Overblog Suivre ce blog
Editer l'article Administration Créer mon blog
25 novembre 2013 1 25 /11 /novembre /2013 19:52

Après avoir prouvé que le phlogistique, matière du feu, n’est qu’une hypothèse inutile et même dangereuse, restait à Lavoisier à expliquer la chaleur qui, elle, existe et s’observe à chaque moment de l’activité d’un chimiste.


Dans un mémoire daté de 1783, Lavoisier propose une réflexion "sur la nature de la chaleur et sur les effets généraux qu’elle produit".

 

A l’image du "fluide électrique", Lavoisier imagine qu’il existe un "fluide igné" et qui serait la matière de la chaleur. Plus précisément il distingue deux types de chaleur. L’une, la "chaleur libre" est celle qui circule naturellement d’un corps chaud vers un corps froid en élevant la température de l’un et en abaissant celle de l’autre. La seconde, la "chaleur combinée", est celle qui, par exemple, va faire fondre la glace sans que sa température ne varie. Le lien entre les deux ?

 

"La chaleur qui disparaît, au moment où la glace se convertit en eau, est, écrit-il, de la chaleur qui passe de l’état libre à l’état combiné ; cette quantité de chaleur est constante et déterminée. On a observé, en effet, que, pour fondre une livre de glace, il fallait une livre d’eau à 60 degrés d’un thermomètre à mercure divisé en quatre-vingts parties : il n’existe plus de glace quelques instants après ce mélange, et toute l’eau est exactement à zéro du thermomètre. Il est clair que, dans cette expérience, la quantité de chaleur nécessaire pour élever une livre d’eau, de zéro du thermomètre à 60 degrés, a été employée à fondre une livre de glace, ou, en d’autres termes, que cette chaleur a passé de l’état libre à l’état combiné."

 

La fusion de la glace est donc un bon moyen de mesurer une quantité de chaleur, le thermomètre n’étant, lui, qu’un moyen de repérer une température. De là un dispositif imaginé par Laplace :

 

"Lorsque le thermomètre monte, c’est une preuve qu’il y a un écoulement de chaleur libre qui se répand dans les corps environnants : le thermomètre, qui est au nombre de ces corps, en prend sa part en raison de sa masse et de la capacité qu’il a lui-même pour contenir la chaleur. Le changement du thermomètre n’annonce donc qu’un déplacement de la matière de la chaleur ; il n’indique tout au plus que la portion qu’il en a prise ; mais il ne mesure pas la quantité totale qui a été dégagée, déplacée ou absorbée.

 

Nous n’avons encore de moyen exact pour remplir cet objet que celui imaginé par M. de Laplace. (Voy. Mém. de l’Acad. 1780, page 364.) Il consiste à placer le corps et la combinaison d’où se dégage la chaleur au milieu d’une sphère creuse de glace : la quantité de glace fondue est une mesure exacte de la quantité de chaleur qui s’est dégagée."

 

Le mémoire de 1780, cité ici, est un véritable cours de calorimétrie qui pourrait voir attribuer à Laplace et Lavoisier le titre de créateurs de cette discipline. Les travaux de leurs contemporains y sont rappelés mais leur apport est déterminant.

 

Des termes, encore utilisés, y sont définis, capacité de chaleur (aujourd’hui capacité calorifique), chaleur spécifique. Une unité de mesure est même proposée :

 

"Si l’on suppose deux corps égaux en masse, et réduits à la même température, la quantité de chaleur nécessaire pour élever d’un degré leur température peut n’être pas la même pour ces deux corps ; et, si l’on prend pour unité celle qui peut élever d’un degré la température d’une livre d’eau commune, on conçoit facilement que toutes les autres quantités de chaleur, relatives aux différents corps, peuvent être exprimées en parties de cette unité."

 

La chaleur spécifique de l’eau sera donc prise comme unité. C’est de cette façon que sera définie, au début du 19ème siècle, la "grande" Calorie qui est la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1°C la température de 1kg d’eau, ou la "petite" calorie qui élève la température de 1g d’eau de 1°C.

 

Après l’unité, l’appareil de mesure. Lavoisier lui donne le nom de calorimètre tout en s’excusant d’avoir ainsi réuni "deux dénominations, l’une dérivée du latin, l’autre dérivée du grec" se justifiant par le fait que "en matière de science on pouvait se permettre moins de pureté dans le langage, pour obtenir plus de clarté dans les idées". Il est vrai que le mot de Thermomètre, issu du seul grec, était déjà pris.

 

Le calorimètre est dérivé de l’idée de la sphère de glace creuse. Une enceinte extérieure est remplie de glace. Elle sert de couche isolante constamment maintenue à zéro degré de température. A l’intérieur un volume lui-même rempli de glace comporte, en son centre, un espace grillagé pour contenir le corps qui apporte de la chaleur. Celle-ci sera mesurée par le volume de glace fondue.


Calorimètre de Lavoisier et Laplace

Lavoisier, Traité élémentaire de Chimie, 1789.


Au préalable les expérimentateurs auront déterminé la chaleur latente de fusion de la glace, c’est-à-dire la quantité de chaleur nécessaire pour faire fondre une masse donnée de glace : "La chaleur nécessaire pour fondre la glace est égale aux trois quarts de celle qui peut élever le même poids d’eau de la température de la glace fondante à celle de l’eau bouillante". Nous laisserons aux apprentis physiciens qui le souhaiteraient, le soin de vérifier que cette valeur est proche de nos mesures contemporaines.

 

Dans ce premier mémoire ce sont ainsi 11 chaleurs spécifiques qui sont mesurées, en prenant pour valeur unité celle de l’eau. Dans le traité qu’il publie en 1789, Lavoisier indique qu’il attend un tableau plus complet pour le publier car, dit-il, "nous ne le perdons pas de vue & il n’y a point d’hiver que nous ne nous en soyons plus ou moins occupés". C’est dire l’intérêt de Lavoisier pour cette nouvelle discipline. Mais il est vrai que les hivers qui suivront celui de 1789 lui seront certainement moins propres à de telles occupations. La liste s’arrêtera donc là.


Réplique d’un calorimètre de Laplace-Lavoisier


Nous n’en dirons pas plus sur ces avancées vers le concept de "chaleur" (même une théorie cinétique de la chaleur est évoquée). Pour en rester à la chimie, il est important de noter que les réflexions de Lavoisier sur la chaleur seront à l’origine d’une clarification de la notion "d’état de la matière".


Cette histoire est évoquée dans :

 

Histoire de l’oxygène. De l’alchimie à la chimie.

Suivre le parcours de l’oxygène depuis les grimoires des alchimistes jusqu’aux laboratoires des chimistes, avant qu’il n’investisse notre environnement quotidien.

 

Aujourd’hui, les formules chimiques O2, H2O, CO2,… se sont échappées des traités de chimie et des livres scolaires pour se mêler au vocabulaire de notre quotidien. Parmi eux, l’oxygène, à la fois symbole de vie et nouvel élixir de jouvence, a résolument quitté les laboratoires des chimistes pour devenir source d’inspiration poétique, picturale, musicale et objet de nouveaux mythes.

 

À travers cette histoire de l’oxygène, foisonnante de récits qui se côtoient, s’opposent et se mêlent, l’auteur présente une chimie avant les formules et les équations, et montre qu’elle n’est pas seulement affaire de laboratoires et d’industrie, mais élément à part entière de la culture humaine.


Voir aussi sur le site de EDUSCOL (Culture Siences-Chimie) de l’Ecole Normale Supérieure :

 

De l’offensive antiphlogistique aux trois états de la matière.


voir également :

 

Histoire du carbone et du CO2.

JPEG - 77.7 ko

Dérèglement climatique, fonte des glaces, cyclones, sécheresses…, coupable : le dioxyde de carbone. Pourtant sans ce gaz il n’y aurait aucune trace de vie sur Terre.

 

Un livre chez Vuibert.

feuilleter

 

L’auteur nous fait suivre la longue quête qui, depuis les philosophes de la Grèce antique jusqu’aux chimistes et biologistes du XVIIIe siècle, nous a appris l’importance du carbone
et celle du CO2.

 

L’ouvrage décrit ensuite la naissance d’une chimie des essences végétales qui était déjà bien élaborée avant qu’elle ne s’applique au charbon et au pétrole. Vient le temps de la « révolution industrielle ». La chimie en partage les succès mais aussi les excès.

Entre pénurie et pollutions, le « carbone fossile » se retrouve aujourd’hui au centre de nos préoccupations. De nombreux scientifiques tentent maintenant d’alerter l’opinion publique.
 

Seront-ils entendus ?

Partager cet article

Repost 0
Gérard Borvon - dans Chimie
commenter cet article

commentaires

Présentation

  • : Le blog d'histoire des sciences
  • Le blog d'histoire des sciences
  • : Comme l'art ou la littérature,les sciences sont un élément à part entière de la culture humaine. Leur histoire nous éclaire sur le monde contemporain à un moment où les techniques qui en sont issues semblent échapper à la maîtrise humaine. La connaissance de son histoire est aussi la meilleure des façons d'inviter une nouvelle génération à s'engager dans l'aventure de la recherche scientifique.
  • Contact

Recherche

Pages

Liens