VI. - THERMO -AGTINOHËTRES
Les actinomètres destinés à mesurer Tintensité des radiations calorifiques, que nous désignerons sous le nom générique de thermo-actinomètreSy sont des thermomètres d'une espèce particulière ou bien des piles thermo-électriques.
De très-bonne heure, on a essayé de mesurer la force des rayons calorifiques en comparant un thermomètre exposé au soleil à un autre thermomètre placé à Tombre. Lambert a fait quelques observations de ce genre en 1756, qu'il a publiées dans sa Photométrie (1760); il en déduit pour le coefficient de transparence la valeur p = 0,59. Pour faciliter l'absorption de la chaleur solaire, on emploie ensuite des thermomètres à boule noire ou argentée, ou entourée de laine noire. Le « thermomètre noir », exposé au soleil, est toujours comparé à un thermomètre à boule nue, placé à l'ombre, et l'excès du premier sur le second mesure l'intensité de la radiation.
Flaugergues a fait, en 181 5 et 18 16, une longue série d'observations de ce genre à Viviers, à l'aide de thermomètres dont les boules avaient été noircies avec de l'encre de Chine; les différences constatées varient de 9° à 1 1° C. quand l'air est calme, mais le moindre vent faisait baisser le thermomètre noir.
C'est ensuite Daniell qui a entrepris, de 1820 à
i8as, une nouvelle série d'observations dans les environs de Londres. lise servait d'un thermomètre entouré de laine noire et couché en plein soleil ; au mois de juin, il vit la différence entre ce thermomètre et un thermomètre placé à Tombre s'élever à 36° C. Vers la même époque, le capitaine (aujourd'hui général) Sabine répétait l'expérience d'abord à Sierra-Leone, puis à Bahia, enfin à Port- Royal (Jamaïque), etParry l'exécutait à Tîle Melville. Ce dernier obtint, au mois de mars 1822, un excès de 30*^,5, tandis qu'à Londres Daniell n'avait eu que 27° comme maximum correspondant au même mois. Sabine eut 10° à Sierra-Leone, 26*^ à Bahia (au mois de juillet), 20° à Port-Royal (au»mois d'août), avec un thermomètre installé au bord de la mer, tandis que, sur une montagne voisine élevée de 1 200™, la différence des deux thermomètres atteignit 33° C. La nuit, les différences furent négatives : — 5° au bord de la mer, et — 10° sur la montagne. En Ethiopie, la plus forte différence constatée par M. A. d'Abbadie ne dépasse pas 1 2° ( 38° à l'ombre, 5o° au soleil).
Les observations très-nombreuses qui ont été faites d'après cette méthode ont servi de base à une foule de théories ; mais elles n'ont qu'une valeur très-restreinte, car elles cessent d'être comparables entre elles dès que les thermomètres employés, le mode d'exposition, etc., ne sont pas exactement les mêmes.
Pour mettre l'instrument à l'abri des courants
d'air, on a imaginé plus tard d'enfermer le réservoir du thermomètre, préalablement noirci au noir de fumée, dans un petit ballon de cristal où Ton a fait le vide. Dans ce cas, la force du Soleil a pour mesure l'excès de la température du thermomètre noir sur celle du ballon, pour laquelle on prend la température d'un thermomètre placé à l'ombre •, mais il est difficile d'admettre que cette dernière représente réellement la température de l'enveloppe du thermomètre exposé au soleil.
A Montsouris, on a essayé de tourner cette difficulté en reconstituant un appareil trouvé dans les collections d'Arago, qui se compose de deux thermomètres dans le vide, l'un à boule noire, l'autre à boule transparente. Les deux thermomètres sont placés à côté l'un de l'autre, à i mètre environ du sol gazonné, et loin de tout abri. Ils ne marchent d'accord que dans l'obscurité; dès que le jour se lève, même quand le ciel est couvert, le thermomètre noir devance le thermomètre témoin ; c'est leur difierence qui mesure la force du Soleil.
Le thermomètre différentiel de John Leslie (1800) et le thermoscope de Rumford (i8o4) sont des thermomètres à air, à deux boules ( * ) ; les deux boules, qui ont la même capacité, terminent les deux branches verticales d'un siphon qui renferme
(*) D*après sir David Brewster, J.-C. Sturm avait déjà décrit un thermomètre à air et à deux boules de diamètre inégal^ dans un Ouvrage publié en 1676.
un liquide, lequel se déplace quand l'air se dilate inégalement dans les deux réservoirs, dont Tun a été noirci. Leslie employait comme liquide de l'acide sulfurique coloré en rouge. Rumford réduit la colonne liquide à un simple index. Malheureusement ces sortes d'instruments sont tellement influencés par les courants d'air qu'on est obligé de les placer sous une cloche de verre, dont l'épaisseur inégale produit dans l'absorption des rayons des variations irrégulières. Leslie a fait une série d'observations à Edimbourg. Ksemtz a employé le thermomètre différentiel à la mesure de l'intensité relative des rayons solaires directs et de la lumière diffuse au sommet du Faulhorn ( septembre 1 832) ; mais ces observations sont si peu précises qu'elles ne présentent guère qu'un intérêt historique.
M. l'abbé AUegret a récemment transformé l'instrument de Leslie de manière à en faire un appareil enregistreur qu'il appelle compteur solaire. Le siphon pivote autour d'un axe horizontal quand l'insolation déplace le liquide, qui remplit le tube recourbé et une partie des deux boules ; le système constitue donc une espèce de balance folle, dont l'inclinaison marque la force du Soleil. La boule qu'on expose au soleil est peinte en noir, l'autre est couverte d'un enduit jaunâtre et protégée par un écran ; la chaleur solaire chasse le liquide de la boule noire et fait trébucher la balance du côté opposé. Quand le soleil se cache, la boule noire se refroidit et retombe; un levier arrête alors un mou-
vemenl d'horlogerie qui a marché tout le temps que le soleil a lui. L^horloge indique ainsi, à la fin de la journée, le nombre d'heures pendant lesquelles le soleil s'est montré. L'appareil porte trois tubes basculants de ce genre, destinés à recevoir l'un le soleil du malin, le second le soleil de midi, le troisième le soleil du soir; ils communiquent tous les trois avec le même compteur. Cet appareil a déjà été expérimenté à Saint-Avertin et à la colonie de Meltray ; il mériterait d'être étudié et perfectionné. Dès i774? H.-B. de Saussure avait appliqué à la construction d'un actinomètre le phénomène qu'on observe tous les jours dans nos serres. Les rayons solaires traversent librement les vitres, mais en échauffant les objets qu'ils frappent ils se convertissent en chaleur obscure, au passage de laquelle le verre fait obstacle, et il s'ensuit que la chaleur s'accumule dans cette espèce de prison. L'atmosphère humide qui nous enveloppe empêche de la même manière la chaleur absorbée par le sol de se perdre pendant la nuit dans l'espace, car elle est moins transparente pour la chaleur obscure que rayonne la Terre que pour la chaleur lumineuse du Soleil. C'est sur ce principe qu'est fondé V héliothermomètre de Saussure : c'est un thermomètre placé dans une boîte doublée de liège, noircie à l'intérieur et fermée par plusieurs vitres superposées. Saussure a fait des observations comparatives au sommet du Cramont (ajSS™) et à Courmayeur (i5oo"^), et il a constaté que la radiation
élaîl plus intense sur le sommet le plus élevé. Le 1 6 juillet 1774? à a*» de Taprès-midi, sur le Cramont, rhéliothermomètre marquait 87^,5 C, tandis qu'un autre thermomètre, attaché extérieurement à la boîte, accusait 26°, et un troisième, suspendu librement, 6°.
h^actinoînètre de sir John Herschel ( iSaS) est aussi un thermomètre enfermé dans une boîte vitrée et noircie à Tintérieur, seulement le mercure y est remplacé par un liquide de couleur bleue (une solution de sulfate de cuivre ammoniacal), et le réservoir très-large a un fond mobile qui permet de régler la position de la colonne liquide par rapport à l'échelle thermométrique, dont le zéro est arbitraire ; i degré de l'instrument vaut généralement ou 6 actines (de o,o35 à o*^'*^;o44 P^ir minute et par centimètre carré). Herschel a fait lui-même quelques observations à l'aide de cet instrument en Europe et au Cap de Bonne-Espérance, où il l'a vu monter à 49° C., tandis qu'il n'avait eu que 29 ou 3o® en Europe.
Au lieu d'attendre que la colonne liquide fût devenue stationnaire, comme faisait Saussure, Herschel notait le déplacement obtenu en une minute, et il observait alternativement au soleil et à l'ombre. C'est ce qu'on appelle la méthode dynamique, par \y^ opposition à la méthode statique, qui consiste à * noter l'excès de la température du thermomètre noir sur celle de l'enceinte, au moment où cet excès devient stationnaire. L'observation à l'ombre '
fait connaître la part due à Tinfluence de l'enceinte ; en la retranchant de la vitesse d'échauffement observée au soleil, on a la chaleur due aux rayons solaires. Voici un exemple que nous empruntons aux observations assez nombreuses qui ont été faites parKaemtz au sommet duFaulhorn (2680™).
35 septembre 1833. Heures. Actinomètre. Différence. Radiation.
Ombre .
Soleil..
Ombre .
Soleil..
Ombre .
Soleil . .
La moyenne de la première et de la troisième différence, observées à l'ombre, est -h 5^, o; en la retranchant de H- 21'', 4, on a -h i6%4 pour l'effet du Soleil. Les troisième, quatrième et cinquième différences donnent-}- 16°, 9, et ainsi de suite. En moyenne cette série donne 17'', 3 pour la radiation solaire. Le 18 septembre, vers 11**, on avait eu 4 1°,3, par une série dont voici quelques nombres :
Ombre Soleil .
Ombre Soleil .
Ombre Soleil .
Diff. pour I minute.
Raemtz a constaté que, soit à l'ombre, soît au soleil, le déplacement de la colonne liquide est d'abord très-lent, puis s'accélère et devient uniforme au bout d'environ cinquante secondes.- C'est que le soleil échauffe d'abord le réservoir avant d'exercer toute son action sur le liquide ; de même à l'ombre c'est le réservoir qui se refroidit d'abord : voilà pourquoi le liquide n'obéît pas tout de suite à l'influence du rayonnement.
En réunissant toutes les séries obtenues par des temps clairs, à ciel bleu, Raemtz en a déduit les nombres suivants, qui représentent l'effet produit par le Soleil en une minute, au sommet du Faulhorn, en septembre et en octobre, le baromètre marquant 555™™ ; je les ai convertis en calories
en les multipliant par o,o386, et j'ai ajouté les
épaisseurs, calculées en multipliant par — r- les
épaisseurs de la formule de Laplace.
Hauteur du Soleil.
Épaisseurs.
Degrés.
Calories.
Ces nombres sont assez bien représentés par la formule A(f )', en faisant A = 69*^,0
—. a^^SaS.
D'autres observations ont été instituées par J.Forbes(*), en i832eten i84i, sur divers points des Alpes. Les plus curieuses sont celles qu'il fit avec Ksemtz sur le sommet du Faulhorri et à Brienz (la différence de niveau des deux stations était de
Forbes conclut de la discussion de ces observations simultanées que le coefficient de transparence varie dans le cours d'une journée, par suite de l'inégale absorption des rayons appartenant aux différentes parties du spectre. En effet les radiations, à mesure qu'elles traversent des masses d'air de plus en plus grandes, se dépouillent des rayons les plus absorbables et deviennent plus riches en rayons transmissibles, de sorte que l'absorption croît moins vite qu'on ne devrait s'y attendre si le coefficient de transparence était constant.
Les observations correspondantes ont été faites le 25 septembre i832, de y^io"^ du matin à 5** du soir, à l'aide de deux actinomètres préalablement comparés. J. Forbes observait à Brienz; Ksemtz était installé au sommet du Faulhorn. Chaque détermination prenait de dix à quinze minutes ( une minute au soleil, une minute à l'ombre, une minute au soleil, etc.); on notait ensuite la température des thermomètres sec et ipouillé, d'où se
(*) James Forbes, On the Transparencjr of the atmosphère. Phil. Trans.y 1842.
déduisait la tension de la vapeur^* et Thumidité relative H, etc. Forbes donne les intensités en degrés de l'actinomètre B.2 qui valaient 5,3 15 actines, d'après une comparaison faite par sir J. Herschel; je les ai multipliées par o,o386 pour les convertir en calories. Quant aux épaisseurs atmosphériques, Forbes les a calculées en multipliant par la hauteur du baromètre les nombres fournis par la formule de Laplace ; je les ai divisées par y 60 pour avoir les épaisseurs relatives. Voici donc les nombres ainsi obtenus (je ferai remarquer que ce sont des nombres rectifiés, c'est-à-dire relevés sur la courbe construite à l'aide des lectures directes de l'actinomètre ) :
Brienz.
Faulhorti.
Heures.
Épaiss.
Intens.
Épaiss.
Intens.
