# L’Encyclopédie/1re édition/CONGELATION

CONGELATION, s. f. terme de Physique, c’est la fixation d’un fluide, ou la privation de sa mobilité naturelle par l’action du froid ; ou enfin c’est le changement d’une substance fluide en un corps concret, solide & dur, qu’on appelle glace. Voyez Glace & Froid.
Les Cartésiens définissent la congelation, le repos ou l’immobilité d’un fluide durci par le froid. Cette définition suit assez naturellement de l’idée qu’ils ont de la fluidité, puisqu’ils supposent que c’est le mouvement continuel des parties du fluide entre elles qui la constitue. Voyez Fluide.
En effet, l’opinion de ces Philosophes sur la congelation est, que l’eau ne se congele que parce que ses parties perdent leur mouvement naturel, & adherent fortement les unes avec les autres. Voy. Solidité.
Les principaux phénomenes de la congelation sont 1°. Que l’eau & tous les fluides, excepté l’huile, se dilatent en se congelant, c’est-à-dire qu’ils occupent plus d’espace, & qu’ils sont spécifiquement plus legers qu’auparavant.
L’augmentation du volume de l’eau par la congelation fournit matiere à beaucoup d’expériences ; & il est à propos d’examiner ici, & de suivre la nature dans cette opération.
Le vaisseau BD (Pl. de Pncum. figure 20.) rempli d’eau jusqu’à E, étant plongé dans un vase où il y ait de la glace mêlée avec du sel RSTV, l’eau s’éleve d’abord de E jusqu’en F ; ce qui paroît venir de la condensation subite du vaisseau qui a été promptement plongé dans un milieu froid : bien-tôt après l’eau se condense à son tour, & descend continuellement de F jusqu’à ce qu’elle soit en G, où elle s’arrête pendant quelque tems ; mais bien-tôt elle reprend des forces, venant à se dilater, elle s’éleve de G en H ; de-là bien-tôt après, par un violent mouvement, elle s’éleve en I ; & alors l’eau paroît en B toute trouble, ressemblant à un nuage, & c’est alors qu’elle commence à se congeler, & se convertit en glace. Il faut ajoûter que pendant que la glace se durcit de plus en plus, & qu’une partie de l’eau contiguë au cou du vaisseau B se congele, l’eau continue toûjours à s’élever de I vers D, & elle s’écoule enfin du vaisseau qui la contenoit.
2°. Que non-seulement les fluides perdent de leur pesanteur spécifique dans la congelation, mais qu’ils perdent aussi de leur poids absolu ; de sorte qu’après qu’ils sont dégelés on les trouve sensiblement plus legers qu’avant leur congelation ; ce qui peut venir de leur dissipation, parce qu’il y a lieu de croire qu’il se fait une espece de transpiration même des corps glacés.
3°. Que l’eau glacée n’est pas aussi transparente que quand elle est fluide, & que les corps se voyent moins nettement.
4°. Que l’eau s’évapore presqu’autant quand elle est glacée que quand elle est fluide.
5°. Que l’eau ne se congele point dans le vuide, & qu’elle demande pour se glacer la présence & le contact immédiat de l’air.
6°. Que l’eau bouillie & refroidie se congele aussi vîte que celle qui n’a pas bouilli.
7°. Que quand la surface de l’eau est couverte d’huile d’olive, elle ne se congele pas si promptement que quand il n’y en a point ; & que l’huile de noix l’empêche de se glacer à un froid violent, ce que l’huile d’olive ne feroit point.
8°. Que l’esprit-de-vin, l’huile de noix, & l’huile de térébenthine, se congelent rarement.
9°. Que la surface de l’eau qui se congele paroît toute ridée ; que ces rides sont quelquefois paralleles, & d’autres fois comme des rayons qui viennent tous d’un centre, & tendent à la circonférence.
Les théories & les hypotheses différentes par lesquelles on explique ce phénomene sont en grand nombre : les principes que différens auteurs ont posés là-dessus se réduisent à ceux-ci ; savoir, ou que c’est quelque matiere étrangere qui s’introduit dans les interstices du fluide, & que par son moyen le fluide se fixe & augmente de volume, &c. ou que quelque matiere naturellement contenue dans le fluide en est chassée, & que le fluide est fixé par la privation de cette matiere, &c.
Selon d’autres, c’est une altération qui arrive aux particules qui composent le fluide, ou d’autres parties que le fluide contient.
Tous les systèmes connus sur la congelation peuvent se réduire à quelques-uns de ces principes : les Cartésiens qui l’attribuent au repos des parties du fluide qui étoient auparavant en mouvement, expliquent la congelation par la matiere subtile qui s’échappe de dedans les pores de l’eau ; ils soûtiennent que c’est l’activité de cette matiere éthérée ou subtile qui mettoit auparavant en mouvement les particules des fluides, & que dès que cette matiere s’échappe il n’y a plus de fluidité.
Quelques autres philosophes de la même secte attribuent le changement de l’eau en glace, à une diminution de la force & de l’efficacité ordinaire de la matiere subtile, causée par le changement de la température de l’air ; car cette matiere subtile ainsi altérée, n’aura plus assez d’énergie pour mettre en mouvement les parties du fluide comme de coûtume.
Les Gassendistes, & les autres philosophes corpusculaires, attribuent avec assez peu de clarté la congelation de l’eau à l’introduction d’une multitude de particules frigorifiques, qui s’introduisant en foule dans le fluide, & s’y distribuant de tous côtés, s’insinuent dans les plus petits interstices qui se trouvent entre les particules de l’eau, empêchent leur mouvement accoûtumé, & les fixent en un corps dur & solide qu’on appelle glace. C’est de l’introduction de ces particules que vient l’augmentation du volume de l’eau, & son plus grand froid, &c.
Ils supposent cette introduction des particules frigorifiques essentielle à la congelation, comme ce qui la caractérise & la distingue de la coagulation : la derniere est produite indifféremment par un mêlange chaud ou froid, tandis que la premiere ne doit son origine qu’à un mêlange froid, Voyez Coagulation.
Il est fort difficile de déterminer de quel genre sont les particules frigorifiques, & de quelle maniere elles produisent leur effet : c’est aussi cette difficulté qui a fait produire plusieurs systèmes.
Quelques uns ont dit que c’étoit l’air commun qui dans la congelation s’introduisoit dans l’eau, & qui s’embarrassoit avec les particules de ce fluide, empêchoit leur mouvement, & formoit cette quantité de builes qu’on apperçoit dans la glace ; que de cette façon il augmentoit le volume de l’eau, & par ce moyen la rendoit spécifiquement plus légere. Mais M. Boyle a combattu cette opinion, en prétendant que l’eau gele dans les vaisseaux fermés hermétiquement, & dans lesquels l’air ne peut aucunement s’introduire ; cependant il y a autant de bulles que dans celle qui s’est congelée en plein air : il ajoûte que l’huile se condense en se gelant ; d’où il conclud que l’air ne peut point être la cause de sa congelation.
D’autres, & c’est le plus grand nombre, veulent que la matiere de la congelation soit un sel, soutenant qu’un froid excessif peut bien rendre les parties de l’eau immobiles, mais qu’il ne se formera jamais de glace sans sel. Les particules salines, disent-ils, dissoutes & combinées dans une juste proportion, sont la cause principale de la congelation, car la congelation a beaucoup de rapport avec la crystallisation. Voyez Crystallisation.
Ils supposent que ce sel est du genre du nitre, & que l’air chargé, comme tout le monde en convient, d’une grande quantité de nitre, fournit ce sel.
Il est très-facile d’expliquer comment les particules de nitre peuvent faire perdre à l’eau sa fluidité. On suppose que les particules de ce sel sont des aiguilles roides & pointuës ; qu’elles entrent facilement dans les parties ou globules de l’eau ; ces particules ainsi hérissées de pointes venant à se mêler, elles s’embarrassent les unes dans les autres, leur mouvement diminue peu-à-peu, & il se détruit enfin totalement.
Cet effet n’est produit que dans le plus fort de l’hyver : en voici la raison ; c’est que dans ce tems, les pointes du nitre qui agissent pour diminuer le mouvement ont plus de force que la puissance ou que le principe qui met les fluides en mouvement, ou qui les dispose à se mouvoir. Voyez Fluide.
L’expérience si connue de la glace artificielle confirme cette opinion. On prend du salpêtre commun, on le mêle avec de la neige ou de la glace pilée, on fait fondre ce mêlange sur le feu, en plongeant une bouteille pleine d’eau dans ce mêlange ; tandis qu’il se fond, l’eau contenue dans la bouteille & contiguë à ce mélange se congelera, quand même on feroit l’expérience dans un air chaud. On conclut de cette expérience, que les pointes du sel, par la pesanteur du mêlange & de l’atmosphere, sont introduites dans l’eau au-travers des pores du verre. Il paroît évident que cet effet est uniquement dû au sel, puisque nous sommes assûrés que les particules d’eau ne peuvent point passer par les pores du verre. Dans les congelations artificielles, à quelqu’endroit qu’on applique le mêlange, soit au fond, aux côtés ou vers la surface de l’eau contenue dans le verre, il s’y formera une petite lame de glace. Ce phénomene suit, de ce qu’il y a toûjours dans tout le mêlange une suffisante quantité de particules salines, capable d’empêcher l’action de la matiere ignée, au lieu que dans les congelations naturelles l’eau doit se congeler à sa surface, parce que les particules salines y sont en plus grande quantité.
L’auteur de la nouvelle conjecture pour expliquer la nature de la glace, fait plusieurs objections contre ce système. Il ne paroît point, dit-il, que le nitre entre dans la composition de la glace ; car si cela étoit, on rendroit difficilement raison des principaux phénomenes. Comment, par exemple, les particules du nitre en s’introduisant dans les pores de l’eau, & en fixant toutes ses parties, pourroient-elles augmenter le volume de ce fluide & le rendre specifiquement plus leger qu’il n’étoit auparavant ? elles devroient au contraire naturellement augmenter son poids. Cette difficulté, jointe à quelques autres, fait sentir la nécessité d’une nouvelle théorie. L’auteur donc propose la suivante, qui paroît satisfaire à l’explication des phénomenes d’une façon qui paroît d’abord beaucoup plus facile & beaucoup plus simple : elle est indépendante de cette introduction & expulsion de matieres étrangeres.
L’eau ne se congele que pendant l’hyver, parce qu’alors ses parties plus intimement unies ensemble s’embarrassent réciproquement l’une & l’autre, & perdent le mouvement qu’elles avoient auparavant. L’air, ou pour mieux dire l’altération de son élasticité & de sa force, sont la cause de son union plus étroite aux particules de l’eau. L’expérience démontre qu’il y a une quantité prodigieuse d’air grossier répandu entre les globules de l’eau : on convient que chaque particule d’air a une vertu élastique. L’auteur soutient que les petits ressorts de l’air grossier qui est mêlé avec l’eau, sont beaucoup plus forts & beaucoup plus tendus dans l’hyver que dans tout autre tems. Quand d’un côté ces ressorts viennent à se débander, tandis que de l’autre l’air continue à peser sur la surface de l’eau, les parties de l’eau pressées & rapprochées les unes des autres par cette double force, perdront leur fluidité & formeront un corps solide, qui restera tel jusqu’à ce que les petits ressorts de l’air, relâchés par une augmentation de chaleur, permettent aux parties du fluide de reprendre leurs premieres dimensions, & laissent assez d’espace entre les globules du fluide pour qu’ils puissent se mouvoir entr’eux. Mais ce système a son foible, & le principe sur lequel il est fondé peut être démontré faux. Le froid n’augmente point le ressort ni l’élasticité de l’air, au contraire il les diminue. L’air se raréfie par la chaleur, & se condense par le froid ; & il est démontré en Aërométrie, que la force élastique de l’air raréfié, est à la force de ce même air, qui est dans un état de condensation, comme son volume, quand il est raréfié, est à son volume quand il est condensé. Voyez Elasticité & Air.
Je ne sais pas si c’est trop la peine de faire mention de l’hypothese de quelques auteurs, dans laquelle ils expliquent d’où vient l’augmentation du volume & la diminution de la gravité spécifique de l’eau convertie en glace. Ils soutiennent que les particules de l’eau dans leur état naturel, approchent de la figure cubique, & qu’ainsi il n’y a que très-peu d’interstices entre les parties des fluides ; mais que ces petits cubes sont changés par la congelation en autant de spheres, qui laissent entr’elles beaucoup d’espace vuide. Les particules cubiques sont certainement beaucoup moins propres à constituer un fluide, que les particules sphériques ; de même que les particules sphériques sont bien moins disposées à former un corps solide que ne le sont les cubiques ; c’est ce que la nature de la fluidité & de la solidité nous suggere assez facilement.
Au fond, pour nous faire une théorie de la congelation, nous devons recourir, soit aux particules frigorifiques des Philosophes corpusculaires, considérées sous le jour & avec tous les avantages que leur a donné la philosophie de Newton, soit à la matiere subtile des Cartésiens, avec tous les correctifs de M. Gauteron, dans les mémoires de l’Académie royale des Sciences, année 1709.
Nous joindrons ici l’un & l’autre système, pour laisser au lecteur la liberté du choix. Je commence par le premier. Lorsqu’une quantité de particules frigorifiques & salines s’est introduite par les pores entre les globules de l’eau, elles peuvent être si proches les unes des autres, qu’elles se trouvent dans leur sphere d’attraction : il suivra de-là que les parties cohéreront ensemble & formeront un corps solide jusqu’à ce que la chaleur les sépare, les agite, rompe leur union & les éloigne assez l’une de l’autre pour qu’elles ne soient plus dans la sphere d’attraction, mais pour qu’elles soient au contraire exposées à la force répulsive, & qu’alors l’eau reprenne sa fluidité. Il paroît probable que le froid & la gelée doivent leur origine à une substance saline naturelle qui nage dans l’air ; en effet, tous les sels, & particulierement quelques-uns mêlés avec de la neige ou de la glace, augmentent considérablement la force & les effets du froid. On peut ajoûter que tous les corps salins donnent de la roideur & de la rigidité aux parties des corps dans lesquelles ils sont introduits.
Les observations qu’on a faites sur les sels avec les microscopes, font voir que les particules de quelques sels, avant qu’ils soient réduits en un corps solide, paroissent très-fines, & ont la figure de petits coins ; c’est pourquoi elles se soutiennent dans l’eau lorsqu’elles sont élevées, quoiqu’elles soient spécifiquement plus pesantes que l’eau.
Ces petites pointes des sels introduites dans les pores de l’eau, & qui sont en quelque façon soutenues par ce moyen, même dans l’hyver (quand la chaleur du soleil n’a pas assez de force pour tenir les sels suspendus dans le fluide, pour émousser leurs pointes ou pour les entretenir dans un mouvement continuel) ; ces petites pointes, dis-je, venant à perdre leur arrangement & devenant plus libres de s’approcher les unes des autres, elles forment alors des crystaux de la maniere que nous l’avons expliqué ci-dessus, qui s’introduisant par leurs extrémités dans les plus petites parties de l’eau, la convertissent de cette façon en un corps solide, qui est la glace.
Outre cela, il y a encore une grande quantité de particules d’air dispersées çà & là, tant dans les pores des particules de l’eau, que dans les interstices formés par les globules sphériques. Les particules salines s’introduisant dans les particules d’eau, en chassent les petites bules d’air ; celles-ci s’unissant plusieurs ensemble, forment un plus grand volume & acquerent par cette union une plus grande force d’expansion que quand elles étoient dispersées. De cette façon elles augmentent le volume, & diminuent la pesanteur spécifique de l’eau convertie en glace.
Nous pouvons concevoir de-là comment l’eau impregnée de soufre, de sels & de terres, qui ne se dissolvent que difficilement, peut être changée en métaux, minéraux, gommes & autres fossiles ; les parties de ces différens mixtes formant avec l’eau une espece de ciment, ou s’introduisant dans les pores des particules de l’eau, se trouvent changées en différentes substances. Voyez Sel & Eau.
Quant au second système, comme on suppose que la matiere éthérée est généralement la cause du mouvement des fluides (Voyez Éther), & que l’air ne doit son mouvement qu’à ce même principe, il suit de-là que tous les fluides doivent rester dans un état de repos & de fixité, lorsque cette matiere subtile perd de la force qu’elle doit avoir. Par conséquent l’air étant moins échauffé dans l’hyver à cause de l’obliquité des rayons du soleil, il est plus dense & plus fixe dans ce tems que dans toute autre saison. Outre cela on s’est convaincu par plusieurs expériences, que l’air contient un sel qu’on suppose être de la nature du nitre. Cela accordé, & supposant la condensation de l’air, il suit que les particules du nitre doivent être rapprochées par la condensation de l’air, & qu’au contraire elles doivent être divisées & éloignées les unes des autres par sa raréfaction & sa plus grande fluidité. Si la même chose arrive à toutes les liqueurs qui sont saoulées ou qui tiennent un sel en dissolution ; si la chaleur de la liqueur tient le sel exactement divisé ; si la fraîcheur d’une cave ou de la glace, fait que les molécules d’un sel dissous se rapprochent les unes des autres, se réunissent plusieurs ensemble & forment des crystaux ; pourquoi l’air, qui est reconnu pour un fluide, seroit-il exempt de la loi générale des fluides ?
Il est vrai que le nitre de l’air étant plus grossier quand il fait froid que quand il fait chaud, devroit perdre de sa vîtesse ; mais aussi le produit de sa masse par sa vîtesse, qui reste la même, augmentant, il aura un plus grand mouvement ou une plus grande quantité de mouvement. Il n’en faut pas davantage pour que le sel agisse avec plus de force sur les parties des fluides. C’est aussi probablement pour cette raison, que l’évaporation est si considérable dans un tems de gélée.
Ce nitre aërien doit être cause de la concrétion des fluides : ce n’est point l’air ni le nitre qu’il contient qui donne le mouvement aux fluides, puisque c’est la matiere subtile : donc quand cette matiere subtile perd de sa force, tout le fluide perd en même tems une partie de son mouvement.
Mais la matiere éthérée, assez foible d’elle-même dans l’hyver, doit de nouveau perdre beaucoup de sa force, agissant contre un air condensé & chargé de molécules de sel assez considérables ; elle doit donc perdre de sa force dans le tems froid, & pour cela elle a moins d’aptitude à entretenir le mouvement des fluides ; en un mot lorsqu’il gele, on peut regarder l’air comme la glace impregnée de sel, avec laquelle nous faisons glacer nos liqueurs en été. Probablement ces liqueurs se congelent à cause de la diminution du mouvement de la matiere éthérée par son action contre la glace & le sel mêlés ensemble : alors l’air malgré sa grande chaleur n’est point en état d’empêcher la concrétion. Chambers. (M)
Congelation, en Chimie, est une espece de fixation : elle se dit du changement qui arrive à un fluide, lorsqu’il devient une masse solide ou molle en perdant sa fluidité, soit que ce changement se fasse par l’air froid, comme lorsqu’un métal fondu ou de la cire fondue au feu se congelent, ou par de la glace qui congele les liqueurs grasses & les aqueuses, ou par quelqu’autre moyen que ce soit, comme par les acides qui congelent certaines liqueurs. Voyez Coagulation. (M)
Le terme de la congelation, en parlant d’un thermometre, est le point où la liqueur s’arrête dans le tuyau lorsqu’on plonge la boule dans une eau mêlée de glace. Voyez Thermometre. (M)