Oeuvres complètes. Tome XIX. Mécanique théorique et physique 1666-1695

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Appendice
À ‘La machine pneumatique’.

Une ‘Lettre touchant les experiences de l'eau purgée décrite dans le Journal des Sçavans¹⁾, à M. Choüet, professeur en philosophie à Geneve’, signée Huet, a été publiée en 1673 à Paris chez Jean Cusson, éditeur du Journal²⁾. Comparez la note 2 de la p. 218 qui précède. Cette lettre fait voir que l'expérience de Huygens donna lieu à beaucoup de discussions³⁾. L'auteur est évidemment Pierre Daniel Huet. Voyez sur Chouet la p. 534 du T. VI).

Huet écrit: ‘Les objections que vous m'envoyés contre ce phenomene .... sont conceües avec beaucoup de force et exprimées avec une grande clarté: elles ne sont pourtant pas differentes de celles qu'on avoit déja formées dans l'assemblée qui se tient chez M. Bourdelot⁴⁾. De sorte que pour vous y répondre comme vous le souhaittez, je n'ay qu'à rappeler les réponses qu'on y donna alors, & je ne doute point que vous n'en soyez satisfait.

Car M. tous les raisonnemens aussi bien que les exemples que vous apportez pour les appuyer & pour les éclaircir, ne veulent conclure que deux choses: Que, la matiere subtile pouvant penetrer & se faire des voyes, premierement au trauers du verre, & en second lieu, au travers de l'eau, cette derniere n'en peut pas estre suspenduë. Tous presques ont d'abord jugé cela impossible aussi bien que vous, & la difficulté qu'a témoigné y sentir M. Huguens (qu'on peut dire être si accoustumé aux demonstrations sensibles de Geometrie qu'il ne se rend qu'avec peine aux plus claires de physique) leur a été un assez puissant motif pour fortifier leur doute, & leur faire rejetter sa pensée, mais je croy que vous étant expliquée icy plus amplement vous l'embrasserez sans peine’.

1) T. VII, p. 201.

2) Cette plaquette est comparable à celle mentionnée dans les notes 10 de la p. 162 du T. VI et 2 de la p. 513 du T. XVII. H. Brown (note 4 qui suit) donne une liste de 17 publications de Jean Cusson, parmi lesquelles celle de Huet.

3) C'est ce qui paraît aussi par un article de Wallis de 1672. Huygens écrit à la p. III (vers la fin) du Manuscrit I: Transactions Parte 7. pag. 5160. Extract of letters from Dr. Wallis ou il pretend attribuer mon experience du mercure et eau purgee d'air a Mil. Brounker et M^r. Boile. et examine mes raisons de ce phenomene. Cet article se trouve en effet aux p. 5160-5170 du Vol. VII (1672) des ‘Philosophical Transactions’. Il est intitulé: ‘An extract of Letters from Dr. John Wallis to the Publisher, 1672. Sept. 26 &c. concerning the Suspension of Quicksilver well purged of Air, much higher than the ordinary Standard in the Torricellian Experiment’. Wallis dit que le phénomène a été observé ‘by my Lord Brouncker and Mr. Boyle, many years since’. Brouncker en donna, dit-il, une explication. ‘I find Monsieur Hugens to fall in with that of Lord Brouncker, save that what we comprehend under the name of Air, he calls a more subtile Matter, etc.’ L'auteur pense que les nouvelles expériences qu'il propose sur ce sujet, pourront peut-être servir pour élucider le problème de la nature de la pesanteur.
Bientôt l'explication de Huygens fit aussi son entrée dans l'enseignement. En 1678 parut à Paris (in 12^o, chez E. Michellet) la ‘Philosophia vetus & nova ad usum Scholae accommodata, etc.’, où l'on explique que ‘les effets que l'on attribue au vuide se font par le poids de l'air ou par la vertu elastique’ et où l'on ‘répond au long à toutes les difficultez qu'on propose sur ce sujet & particulierement à cette Experience fameuse de M. Hugens du vif argent purgé dans le vuide qui demeure suspendu jusqu' à la hauteur de 72 pouces’ (p. 212 de l'édition d'Amsterdam du Journal des Sçavans du Lundy 23 May 1678).

4) On peut consulter sur ‘The Academy of the Abbé Bourdelot’ le Chap. XI du livre de 1934 de H. Brown, ‘Scientific Organizations in seventeenth Century France’. La deuxième série des conférences, publiée en 1674, ‘Conversations académiques tirées de l'Académie de Monsieur l'Abbé Bourdelot, par le Sieur le Gallois’ est dédiée à Huet ‘conseiller du Roy en ses conseils, et sous-précepteur de Monseigneur le Dauphin’.

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Il nous semble, malgré l'auteur, que le doute de Huygens était plus philosophique que l'assurance avec laquelle Huet défend l'explication du phénomène. Huygens douta, paraît-il, durant une sixaine d'années. jusqu'à la fin de 1667 (T. XVII, p. 263). Mais il est fort possible que le but du conseiller du Roi, d'ailleurs lié d'amitié avec Huygens depuis plusieurs années, ait été surtout d'imposer silence à ceux dont les propos pouvaient nuire au prestige de l'Académie des Sciences. Comparez la note 7.

‘J'employerai comme vous des exemples, & me serviray de l'effet des plaques, parce qu'il est le plus sensible & le plus commode pour cette matiere; car il sera facile ensuite de concevoir que la même chose doit arriver aux liqueurs.

Il faut donc que vous vous imaginiés deux plaques percées chacune de six petits trous, qui occuperont, si vous voulez, autant d'espace que les parties solides qui restent, & que de plus vous vous figuriés les plaques appliquées l'une sur l'autre, mais dans cette disposition, qu'une moitié des parties solides se rencontrent contiguës, & que les autres soient vis à vis des trous. Je dis donc que, si on met les plaques ainsi jointes dans une liqueur dont les parties ayent du mouvement en tout sens, elles doivent infailliblement estre pressées l'une contre l'autre. La raison en est evidente, car leurs superficies exterieures ont toutes leurs six parties exposées aux coups de la liqueur, au lieu que leurs superficies interieures ne peuvent estre frappées que par ces trois parties que nous avons posé vis à vis des trous: ainsi on voit que ces plaques sont incessamment pressées l'une vers l'autre par six degrés de force, tandis qu'il n'y en a que trois qui tâchent de les séparer, de sorte qu'elles demeurent unies par trois degrez de force ....... chaque particule d'eau doit estre icy considerée comme une petite plaque appliquée, ou contre les parties du verre, ou contre les particules d'eau, qui sont unies ensemble, comme M. Hugens l'explique dans sa lettre ...... une plaque pourroit couler d'une file à l'autre sans tomber ........ & c'est de cette maniere que l'eau conserve sa liquidité dans la suspension, & tout cela doit mieux arriver a l'eau, dont les parties sont vraysemblablement pliantes, qu'à des plaques d'un metal fort roide ......

Voilà pour votre premiere objection, venons à la seconde qui ne paroist pas moins forte.

Elle fut proposée dans cette même assemblée dans toute sa force, on allegua, aussi bien que vous, qu'un fort petit trou, qui étoit capable de laisser passer l'air, suffisoit pour faire tomber toutes les liqueurs qui en étoient soûtenues, & qu'à plus forte raison plusieurs trous, dont le verre est rempli & qui pourroient laisser passer librement la matiere subtile, n'etoient que trop suffisans pour faire tomber toutes les liqueurs, qu'on prétend qu'elle soûtient. Mais M. pour répondre encore à cette objection, il faut ici considerer que l'air pese toùjours sur une particule d'eau ou de quelqu'autre liqueur toute entiere ......

Tout cela prouve, ce me semble, assez clairement que la contiguité des particules des liqueurs entre elles, ou avec le verre, suffit pour en soûtenir des colomnes, pourveu qu'elles ne deviennent pas trop pesantes, & qu'elles soient toûjours comme celles qui sont sous un pore du verre⁵⁾; car autrement il arriveroit qu'étant trop pesantes, elles romproient la contiguité & tomberoient.

Aussi a-t-on remarqué dans la seconde experience, qui est dans la lettre de M. Huguens, qu'une bulle d'air qui se forme dans l'eau purgée, rompt la contiguité & que l'équilibre des liqueurs y suit après les mesmes lois que dans le syphon ordinaire .......⁶⁾.

[On a constaté] que l'équilibre est rompu lorsque la bulle étoit parvenue comme à la ligne BB, laquelle étoit un peu au dessus du lieu où l'air, resté dans le recipient, pouvoit soûtenir l'eau ..... la matiere subtile du dehors s'y insinue au mesme tems sans peine, parce que l'union des parties de l'eau étoit rompuë de ce costé-là .....’⁷⁾.

5) De sorte que l'air subtil ne pèse pas sur une particule du liquide tout entière.

6) Comparez les p. 214-215 qui précèdent.

7) Savoir: du côté de la colonne liquide où se trouve la bulle ascendante.
Dans le reste de la lettre Huet prend la défense de Huygens sur un autre point: il répond à ‘l'accusation .... intentée par le Sr. Grillet’ contre Huygens au sujet des baromètres (T. VII, p. 253; et note 6 de la p. 342 qui suit). Huet ‘considere M. Hugens trop élevé au dessus de tout ce qu'un semblable homme peut avancer contre luy, pour se mettre jamais en estat de s'en justifier luy-mesme’.

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R. Hooke, qui avait le premier, en 1673, fait réussir l'expérience de Huygens avec du mercure⁸⁾, parle d'une part de l'adhésion du fluide au tube et de la cohésion de ses parties entr'elles, d'autre part de l' ‘éther’ qui vainc l'une et l'autre en s'insinuant entre les particules: dans sa ‘Micrographia’ de 1675 il écrit (p. 31): ‘the parts of the quick-silver being so very similar and congeneous to each other, if once united will not easily suffer a divulsion. And the parts of the water, that were any wayes heterogeneous, being by exantlation or rarefaction exhausted, the remaining parts being also very similar, will not easily part neither. And the parts of the glass being solid are more difficultly disjoyn'd; and the water being somewhat similar to both, is, as it were, a medium to unite both the glass and the mercury together’⁹⁾. Une petite circonstance, telle qu'un choc ou la présence d'une bulle, peut donner occasion au ‘heterogeneous aether to obtrude itself between the glass and either of the other fluids’. Alors ‘the gravity of mercury precipitates it downward with great violence.’ .... ‘though the aether passes between the particles, that is, through the pores of bodies, so that any chasme or separation being made, it has infinite passages to admit its entry into it, yet so much is the tenacity or attractive virtue of congruity, that till it be overcome by the meer strength of gravity, or by a shog assisting that conatus of gravity, or by an agil particle, that is like a leaver agitated by the aether .... the parts to be taken hold of being removed out of the attractive sphere, as I may so speak, of the congruity; such, I say, is the tenacity of congruity, that it retains and holds the almost contiguous particles of the fluid, and suffers them not to be separated, till by meer force that attractive or retentive faculty be overcome’.

Cette explication s'accorde, plus ou moins, avec celle de Huygens qui, tout en n'acceptant pas l'adhésion comme une cause primordiale¹⁰⁾, se sert pourtant parfois de ce terme¹¹⁾. Il est vrai que Hooke ne dit pas expressément qu' à son avis la pression de l' ‘éther’ sur la surface libre est en cause.

Newton, en 1679, admettait apparemment lui aussi la théorie de Huygens: le 28 février de cette année il écrit à Boyle¹²⁾: ‘I suppose that there is diffused through all places an aethereal substance, capable of contraction or dilatation, strongly elastic, and, in a word, much like air in all respects, but far more subtile. I suppose this aether pervades all gross bodies, but yet so as to stand rarer in their pores than in free spaces; and so much the rarer, as their pores are less. And this I suppose (with others) to be the cause, why light, incident on those bodies is refracted towards the perpendicular¹³⁾; why two well-polished metals cohere in a receiver exhausted of air; why quick-silver stands sometimes up to the top of a glass pipe, though much higher than 30 inches; and one of the main causes, why the parts of all bodies cohere .....¹⁴⁾.

8) T. XVII, p. 324.

9) On voit que Hooke parle ici d'une expérience où le tube renversé contient à la fois du mercure et de l'eau; comparez la note 23 qui suit.

10) Nous avons déjà dit (p. 243) que Huygens acceptait au moins depuis le commencement de 1668 la pression de l'‘air subtil’ comme la cause ou une des causes de la cohésion et de l'adhésion.

11) P. 167 qui précède, l. 5 d'en bas, datant de 1668.

12) ‘Isaaci Newtoni Opera quae exstant omnia commentariis illustrabat Samuel Horsley’, Londini, J. Nichols, 1779 et suiv., T. IV, p. 385.

13) Ceci ne s'accorde pas avec l'opinion de Huygens: celui-ci n'affirme pas que l'‘air subtil’ qui fait descendre l'eau ou le mercure est identique avec l'éther luminifère. Mais ce que Newton dit ensuite sur le phénomène de Huygens (et sur les plaques adhérentes) s'accorde avec sa manière de voir.

14) En 1679 Newton voit aussi dans cette pression de l'‘éther’ la cause du ‘rising of water in small glass pipes’, ce que Huygens ne dit pas.

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Quelques dizaines d'années plus tard Newton n'était d'ailleurs plus de cet avis. Son Optique (‘Opticks’) de 1704 contient une série de questions (‘Query's’), qui furent amplifiées dans l'édition, également anglaise, de 1717. Entre temps (1706) avait paru une traduction latine de Clarke, qui écrit¹⁵⁾: ‘Nonnulli existimant marmora illa compressa esse aethere quodam ambiente, argentumque vivum eodem aethere sursum in tubum impelli, etc.’ Clarke combat cette théorie et dit au contraire: ‘apparet partes corporum etiam fluidorum cohaerere inter se’ [nous soulignons]. Dans l'édition de 1717 cette partie de la ‘Query 31’ apparaît sous une forme modifiée. Newton y dit: ‘All bodies seem to be composed of hard particles .... And how such very hard particles, which are only laid together, and touch only in a few points, can stick together, and that so firmly as they do, without the assistance of something which causes them to be attracted or pressed towards one another is very difficult to conceive¹⁶⁾. The same thing I infer also from the cohering of two polished marbles in vacuo; and from the standing of quick-silver in the barometer at the height of 50, 60 or 70 inches, or above, whenever it is well purged of air and carefully poured in, so that its parts be every where contiguous both to one another and to the glass. The atmosphere by its weight presses the quick-silver into the glass to the height of 29 or 30 inches. And some other agent raises it higher, not by pressing it into the glass, but by making its parts stick to the glass, and to one another [nous soulignons]’.

Notons qu'un peu plus haut, à la p. 242 du T. IV, Newton avait dit: ‘what I call attraction, may be performed by impulse, or by some other means unknown to me [nous soulignons]’.

Au dix-huitième siècle, après la mort de Newton, le phénomène découvert par Huygens ne donna plus lieu, croyons-nous, à des discussions retentissantes. En 1739 P. van Musschenbroek, newtonien convaincu, l'explique uniquement par l'attraction¹⁷⁾. Au commencement du 19^ième siècle Laplace mentionne en passant dans le Supplément au livre X de la ‘Mécanique céleste’ (p. 3) ‘la suspension du mercure dans un tube de baromètre à une hauteur deux ou trois fois plus grande que celle qui est due à la pression de l'atmosphère’. Sans l'expliquer, il dit qu'il peut y avoir une certaine relation entre ce phénomène et ‘l'action d'une masse fluide, terminée par une portion de surface sphérique concave ou convexe, sur une colonne fluide intérieure renfermée dans un canal infiniment étroit dirigé vers le centre de cette surface’. Il parle, comme on voit, des phénomènes capillaires.

Quelques dizaines d'années plus tard, le phénomène fut découvert de nouveau, pour de l'acide sulfurique, par F.H.L. Donny¹⁸⁾. Il apprit ensuite que le phénomène avait été mentionné par Laplace et que les fabricants de baromètres savaient qu' ‘il arrive parfois que le mercure se tient totalement suspendu et ne descend à son niveau relatif au poids de l'atmosphère qu'en secouant le baromètre; mais - ajoute-t-il - personne n'a cherché à remonter à la cause de ce phénomène et n'en a déduit de conséquence’.

15) Note de la p. 252 du T. IV de l'édition de Horsley.

16) Comparez, à la p. 332 qui suit, la Pièce V ‘Cohésion et élasticité des corps solides’.

17) ‘Beginsels der Natuurkunde, beschreeven ten dienste der landgenooten, door Petrus van Musschenbroek’ (Leyden, S. Luchtmans, 1739), §§ 1359-1364.

18) 1822-1896, préparateur de chimie à l'Université de Gand. On trouve sa biographie dans le T. II du ‘Liber Memorialis’ de cette Université, publiée en 1913 à Gand chez I. Vanderpoorten.

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Les discussions du dix-septième siècle étaient complètement oubliées.

Nous avons cité l'article de 1842 de Donny intitulé ‘Mémoire sur la cohésion des liquides et sur leur adhérence aux corps solides’¹⁹⁾. Il y dit en outre que dans son manomètre à acide sulfurique ‘le liquide continua à occuper toute la capacité de la branche fermée comme si le vide n'avait pas été fait, et cela bien qu'on donnât à la machine de fortes secousses ... Je ne voyais d'autre moyen d'expliquer le phénomène, que de l'attribuer à l'adhérence de l'acide sulfurique au tube et à la cohésion de ses molécules entre elles. Mais j'eus de la peine à m'arrêter à cette explication, parce qu'elle contrariait les idées reçues, d'après lesquelles l'attraction dont il s'agit ne saurait à beaucoup près, produire des effets aussi marquants’. L'expérience lui réussit aussi avec de l'eau distillée.

En 1892 A.M. Worthington²⁰⁾ parvint à mesurer la pression négative ou tension du liquide suspendu en y introduisant un petit vase en verre mince plein de mercure et communiquant avec un tube capillaire (‘an ellipsoïdal bulb filled with mercury, and provided with a narrow graduated capillary stem’). L'abaissement du mercure dans le tube capillaire fit voir clairement que le volume du petit vase augmentait sous l'influence du liquide tendu adhérant à ses parois extérieures. Ce fut là l'‘experimentum crucis’, pour employer l'expression de Baco Verulamius: comparez la p. 320 (note 2) qui suit. Worthington constata de plus que (comme le dit aussi Huet) le fluide dans le tube reste liquide²¹⁾.

Les ‘Communications from the Physical Laboratory at Leiden’ de 1912²²⁾ disent: ‘Bevor man im Stande sein wird aus Versuchen über die Zugfestigkeit von Flüssigkeiten (Donny, Berthelot, Worthington ...) ... mehr als einen Wert den der [negative] Cohäsionsdruck übersteigen muss, abzuleiten ... ist eine nähere Untersuchung der Bedingungen, unter welchen das metastabile Gleichgewicht bestehen bleiben kann, nötig’.

Le phénomène de Huygens donnera donc peut-être encore lieu dans la suite à d'intéressants travaux²³⁾.

19) Dans le T. XVII des ‘Mémoires couronnés et Mém. des savants étrangers’, publ. par l'Ac. Royale des Sciences et Belles-lettres de Bruxelles, 1843 et 1844, Bruxelles, M. Hayez, 1845.

20) ‘On the Mechanical Stretching of Liquids; an Experimental Determination of the Volume-Extensibility of Ethyl-Alcohol’, dans les ‘Philosophical Transactions of the Royal Society of London for the year 1892’, Vol. 183, London, 1893.

21) Pour les détails il faut consulter l'article lui-même: Worthington se sert de la ‘method of cooling, discovered by M. Berthelot, and described by him in a paper entitled Sur la Dilatation Forcée des Liquides publ. in 1850, Ann. d. Chimie, Vol. 30’. A propos de l'expérience primitive (‘method of the inverted barometer’) W. dit: ‘When the upper part of the tube is made elliptical in cross-section and of thin glass, its yielding to the inward pull may be easily observed’.

22) ‘Communications from the Physical Laboratory at Leiden’, Vol. XI, Suppl. No. 23, H. Kamerlingh Onnes et W.H. Keesom ‘Die Zustandsgleichung’ (Reprint from ‘Art. V 10 der Encyclopädie der Mathem. Wissenschaften, Sept. 12, 1912, p. 615-945’, with addition of ‘Sachregister’ and ‘Autorenregister’), E. Ydo, Leiden. Nous citons dans le texte la p. 56 (note 169) des ‘Communications’; elle correspond à la p. 670 de l'‘Art. V, 10’.

23) Notons encore que H.v. Helmholtz publia en 1888 un ‘Versuch um die Cohesion von Flüssigkeiten zu zeigen’, dans lequel l'eau suspendue soutient une colonne de mercure qui se trouve aù-dessous d'elle, ce qui correspond à une expérience de Hooke mentionnée plus haut. Helmholtz dit: ‘[Es] haftet die Flüssigkeit [l'eau] oben am Rohre, und das Quecksilber am Wasser, so dass sie nicht abreissen’.
L'article de Helmholtz se trouve dans les ‘Verhandlungen der physikalischen Gesellschaft zu Berlin’ de 1887 (6ième année; Berlin, G. Reimer, 1888).