donnait à peine des vapeurs sensibles sur la cime de la montagne ; de sorte qu’il s’y trouvait bien peu de parties aqueuses.

  • 20 G. Monge, « Mémoire sur la cause des principaux phénomènes de la météorologie », Annales de chimie (...)

35La chaleur, la compression, et par conséquent l’élévation au-dessus du niveau de la mer, le degré de saturation d’eau donnent donc à l’atmosphère différentes propriétés météorologiques. Un air chaud, très saturé d’eau, qui subit une diminution de chaleur, ou qui, d’une région basse, est porté à une région élevée, donne des nuages et laisse précipiter la pluie. Vous trouverez un tableau des phénomènes météorologiques, fait avec beaucoup de sagacité, dans un mémoire que Monge a publié, dans le cinquième volume des Annales de chimie, toutefois je soumets à mon collègue quelques observations et quelques conjectures20.

36Saussure a prétendu que les nuages étaient composés de vésicules, dont l’eau formait l’enveloppe et qui étaient remplies d’un fluide subtil ; de sorte qu’elles avaient une pesanteur spécifique inférieure même à celle de l’air. Monge, qui rejette avec raison ce fluide d’une nature inconnue, pense que l’eau passe immédiatement de l’état élastique à l’état liquide, et que celle qui est abandonnée par l’air se réduit en gouttes que leur exiguïté tient longtemps suspendues dans l’atmosphère.

37Cette dernière opinion suppose que l’affinité de l’eau pour l’air finit d’agir à un point précis ; qu’au moment où l’eau ne peut plus être tenue en dissolution complète par l’air, elle est rendue immédiatement à l’état liquide et à la pesanteur spécifique qui lui appartient alors : cependant nous voyons que plusieurs précipités, malgré la grande différence de leur pesanteur, demeurent suspendus longtemps dans une liqueur, surtout si l’on n’a pas employé un excès de précipitant ; ce qu’on remarque particulièrement dans la décomposition du sulfure de chaux par un acide, dans laquelle la liqueur parvient à peine à s’éclaircir, même en employant la filtration : c’est que ces précipités sont indubitablement retenus par une faible affinité, qui ne suffit pas pour maintenir la dissolution ; car, dans un simple mélange, la même ténuité ne produit pas cette longue suspension, pourvu que les molécules soient bien mouillées, c’est-à-dire que l’eau en ait chassé la petite atmosphère aérienne qui pourrait les tenir suspendues. Combien cette considération ne doit-elle par être plus forte pour les gouttes d’eau, dont la pesanteur est près de 800 fois plus grande que celle de l’air ?

38Supposons donc que l’eau qui ne peut plus être tenue en dissolution limpide, soit cependant retenue par une affinité moins active : cette affinité concourant avec la tendance à l’élasticité qui appartient à l’eau doit suffire pour la tenir éloignée de l’état liquide ; elle formera donc une substance gazeuse ; réduite dans son volume, en raison de la température, de la compression et des autres circonstances, elle ne sera pas dissoute, mais adhérente par son affinité avec l’air. Voilà donc deux fluides élastiques, de pesanteur spécifique différente, mêlés et confondus ensemble : considérons ce qui arrive dans des circonstances pareilles.

39Qu’on mêle de l’éther avec l’eau, il s’établit une séparation des deux liqueurs ; cependant l’eau dissout une portion de l’éther, pendant que l’éther retient une portion d’eau ; on pourrait citer un grand nombre de faits semblables.

40Il paraît donc que l’eau retenue par une faible affinité doit former une seconde combinaison avec une certaine proportion d’air, de sorte qu’il y ait une combinaison avec excès d’air et une autre combinaison avec excès d’eau : augmentez encore par les mêmes causes la proportion de l’eau, alors elle se réduira en partie liquide, qui abandonnera l’air, qui obéira à sa pesanteur et qui formera la pluie ; mais si elle se dépose lentement, comme dans la rosée, on reconnaît à ses propriétés qu’elle conserve encore une portion d’oxygène, surabondante à celle qu’on trouve dans l’eau ordinaire ; car la rosée blanchit le papier faiblement teint en bleu par le tournesol, comme l’acide muriatique oxygéné très étendu d’eau.

41La séparation de l’eau tenue en dissolution dans l’air ne paraît pas suffire pour rendre raison de la quantité de pluie qui peut tomber dans un espace de temps ; les nuages sont encore le produit des brouillards qui sont dus à une combinaison, avec excès d’eau, qui s’est formée dans les circonstances convenables, au point de contact des eaux et de l’air atmosphérique, et qui peut être rassemblée en cet état par les vents qui soufflent des mers et des lieux humides. Cette combinaison d’air avec excès d’eau pourra exister en certaine quantité dans une couche d’air, sans prendre l’apparence de nuage sensible ; mais la compression de l’air devenu moins transparent lui donnera la forme vésiculaire. Alors l’hygromètre n’indiquera point la véritable proportion de l’eau, parce que le cheveu saturé d’humidité ne peut rien indiquer au-delà de cette saturation.

  • 21 Antoine Libes (1752-1832), professeur à Toulouse, auditeur des cours d’Haüy et de Berthollet, inte (...)

42La supposition que je viens de faire ne suffit point pour rendre raison des propriétés des brouillards et des nuages : on sait que les brouillards ont une odeur quelquefois forte et même infecte, qui prouve qu’ils ne sont pas dus à une simple combinaison de l’eau et de l’air ; les nuages orageux doivent différer essentiellement de ceux qui donnent simplement la pluie, car l’électricité, comme l’ont fait voir Monge et Libes, n’explique pas seule les effets du tonnerre qui annoncent une inflammation réelle21.

43On sait qu’il se dégage du gaz inflammable dans beaucoup de circonstances, surtout pendant les chaleurs de l’été ; ce gaz inflammable est le plus souvent du gaz hydrogène carboné, dont nous nous occuperons dans la prochaine séance. Le gaz hydrogène carboné ne pourrait-il pas entrer dans la combinaison avec excès d’eau et produire les variétés des brouillards et des nuages ?

  • 22 Ce « feu brison » ou sauvage, plus connu sous le nom de grisou, semble être le gaz tant redouté de (...)

44Il se dégage, dans plusieurs mines, et particulièrement dans les mines de charbon de terre, une grande quantité de vapeurs inflammables qu’on a appelées feu brison ou feu sauvage22 et qui y produisent souvent des détonations violentes, lorsqu’on y porte une lumière : ces vapeurs forment quelquefois un nuage léger qu’on a comparé à une toile d’araignée. Je dis que le gaz hydrogène carboné y est dans un état de combinaison, car autrement il s’exhalerait promptement par les ouvertures de la mine, en raison de sa légèreté spécifique : il ne brûlerait que lentement et sans explosion au contact de l’air atmosphérique, si ses parties n’étaient confondues et réunies avec lui ; enfin cette union du gaz hydrogène carboné et de l’air atmosphérique ne formerait point un nuage sensible à la vue, même à la pâle lueur dont on peut éclairer un souterrain, si l’eau n’entrait pas dans cette combinaison. Il est donc probable que le gaz hydrogène carboné qui s’exhale des souterrains, des marécages, des substances en putréfaction, peut entrer dans la composition des brouillards, et par eux dans celle des nuages ; mais il y entre en différentes proportions : surabondant, il pourra être enflammé par une étincelle médiocre et former ces étoiles apparentes, ces feux follets, ces globes brillants qu’on observe même dans un temps serein ; ou bien en moindre proportion, il ne pourra être enflammé que par une électricité très forte, telle que celle qui domine dans l’atmosphère pendant les orages, et alors nos moyens physiques ne suffiraient pas pour le découvrir dans une portion de nuage qu’on soumettrait aux expériences : on pourrait expliquer par là les différents symptômes des météores ignés.

45Les suppositions que je viens de faire ne résisteront peut-être pas à l’observation et à l’expérience ; mais dans l’enfance où est la météorologie, il doit être permis de se livrer à quelques conjectures, pourvu qu’on ne les confonde pas avec les vérités établies.

46Les phénomènes chimiques qui sont dépendants de la compression de l’air doivent éprouver des modifications remarquables sur les hautes montagnes et au niveau de la mer ; ainsi la vaporisation de l’eau qui, à 28 pouces de pression de mercure, n’a lieu qu’à 80 degrés du thermomètre, se fait à 68 degrés selon l’observation de Saussure au haut du Mont-Blanc, c’est-à-dire à un peu moins d’une pression de 17 pouces ; le charbon doit dans cette atmosphère se brûler et les métaux s’oxyder plus difficilement ; la même quantité de combustible doit, en brûlant, produire moins de chaleur sensible, parce que les gaz et les vapeurs qui résultent de la combustion sont plus dilués et retiennent plus de calorique : les substances qui ont tendance à l’élasticité, surtout l’hydrogène, doivent se dégager plus facilement de leurs combinaisons.

  • 23 Il est mentionné dans le sixième débat et la quinzième leçon d’Haüy.

47L’atmosphère est plus diaphane sur les hautes montagnes ; le ciel pur y est d’un bleu foncé, parce que l’air y tient beaucoup moins d’eau en dissolution, et qu’agissant par une très faible affinité sur l’eau qu’il abandonne, il s’y forme peu de cette combinaison avec excès d’eau, qui dans quelque couche inférieure trouble plus ou moins la transparence ; mais, comme l’a déjà observé Bouguer23, la lumière qui traverse un fluide transparent, n’y produit pas de la chaleur ; la raison en est que la lumière doit être absorbée et se combiner pour remplir les fonctions du calorique ; de là vient en grande partie le froid qui domine sur les hautes montagnes. Mais si, en défendant un corps du froid environnant, on l’expose à l’action de la lumière qu’il peut absorber, il acquiert plus de chaleur que dans les lieux bas, comme l’a observé Saussure. Les vêtements noirs seraient donc dans les hautes régions un moyen efficace de diminuer les effets du froid.

48La transparence plus ou moins grande de l’atmosphère est donc une des causes des variations de température que nous éprouvons ; mais la transparence ne peut guère exister que dans un air qui n’étant pas saturé, dissout encore de l’eau ; et cette dissolution est une autre cause de froid, à laquelle les vents peuvent donner beaucoup d’intensité, en renouvelant le contact de l’air non saturé avec la surface des corps qui peuvent céder de l’humidité.

49Lorsque la transparence se trouble, la chaleur doit augmenter par l’absorption de la lumière ; en même temps l’air non seulement se trouve saturé d’eau, mais il en abandonne qui se rapproche de l’état liquide ; voilà donc deux causes qui concourent à l’augmentation de chaleur qui précède ordinairement les temps orageux.

50On reconnaît, au coup d’œil que je viens de jeter sur les propriétés de l’air atmosphérique, qu’il nous manque encore un grand nombre de données nécessaires à la météorologie. Nous n’avons encore que quelques aperçus sur la quantité d’eau que l’air peut dissoudre dans les différents états de compression. Si l’air comprimé dissout plus d’eau, comme je le pense, cet effet irait-il en croissant avec la compression jusqu’au point où l’air combiné avec beaucoup d’eau prendrait la forme liquide ?

51La nature des nuages et leurs différences peuvent encore être regardées comme un problème, que l’expérience et l’observation doivent résoudre.

  • 24 James Watt (1736-1819). ingénieur mécanicien écossais plus connu pour sa machine à vapeur à double (...)

52On ignore encore quelles sont les proportions du calorique, que l’air et la vapeur de l’eau contiennent en raison de leur degré de dilatation ; lorsqu’on dilate l’air, même sec, dans une machine pneumatique, un léger abaissement de température prouve seulement que l’air dilaté contient à poids égal plus de calorique : une expérience de Watt, citée par Deluc, semble indiquer que l’eau qui est dissoute par l’air contient plus de calorique que celle qui est réduite en vapeur par la seule élévation de température et sans le concours de l’action de l’air24.

  • 25 Sur Priestley. Ingenhousz, Senebier voir supra, notes 55, 56. 57.
  • 26 La supposition paraît absurde lorsque la nature élémentaire de l’azote, de l’hydrogène et de l’oxy (...)

53Priestley, Ingenhousz, Senebier25, et quelques autres physiciens, ont fait un grand nombre d’observations sur les effets eudiométriques que les substances végétales produisent dans l’air ; mais la plupart de leurs observations sont affectées de l’opinion où l’on était que ces substances n’agissaient qu’en vidant ou purifiant l’air, en lui donnant ou en lui ôtant du phlogistique ; ainsi l’on a cru que les fleurs et les fruits altéraient la pureté de l’air, que les feuilles à l’aide de la lumière élaboraient et purifiaient celui qu’elles exhalent, et qu’à l’ombre elles le corrompaient ; mais on a presque toujours négligé d’observer et de mesurer les dégagements et les absorptions qui étaient la cause véritable des effets. On a supposé que le gaz azote et le gaz hydrogène pouvaient être changés tantôt en air vital, tantôt en acide carbonique26 : dans la réalité les gaz oxygène, azote et hydrogène, inaltérables dans nos expériences, s’absorbent ou se dégagent, forment ou abandonnent des combinaisons, et par là ils augmentent ou diminuent les effets eudiométriques d’un air qu’on soumet à l’épreuve. Ainsi les fleurs et les fruits absorbent l’oxygène, ils paraissent même éprouver une combustion qui produit de l’acide carbonique ; les feuilles l’absorbent à l’ombre, elles en exhalent par l’action de la lumière. L’eau bouillie ou distillée se sature d’abord de l’oxygène qui en a été chassé ; celle qui en est saturée en laisse échapper à la lumière ; les résultats sont ainsi modifiés par l’état de l’eau sur laquelle se fait une expérience, et tous ces effets se compliquent ordinairement.

54Cette belle partie de la chimie végétale qui n’est cultivée que depuis peu d’années, et qui doit nous éclairer sur la théorie de la végétation, réclame une analyse qui suspende la marche des observations indéterminées, pour n’en rendre pas le recueil trop diffus, qui sépare les effets, qui établisse leur dépendance et qui démêle les nœuds qui entrelacent l’action simultanée de différentes causes.

Notes

1 Allusion à Lavoisier, mort sur la guillotine le 8 mai 1794. Malgré le discret hommage que lui rend ici Berthollet, il faut souligner que ni lui ni aucun des chimistes qui furent les disciples de Lavoisier dans la controverse déclenchée par la théorie de l’oxygène n’a fait un geste pour le sauver du sort réservé aux fermiers généraux de l’Ancien Régime (voir É. Grimaux, Lavoisier 1743-1794, d’après sa correspondance, ses manuscrits, Félix Alcan, Paris, 1896 ; rééd. Jacques Gabay, Paris, 1992).

2 Haüy consacre à l’air atmosphérique la neuvième leçon enseignée le 11 germinal an III (31 mars 1795) soit quelques semaines avant celle de Berthollet délivrée le 2 floréal (21 avril).

3 Voir note 35, quatrième leçon.

4 Cet instrument a été nommé eudiometro (du grec eudios = bonté de l’air) par Marsilio Landriani (voir « Lettre de M. le Chevalier Landriani à l’auteur de ce recueil », Observations sur ta physique, 6, 1775, p. 315-16. L’objectif était de remplacer les tests plus qualitatifs établis d’après l’odeur ou d’après le temps de survie d’une souris placée sous une cloche pour évaluer la salubrité de l’air. Cet instrument s’inscrit dans le cadre du programme de médecine pneumatique développé par Priestley, Fontana, Landriani et Ingenhousz. Voir S. Schaffer, « Measuring virtue : eudiometry, enlightenment and pneumatic medicine » in A. Cunningham, R. French (éd.), The Medical Enlightenment of the Eighteenth Century, Cambridge, Cambridge University Press, 1990, p. 281-318 ; M. Beretta. « Pneumatic vs aerial medicine : salubrity and respirability of air at the end of the eighteenth century » in F. Bevilaqua, L. Fregonese (éd.), Nuova Voltiana. Studies on Volta and his Times, Milan, Hoepli, 2000, t. 2, p. 49-71.

5 Des critiques similaires de l’usage de l’eudiomètre pour mesurer la salubrité de l’air ont été faites pour la première fois par Alessandro Volta dans l’article « Eudiometro », addition à la traduction italienne du Dictionnaire de chimie de Macquer en 1783 (cf. Le Opere di Alessandro Volta, Milan, Edizione Nazionale, Hoepli, 1929, t. 7, p. 63-76). Suite aux critiques de ce genre, l’eudiomètre servira essentiellement à déterminer la composition de l’air sans préjuger de sa salubrité.

6 Priestley a mis au point le test à l’air nitreux (oxyde nitrique, NO) décrit par Berthollet pour évaluer la salubrité de l’air d’après la diminution de volume du mélange d’air avec l’air nitreux au-dessus d’une cuve d’eau ou de mercure (voir Experiments and Observations on Different Kinds of Air, op. cit., section 26 de la première partie et 27 de la seconde partie). Le principe de base est donc la théorie du phlogistique d’après laquelle le phlogistique vicie l’air atmosphérique et la salubrité de l’air dépend de la quantité d’air déphlogistiqué (oxygène).

7 L’eudiomètre de Fontana est formé d’un tube cylindrique gradué auquel est ajouté un entonnoir de cuivre muni d’un disque et d’une fourchette de cuivre qui facilite le déplacement du cylindre et d’un dispositif pour fixer l’appareil au bord d’une cuve pneumatique, (voir la figure XXI dans l’Encyclopédie méthodique, « seconde classe des instruments »). Cet eudiomètre « à air nitreux », construit par Clindworth à Göttingen et par Mégnié à Paris, est considéré comme supérieur à tous les autres par Ingenhousz qui en recommande fortement l’achat (cf. J. Ingenhousz. « Observations sur la construction et l’usage de l’eudiomètre de M. Fontana et sur quelques propriétés particulières de l’air nitreux », Observations sur la physique, 26/1. 1785, p. 339-359).

8 H. Cavendish, « An account of a new eudiometer », Philosophical Transactions, 73, 1783, p. 134.

9 En 1777, Alessandro Volta améliore l’appareil mis au point par Landriani en introduisant une étincelle électrique pour combiner et enflammer les gaz et remplaçant l’air nitreux par l’air inflammable ou hydrogène (voir la figure XXII dans l’Encyclopédie méthodique, seconde classe des instruments). Ce faisant, Volta synthétisait de l’eau avant Cavendish et Lavoisier mais il n’a vu dans son expérience que ce qu’il cherchait à voir, la phlogistication de l’air (cf. Le Opere di Allessandro Volta, op. cit., t. 7, p. 63-76 ; F. Abbri. Le Terre, l’acqua, le arie : la rivoluzione chimica del Settecento. Bologne, Il Mulino, 1984, p. 282).

10 Frantz Karl Achard, naturaliste et physicien allemand, publie fréquemment dans les Observations sur la physique. Henri-Paul-Irénée Reboul (1763-1839), naturaliste, futur membre correspondant de l’Académie royale des sciences de Paris. Armand Seguin deviendra lui aussi membre correspondant de l’Académie royale des sciences de Paris ; il publie un « Mémoire sur l’eudiométrie ». Annales de chimie, 9, 1791. p. 293-303 et décrit l’eudiomètre au phosphore en 1803 (voir « Combustion du phosphore, employé comme méthode eudiométrique », mémoire publié par madame Lavoisier, in A. L. de Lavoisier, Mémoires de chimie, Paris. 1803. t. 2. p. 143-153). Seguin et Lavoisier utilisèrent ce nouvel eudiomètre pour déterminer le volume d’air vital dans les fluides respirables lors de leurs expériences sur la respiration humaine (voir la septième leçon).

11 Voir A. F. de Fourcroy, article « Eudiomètre », in Encyclopédie méthodique..., op. cit., t. 4, p. 277-278 : « [L’eudiomètre] dont Scheele s’est servi pour faire l’analyse de l’air atmosphérique était un simple cylindre de verre, dont les bords de l’ouverture, faisant un angle droit avec l’axe du tuyau, lui servaient de pied, et qui était divisé, à l’aide du compas, en cent parties égales lorsque son diamètre était le même dans toute la longueur, ou que l’on divisait en un même nombre de degrés, avec une mesure remplie d’air, quand il n’était pas parfaitement cylindrique. »

12 Scheele et Lavoisier ont déterminé la composition de l’air simultanément et par des voies différentes : Scheele utilisant la dissolution de sulfure de potasse et Lavoisier la combustion du phosphore. Ils ont cependant obtenu des résultats voisins. Par la suite, Berthollet lui même a obtenu 21 % d’oxygène et 78 % d’azote (voir article « Eudiomètre ». ibid., p. 279-283).

13 Jean-André Deluc (1727-1818), physicien et géologue genevois, ami de Jean-Jacques Rousseau. Il a fait de longues recherches sur la dilatation des fluides sous l’effet de la chaleur dans le cadre de ses efforts de mise au point d’instruments tels que le pyromètre, le thermomètre et l’aéromètre. Voir notamment « Recherches sur les modifications de l’atmosphère » et « Sur la pyrométrie et l’aérométrie et sur les mesures physiques en général », Observations sur la physique, 18, 1781, p. 363-383 et p. 480-499.

14 Voir L. B. Guyton de Morveau, article « Air », in Encyclopédie méthodique... op. cit.. t. 1, p. 665-771. L’ensemble des expériences sur la dilatation de l’air est décrit p. 677-687. Claude-Antoine Prieur de la Côte d’Or (1763-1832) est un officier du génie qui a mené des expériencs avec Guyton de Morveau à Dijon avant de devenir un homme politique sous la Révolution.

15 Petrus van Musschenbroek (1692-1761), physicien néerlandais, inventeur de la bouteille de Leyde.

16 Charles Le Roy (1726-1779), professeur de médecine à Montpellier, membre de la Société royale de Montpellier et membre correspondant de l’Académie de Paris, a publié en 1751 un « Mémoire sur l’élévation et la suspension de l’eau dans l’air », Histoire et mémoires de l’Académie royale des Sciences, 1751, p. 481-518. Par la suite, il a rédigé l’article « Évaporation » dans l’Encyclopédie, 1756, t. 6, p. 123-130. Il a suggéré de mesurer l’humidité d’après le point de rosée : la température à laquelle l’eau se condense sur une surface.

17 Les Essais sur l’hygrométrie (Neuchâtel. 1787) de H.-B. de Saussure constituent la référence principale de Berthollet dans la suite de cette leçon. L’un des problèmes de la fabrication des hygromètres au xviiie siècle est de choisir une substance hygroscopique. c’est-à-dire qui réagisse visiblement à des variations du taux d’humidité ambiante. L’hygromètre de Saussure utilise le cheveu humain dont la sensibilité à l’humidité est très manifeste. En 1788, Saussure défend son instrument contre les attaques du physicien Deluc, lui aussi concepteur d’un hygromètre qui utilisait l’os de baleine, dans « Défense de l’hygromètre à cheveu », Observations sur la physique, 32. 1788. p. 24-45 et p. 98-107. Grâce à la sensibilité du cheveu et aux nombreuses expériences que Saussure a réalisées pour éliminer les sources d’erreur, son hygromètre atteint une précision insurpassée à l’époque. De plus, il soutient des considérations théoriques que Berthollet reprend à son compte. Saussure s’est opposé à la théorie dominante de l’évaporation comme dissolution de l’eau par l’air. Il considère la vapeur d’eau comme un « fluide élastique », un gaz comme un autre, c’est-à-dire une combinaison de l’eau avec le calorique. Or Berthollet « saute » sur cette idée pour suggérer, en incise, sans la développer, une réinterprétation des solutions salines comme une double opération : combinaison du sel avec le calorique du liquide, suivie d’une dissolution. Mais il limite par la suite l’analogie en soulignant que la dissolution de l’eau par l’air se distingue des solutions salines par le fait qu’elle dépend non seulement de la température mais aussi de la compression de l’air.

18 Cette théorie des états de la matière présuppose implicitement une vision newtonienne de la matière ; les corpuscules qui forment les corps matériels sont soumis à deux forces : une force d’attraction ou de pensateur proportionnelle à leur masse et une force de répulsion que Berthollet nomme « la tendance à l’élasticité ».

19 Jean Darcet (1725-1801). chimiste, membre de l’Académie royale des sciences de 1784 à 1793, a co-signé le rapport très tiède de l’Académie sur la réforme de la nomenclature en 1787. Il a mené des recherches sur la géologie des Pyrénées : voir Discours en forme de dissertation sur l’état actuel des montagnes des Pyrénées et sur les causes de leur dégradation, Paris. 1776.

20 G. Monge, « Mémoire sur la cause des principaux phénomènes de la météorologie », Annales de chimie, 5, 1790, p. 1-71.

21 Antoine Libes (1752-1832), professeur à Toulouse, auditeur des cours d’Haüy et de Berthollet, intervient activement dans la troisième séance de débat avec Haüy. Il publiera en 1800 un ouvrage intitulé Théorie de l’élasticité et l’année suivante un Traité élémentaire de physique en trois volumes.

22 Ce « feu brison » ou sauvage, plus connu sous le nom de grisou, semble être le gaz tant redouté des mineurs qui se dégage spontanément dans les mines de houille. Il est composé de méthane, de dioxyde de carbone, d’azote et d’oxygène.

23 Il est mentionné dans le sixième débat et la quinzième leçon d’Haüy.

24 James Watt (1736-1819). ingénieur mécanicien écossais plus connu pour sa machine à vapeur à double effet, a relaté ses expériences dans deux lettres à Deluc : « Thoughts on the constituent parts of water and of dephlogisticated air ; with an account of some experiments on that subject. In a letter from Mr James Watt, Engineer, to Mr. De Luc, F.R.S », Philosophical Transactions, 74, 1784, p. 329-353 et p. 354-357.

25 Sur Priestley. Ingenhousz, Senebier voir supra, notes 55, 56. 57.

26 La supposition paraît absurde lorsque la nature élémentaire de l’azote, de l’hydrogène et de l’oxygène (air vital) est établie. Mais dans les années 1770. les nouveaux gaz isolés étaient interprétés dans le cadre de la théorie du phlogistique comme des composés d’air et de phlogistique en proportion variable. L’air vital était de l’air dépouillé de phlogistique, l’azote de l’air saturé de phlogistique. Dans les années 1780. Richard Kirwan et Priestley ont adopté l’idée que l’hydrogène (alors nommé air inflammable) était du phlogistique à l’état de combinaison et que l’air fixé (dioxyde de carbone) était formé d’air déphlogistiqué (oxygène), d’air inflammable (hydrogène) et de phlogistique.

© Éditions Rue d’Ulm, 2006

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