r doit être remplacé par r
quand , au lieu des grains
de sable, on emploie leurs interstices pour calculer Q.
6. Pour les mélanges sableux, où r a des valeurs différentes, il faut vprendre la valeur moyenne quand les interstices restent vides , c’est-à-dire quand le rapport du volume du sable au volume des interstices est le même que dans un sable homogène.
7. Pour les mélanges sableux dans lesquels les interstices sont occupés , il faut prendre pour r le rayon du sable le plus fin , et multiplier Q par 1,2.
8. La perméabilité des mélanges d’argile et d’eau est exprimée par la formule:
Q = 0,0037. jjL . (1 0,00224 t + 0,002038 P) ,
OÙ l’on a = (vol. eau)^ et = vol. argile + eau. On peut
aussi représenter — par
V , V désignant le volume d’eau
et v' le volume d’argile pour la même valeur de L.
9. La perméabilité des mélanges de calcaire (craie) et d’eau est exprimée par la formule:
OÙ les lettres ont la même signification que ci-dessus.
10. Pour les mélanges d’argile et de calcaire, les constantes doivent être prises en proportion des volumes des deux éléments.
11. Pour les mélanges du sable avec l’argile ou le calcaire, ou avec tous les deux à la fois, on doit au lieu de mettre
, c’est-à-dire, la section totale de la couche doit être diminuée de la section du volume du sable contenu dans le mélange.
12. Les lois de la perméabilité du sable, de l’argile et du calcaire peuvent être exprimées, en termes ordinaires, de la manière suivante : Toutes choses égales d’ailleurs , la perméabilité , pour chacune de ces matières , est proportionelle : P à la somme des sections transversales des interstices par lesquels l’eau peut pénétrer; 2° à la section transversale de ces pores ou interstices capillaires , pris isolément. Cette définition implique l’existence d’une constante particulière pour chaque matière.
13. Le fait que la perméabilité est proportionnelle à la section
horizontale des pores considérés isolément s’explique par l’action de la pesanteur combinée avec celle de la cohésion.
14. Il est très probable que les lois précédentes subsistent, entre certaines limites, pour la perméabilité de toutes les matières poreuses , tant qu’aucune autre force n’intervient dans le phénomène.
B. Conclusions pratiques.
15. Les résultats énumérés en A entrent aussi en considération pour la pratique , et pour celle-ci , de plus , la règle suivante a une importance capitale. Quand on veut connaître la quantité d’eau qu’un terrain laisse passer dans des circonstances données , on n’a à tenir compte que de la couche la plus dense, c’est-àdire de celle qui renferme les pores les plus fins ; quelle que soit d’ailleurs la position de cette couche dans le sol en question, la perméabilité se règle toujours d’après elle seule , et les autres couches peuvent être regardées comme n’existant pas.
Il faut alors déterminer avec soin l’épaisseur et la composition de cette couche, puis calculer la perméabilité à l’aide de ces données, conformément aux règles prescrites. Le but sera ainsi mieux atteint que si l’on mesurait la perméabilité par une expérience directe, attendu que, dans une expérience, les éléments s’arrangent souvent autrement qu’ils ne l’étaient dans le gîte naturel. Dans certains cas, toutefois, la recherche directe de la perméabilité peut aussi avoir son utilité.
Il est à peine besoin de dire que la force motrice est toujours la pression de la colonne d’eau , quelle que soit la direction dans laquelle l’eau coule. Une pression latérale se détermine suivant les lois hydrostatiques connues. Quand on veut savoir , par exemple , combien d’eau pénètre dans un polder par-dessous une digue imperméable, à travers une couche sableuse perméable et limitée, dans laquelle l’eau doit par conséquent couler horizontalement sur un certain espace , il faut assimiler la couche sableuse à un tube en U ayant pour section, D - , l’aire totale du polder. La longueur L peut être prise du centre de gravité de la surface du polder jusqu’au point où l’eau pénètre.
16. Les expériences en grand ne donnent pas la mesure de la perméabilité , quand on ne connaît pas exactement la composition et la nature du sol, parce que c’est de cette nature que tout dépend. La couche de sable la plus épaisse laisse passer des centaines de fois plus d’eau qu’un terrain renfermant une couche d’argile, celle-ci n’eût-elle qu’un centimètre d’épaisseur.
Dans les expériences en grand , quand même on n’aurait pas à se préoccuper des frais, il serait impossible d’observer, aussi exactement que lorsqu’on opère en petit , les conditions dont dépend la perméabilité ; d’un autre côté , il n’y a pas de raison pour que les résultats d’expériences convenablement exécutées à une petite échelle ne soient pas applicables à de grandes masses.
17. Dans l’établissement d’ouvrages nouveaux, on est maître de régler à volonté la pénétration de l’eau, ou de l’empêcher tout-à-fait. Yeut-on , par exemple , rendre une digue complètement imperméable, il suffit d’y introduire une mince couche d’argile grasse , de composition connue , protégée contre les ruptures par d’épaisses couches de sable. Si la digue doit reposer sur des couches sableuses perméables, il sera nécessaire de continuer la couche d’argile jusqu’à une certaine profondeur, qui dépendra de la nature des couches sableuses. Les dépôts alluviens , qui dans notre pays forment en beaucoup d’endroits la surface du sol , sur une profondeur moyenne de 8 mètres, contiennent très souvent des couches d’argile propre à l’usage dont il s’agit, ou pouvant aisément y être rendue propre.
De même on pourra donner aux polders , là où ils ne Font pas naturellement , le degré voulu de perméabilité , en les recouvrant d’une couche de terre alluviale plus ou moins riche en argile et en calcaire. Même le sable diluvien et le sable de mer contiennent quelquefois des quantités si notables de calcaire ^ ) qu’ils ne sont que faiblement perméables à l’eau.
Dans chaque cas donné, ce n’est qu’après un examen spécial de la nature du terrain qu’on pourra décider ce qu’il y a à faire pour obtenir un résultat déterminé. En procédant ainsi, on
*) Voir: E. Seelheim, De Puihoringen in Zeeland.
réussira souvent , par quelques mesures de précaution , à prévenir des désastres qui ne seraient peut-être que très difficilement réparables.
La composition des dépôts alluviens qu’on rencontre dans la nature est variée à l’infini, tandis que les recherches ici communiquées ne portent que sur les trois éléments constituants: sable, argile et calcaire. Ceux-ci sont toutefois, dans le sol néerlandais, les éléments fondamentaux. Les autres ne sont que des principes accidentels pour lesquels on ne peut donner de règles générales; rarement ils se rencontrent en assez grande quantité dans le sol pour avoir une influence prépondérante ; ils n’ont donc , en somme , qu’une importance très secondaire.
Mes recherches ont d’ailleurs embrassé , pour les trois matières susdites , tous les cas dont l’existence pouvait être regardée comme possible dans la nature. A l’aide des lois trouvées , la perméabilité pourra donc toujours être déterminée approximativement.
Bien que je ne me dissimule pas les défauts inhérents à mon travail, je dois pourtant faire remarquer que le sujet lui-même , par ses difficultés spéciales, impose beaucoup de restrictions et donne lieu à de nombreuses sources d’erreur. Il était donc nécessaire de suivre la méthode et de se maintenir entre les limites qui paraissaient les plus propres à faire éviter les erreurs dont il s’agit.
En exprimant l’espoir que ces recherches auront jeté un peu de jour sur une question obscure, je me permets d’ajouter qu’elles apportent une nouvelle confirmation à cette vérité, que les lois naturelles sont toujours simples, les phénomènes seuls présentant une complication infinie.
Utrecht, 1 mai 1879.
DÉTERMIXATIOXS THERMOMÉTRIQUES
FAITES DANS UN PUITS DE 369 MÈTRES DE PROFONDEUR, à UTRECHT ; communiquées à V Académie des Sciences d' Amsterdam ,
PAR
P. HARTING.
A différentes reprises déjà ^), j’ai appelé l’attention de l’Académie sur les résultats , importants au point de vue de la géologie de notre pays , fournis par plusieurs forages profonds exécutés dans les dernières années à Utrecht. Je compte revenir plus tard avec un peu plus de détails sur ce sujet, et donner alors en même temps la description des couches plus profondes , qui ont été traversées depuis ma communication la plus récente , jusqu’au niveau de 369«i,5 au-dessous de la surface du sol. Arrivé à cette profondeur considérable , le travail dut être arrêté par suite de la rupture de la sonde , et lorsque , après beaucoup de peines , celle-ci eut été retirée du trou de forage, on reconnut que le tuyau de
') Een woord ooer eenige futhoringen te Utrecht , dans: Ver si. en Meded.\%12, 2e Série, t. VI.
üe bodem van het Eemdal, dans: Versl. en Meded. 1874, t. VIII. p. 182 et suiv. , spéeialement p. 290.
Bijdrage tôt de kennis der geologische gesteldheid van den bodèrn onder Utrecht en van het Eemdal, dans: Versl. en Meded. 1875, t. IX.
L’état de ces forages a aussi été décrit itérativement par M . A . D . van Riemsdyk, dans les Verslagen van de verrichtingen der Gezondheids-Commissie , années 1872—1878.
revêtement en fer, large de 16 centimètres, était serré dans le trou avec tant de force que, malgré les efforts les plus énergiques et les plus prolongés , on ne réussit pas à le faire descendre plus bas.
La question se présenta alors de savoir si, au moyen d’un tuyau de revêtement un peu plus étroit, s’adaptant à l’intérieur du premier, on essayerait de pousser le forage encore plus loin. Mais une proposition, tendant à cette lin, fut rejetée par le Conseil communal.
Dans son état actuel , toutefois , le puits artésien pouvait encore servir à une importante série d’observations, savoir, à des déterminations de la chaleur terrestre à différentes profondeurs. M’étant concerté pour cet objet avec MM. F. W. C. Krecke et J. Robbers , je m’adressai à l’administration communale , la priant de nous donner l’occasion d’exécuter les recherches projetées. Cette demande fut accueillie, mais sous des conditions assez gênantes. Les habitants du Yreeburg, la place où se trouvait le puits en question, avaient présenté une requête au Conseil, dans laquelle ils demandaient avec instance qu’on enlevât au plus vite la baraque, effectivement très laide, qui entourait le point ou le forage avait eu lieu. Avant que cela pût se faire, toutefois, une pompe devait être établie au-dessus d’un second trou de sonde, qui se trouvait à peu de distance du premier. Ce second trou avait une profondeur de 170 mètres, et on se proposait d’y couper le tuyau de fer au niveau où l’on pouvait espérer , d’après les résultats obtenus dans d’autres forages antérieurs (au Neude et au Jacobi-Kerkhof) , rencontrer de l’eau potable de bonne qualité. Comme ce travail devait s’exécuter à proximité immédiate de l’orifice du premier trou de sonde, l’architecte communal, M. G. Yermeys, ne put nous accorder que l’espace d’une semaine, pendant lequel la baraque et le puits seraient à notre disposition. Passé ce terme, nous devions céder la place aux ouvriers de la ville.
J’entre dans ces détails pour qu’on veuille bien excuser les incertitudes qui subsistent encore dans les résultats obtenus par
nous , incertitudes qu’auraient probablement dissipées des recherches plus prolongées.
On sait que dans les dernières années des doutes sérieux se sont élevés au sujet du rapport dans lequel croît la chaleur de l’écorce terrestre , à mesure qu’on y pénètre plus profondément ’ ). Ce sont surtout les déterminations thermométriques faites par le Conseiller des mines Dunker, dans le sondage, profond de 1270 mètres , exécuté à Sperenberg , qui ont fait voir que de pareilles déterminations, si l’on veut qu’elles fassent connaître la vraie loi de l’accroissement de la température terrestre avec la profondeur , demandent des soins beaucoup plus minutieux que ceux qu’on y avait apportés jusque-là.
L’occasion d’entreprendre des déterminations analogues dans un puits ayant une profondeur qui n’avait pas encore été atteinte dans notre pays , ne devait donc pas être négligée , et nous pouvions , pour ce travail , faire notre profit de l’expérience acquise par M. Dunker. Le principal perfectionnement introduit par lui consiste à isoler la portion de la colonne aqueuse dont on veut déterminer la température, de façon que l’eau plus chaude d’en bas et l’eau plus froide d’en haut soient empêchées de monter ou de descendre et de venir se mêler avec l’eau du point où la température doit être mesurée. Ce n’est qu’en observant cette précaution qu’on peut espérer apprendre à connaître la température réelle du sol à diflPérentes profondeurs dans le voisinage du trou de sonde. Nous avons donc suivi l’exemple de M. Dunker, mais, au lieu des sacs d’argile et des cylindres de caoutchouc remplis d’eau, employés par lui, nous avons eu recours à une
*) Un bon résumé des observations faites en une foule de points. — à l’exception seulement de celles publiées tout récemment par M. Stapf et qui ont eu peu dans le forage du Umnel du St. Gothard, — a été donné par M. P. Schuringa dans Y Album der Noiuur, année 1876, p. 65. Il suffit de renvoyer à ce travail pour ce qui concerne la comparaison de nos résultats avec ceux obtenus par d’autres observateurs. -
autre disposition, qui atteint tout aussi bien le but, qui est plus commode dans la pratique et que nous décrirons plus bas.
Trois sortes de thermomètres ont toujours été descendus simultanément dans le trou de sonde.
r’. Le premier était un thermomètre dont le réservoir cylindrique très grand contenait environ 120 grammes de mercure, et dont le tube, deux fois recourbé à angle droit, se terminait en une pointe très déliée et ouverte. Cette pointe débouchait dans un petit godet, ^servant à recueillir le mercure qui sortait du thermomètre durant son séjour dans l’eau plus chaude du puits. Cette disposition revenait donc, au fond, à celle du géothermomètre de Magnus , sauf une modification , adoptée aussi par Dunker , et consistant en l’absence d’échelle fixe ; après que le thermomètre avait été remonté , on trouvait la température qui régnait dans la profondeur en plaçant l’instrument, à côté d’un autre thermomètre normal, dans une cuvette pleine d’eau, qui était chauffée lentement et continuellement agitée. A l’instant où le mercure allait de nouveau déborder par la pointe , on notait la température sur le thermomètre servant à la comparaison.
En faisant usage de cette disposition , nous avons toutefois , au début, trop perdu de vue un grave défaut dont elle était affectée. Le thermomètre normal avait, en effet , une boule beaucoup plus petite que le géothermomètre. Dans ce dernier, le mercure s’échauffait donc beaucoup plus lentement que dans le premier, d’où il résultait que toutes les indications de celui-ci étaient notablement supérieures aux températures réelles , ainsi que le montra la comparaison avec les températures trouvées par une autre voie. La plupart des déterminations étaient déjà achevées , lorsque cette source d’erreur fut reconnue. C’est seulement dans les deux dernières déterminations qu’elle put encore être évitée en grande partie , ce qui eut lieu en plaçant la boule du thermomètre normal dans un petit verre cylindrique qui avait environ la même largeur que le réservoir du géothermomètre, et dans lequel on versait une quantité de mercure égale à celle que contenait ce réservoir.
2°. Une autre méthode, qui n’avait pas encore été appliquée jusqu’alors, et dont nous nous promettions des résultats beaucoup plus exacts, consistait dans l’emploi de thermomètres à pesées^ c’est-à-dire de thermomètres faisant connaître la température par la perte de poids due à l’expulsion du mercure. La disposition (PI. X, fig. 1) était en principe semblable à celle du géothermomètre ; l’appareil se composait en effet d’un grand réservoir à mercure ah ^ de forme cylindrique, et d’un tube thermométrique deux fois recourbé à angle droit et se terminant en une pointe fine et ouverte ; mais ce tube était beaucoup plus court que celui du géothermomètre. A l’un des côtés du tube est soudé un petit crochet de verre cZ, par lequel le thermomètre peut être suspendu à la balance. Yis-à-vis , tout près de la pointe ouverte , se trouve un second crochet e , qui doit servir à la suspension d’un petit godet de verre /*, par l’intermédiaire d’un fil de platine g. Ce godet est destiné à recevoir le mercure qui est expulsé durant la pesée dans un air plus chaud.
On commença par déterminer exactement, au moyen d’une balance qui sous la charge employée accusait encore des différences de 0,1 milligramme, le poids de l’instrument en verre vide et celui du godet récepteur avec son fil de platine. Le thermomètre fut alors entièrement rempli de mercure à 0" , puis pesé avec son godet. Ensuite, le thermomètre fut suspendu, dans un appareil approprié , au milieu de la vapeur de l’eau bouillante , puis pesé de nouveau. L’immersion dans la glace, aussi bien que celle dans la vapeur de l’eau bouillante, durait au moins une heure. En comparant les résultats des deux pesées , on trouvait facilement la valeur de U C. exprimée en milligrammes.
Le tableau suivant fait connaître ces valeurs pour les trois thermomètres à pesées dont nous nous sommes servis et que nous désignerons par les lettres A, B et C.
Poids eu grammes 1
du
mercure à j
Différence. 1
j Valeur
I de 1^ en milligrammes.
Indétermination 160,2384!
Moyenne
g ^ Indétermination 160,3690
Moyenne
ç ^ Indétermination 136,0205
Moyenne
Ces résultats étaient assez concordants pour légitimer l’espoir que , par ce moyen , on pourrait exécuter des déterminations de température surpassant en exactitude toutes celles qu’on obtient par la lecture d’une échelle thermométrique ordinaire. A notre grand désappointement , toutefois , il se trouva que , si grande que puisse être l’exactitude théorique , celle à laquelle on atteint réellement dans l’expérience est beaucoup moindre.
La principale difficulté réside dans la grosseur à laquelle les gouttes de mercure expulsées peuvent parvenir avant de se détacher de la pointe ouverte du thermomètre. En effet, quand le thermomètre, portant une pareille goutte à son extrémité, vient à se refroidir , — ce qui arrive toujours pendant qu’on le remonte , à cause des couches d’eau de plus en plus froides qu’il doit traverser , — la goutte est de nouveau aspirée , et le poids trouvé ne donne alors plus la température vraie, mais une température trop basse. Des gouttes un peu grandes, qui se sont formées lentement, peuvent atteindre un poids de 15 milligram-
P. HARTING. OJÈTERMINATIONS THERMOMÉTRIQUES, ETC. 469
mes, ou même davantage, et la température déduite du poids du mercure est alors trop faible de , ou de plus encore. Il est vrai qu’en donnant une petite secousse à l’appareil on peut hâter la chute des gouttes de mercure et réduire ainsi l’erreur à un minimum, comme le prouvent les différences peu notables des déterminations communiquées plus haut, différences qui (à l’exception de la 2^ de A) ne s’élevaient généralement que de 1 à 4 milligrammes, représentant de 0'^,024 à 0'^,16. Mais quand l’appareil portant les thermomètres est descendu à une grande profondeur, bien qu’on puisse encore, avant de le remonter, lui imprimer quelques saccades , soin que nous n’avons jamais négligé, il est douteux que le petit choc ainsi produit soit toujours suffisant pour faire tomber la goutte. Du moins , les différences très sensibles des résultats qui seront rapportés plus loin n’admettent pas d’autre explication et montrent que l’exactitude espérée est loin d’avoir été réalisée ' ).
3^’. Une troisième forme de thermomètre employée par nous est le thermomètre Casella Miller, que M. Buys-Ballot avait eu l’obligeance de mettre à notre disposition. Les seules expériences auxquelles nous a}>ons pu soumettre cet instrument ont consisté à vérifier ses deux points 0 , par l’immersion dans la glace fondante, et à comparer ses degrés supérieurs avec ceux de trois autres bons thermomètres, dont deux {a et h) permettaient la vérification tant de leur point d’ébullition que de leur point 0, tandis que le troisième ne se prêtait qu’à la détermination du point de la glace fondante. Les deux points 0 du thermomètre Casella furent trouvés parfaitement justes , mais ceux de tous les autres thermomètres exigeaient une petite correction. Aussi bien sur le thermomètre Casella que sur les autres , les dixièmes
') Peut-être réussirait-on à empêcher le retrait de la goutte dans l’intérieur du tube en plaçant, à une très petite distance au-dessous de l’orifice, une pointe ou une petite lame d’un métal pouvant s’amalgamer avec le mercure; l’adhésion des deux métaux vaincrait alors peut-être la cohésion des particules du mercure. Le temps nous a manqué pour soumettre cette idée au contrôle de l’expérience .
470 P. HARTING. DÉTERMIXATIOyS THERMOMÉTRIQÜES , ETC.
de degrés ne se laissaient évaluer que par estime , et l’expérience prouva que , faite séparément par chacun de nous , cette estime pouvait amener des différences de 0,1 et même 0,2 degré. Ces différences n’étaient pas imputables en totalité aux erreurs personnelles.
Les quatre thermomètres ayant été suspendus l’un à côté de l’autre dans une chambre où le soleil ne donnait pas, on nota leurs indications 12 fois par jour pendant 4 jours consécutifs, en ayant soin de commencer chaque fois par le thermomètre le plus sensible (b) et de finir par le plus paresseux (celui de Casella). Les résultats moyens furent :
Casella 14°, 49
Ces mêmes thermomètres furent ensuite placés l’un à côté de l’autre dans un vase plein d’eau. Quatre lectures, faites dans un espace de deux heures , donnèrent comme résultats moyens :
Casella 15^,1
^En tenant compte de l’incertitude de l’estime, on peut donc conclure que , dans les degrés supérieurs aussi , le thermomètre Casella marchait d’accord avec d’autres bons thermomètres.
Il nous est resté quelques doutes quant au point de savoir si les deux index du thermomètre de Casella conservaient invariablement leur même place dans le tube, quand l’instrument passait de main en main et subissait par conséquent un mouvement. Le déplacement de ces index, s’il ne peut être nié avec une certitude absolue, était en tout cas si faible que les différences se confondaient avec les erreurs de l’estime.
Bien qu’avec le thermomètre de Casella nous n’ayons nullement atteint le degré d’exactitude que nous avions espéré des thermomètres à pesées , les observations faites à l’aide du premier nous paraissent pourtant mériter plus de confiance.
Les trois méthodes dont il vient d’être question pour la mesure des températures dans un puits foré ont toutefois un défaut commun , auquel il est difficile de remédier tant qu’on fait usage de thermomètres à maxima, qu’elle qu’en soit d’ailleurs la construction. Ce défaut, qui nous semble n’avoir pas suffisamment attiré l’attention jusqu’ici, est la conséquence de ce que, dans un trou de sonde, l’eau chaude des parties inférieures s’élève incessamment, tandis que l’eau plus froide du haut tend toujours à descendre. Il en résulte que dans la profondeur l’eau est un peu plus froide que le terrain environnant, et que dans les couches supérieures , au contraire , la température du sol doit être plus basse que celle de l’eau , à niveau égal. Si maintenant on introduit , dans une section du puits close de toutes parts , un thermomètre à maxima, celui-ci prendra bientôt la position qui correspond à la température momentanée de l’eau ; mais rabaissement ultérieur que cette température éprouvera dans les parties supérieures du puits, à mesure que l’eau cédera son excès de chaleur aux parois et au sol voisin, cet abaissement ne sera pas indiqué par l’instrument. Toutes les températures déterminées à l’aide de pareils moyens doivent donc, dans la moitié supérieure du puits, être un peu trop hautes. Pour les parties plus profondes, au contraire, cette faute n’existe pas, car l’eau y reçoit de la chaleur jusqu’à ce qu’elle se soit mise en équilibre de température avec le sol ambiant , de sorte que là le thermomètre ne peut jamais donner une indication trop forte.
La seule voie, croyons-nous, par laquelle on pourrait éviter cette faute, serait la mesure des températures au moyen d’un appareil thermo-électrique. Cette méthode permettrait de faire des observations en des points déterminés, et de les répéter jusqu’à ce que la température fût devenue constante. Il ne resterait plus alors qu’une seule cause d’erreur dans les résultats, à
472 P. HARTIXG. DÉTERMIXATIOXS THERMOMÉTRIQÜES , ETC.
savoir la transmission de la chaleur par le tuyau de fer qui revêt la paroi du puits ; quant à cette cause , toutefois , nous ne voyons pas comment elle pourrait être écartée.
Comme la pointe ouverte de l’extrémité recourbée des thermomètres devait être maintenue dans l’air, et qu’au fond du puits la pression s’élevait environ à 36 atmosphères , l’appareil destiné à recevoir les thermomètres (fig. 2) fut disposé de façon qu’il y restât encore , même aux plus hautes pressions , un espace suffisant rempli d’air.
Le long d’une tige en laiton {a h) , haute de 50 centimètres et épaisse de 1 centimètre , dressée excentriquement sur un disque circulaire en cuivre qui lui sert de pied, quatre anneaux
(c, e et f) peuvent s’élever ou s’abaisser et être fixés au moyen de vis de pression. Chacun de ces anneaux porte une douille cylindrique ; de ces douilles , deux {d et é) sont destinées à recevoir les thermomètres à pesées, et une (c) le géothermomètre, tandis que la quatrième (/’), qui est la plus élevée, soutient un court tube de verre, fermé par en bas et servant à recueillir les gouttes de mercure qui s’écoulent des thermomètres. On fixait les douilles à une hauteur telle, que les parties horizontales des tubes thermométriques eussent leur bord supérieur au même niveau que la pointe de la tige en laiton. Quant au thermomètre Casella (gh)^ il était simplement attaché au support par le moyen d’un cordon.
L’appareil était ensuite recouvert d’un étui en cuivre iklni (fig. 2 et 3) fermé par le haut , et qui avait à l’intérieur 50cm^l de hauteur, c’est-à-dire 1 millim. de plus que la tige, de sorte que les thermomètres ne couraient pas le risque d’être heurtés par le fond de l’étui , quand celui-ci était mis en place. La forme de l’étui est celle d’un cône allongé et tronqué. Il est facile de voir que cette forme mérite la préférence sur la forme cylindrique, attendu
qu’elle laisse à la colonne d’air comprimé une hauteur plus grande que cela ne serait le cas dans un étui ayant partout le même diamètre. Au bord inférieur de l’étui se trouvent , vis-à-vis l’une de l’autre, deux chevilles munies d’un filet de vis {n et o), qui passent par deux trous correspondants du disque , pratiqués près du bord de celui-ci. A l’aide de deux écrous , le disque est alors uni solidement à l’étui. Au centre du disque il y a une ouverture (r) , qui donne accès à l’eau.
La suspension de cet appareil se faisait au moyen d’une espèce de cadre (fig. 3 , stuv) en fil de fer de 2 centim. d’épaisseur , contourné de manière à former un œil (w, x) en haut et en bas. L’appareil était assujetti dans le cadre par deux anneaux en fer {ah et c d) de diamètre différent , dont chacun était pourvu , en deux points opposés, d’une anse assez large pour glisser facilement sur le fil du cadre. Ce mode simple d’assujettissement nous a satisfait sous tous les rapports. IS’on-seulement il était solide, mais il permettait aussi d’introduire en peu d’instants l’appareil thermométrique dans son cadre, quand on voulait le descendre, et de l’en retirer rapidement après qu’il avait été remonté. Comme la température de l’air extérieur surpassait celle de l’eau dans les parties supérieures du puits , nous devions en effet, tant avant la descente qu’après la remonte, plonger l’appareil, c’est-à-dire l’étui avec les thermomètres qu’il contenait , dans la glace pendant quelques minutes. Cela était surtout nécessaire après la remonte, pour que, avant de déterminer le poids des thermomètres à pesées, on eût le temps de les munir de leurs godets à mercure.
La disposition adoptée pour isoler une colonne d’eau dans le puits , de façon que l’influence de l’eau plus chaude d’en bas et de l’eau plus froide d’en haut se fît sentir aussi peu que possible au voisinage de l’appareil thermométrique, consistait à adapter à celui-ci , vers le haut et vers le bas , une plaque de fer circulaire {ef et gli)^ unie à une plaque de caoutchouc épaisse de 4 millimètres [ik et Im). La plaque de fer était un peu plus petite que la section intérieure du tuyau de revêtement du puits ; la plaque Archives Néerlandaises, T. XIY. 30
474 P. HARTING. DÉTERMINATIONS THERMOMÉTRIQÜES , ETC.
de caoutchouc était au contraire un peu plus grande, de sorte qu’il fallut y faire quelques courtes entailles le long du bord, pour rendre possible le mouvement de descente et de remonte. Cela même , toutefois , fut reconnu insuffisant , et alors on pratiqua dans chacune des plaques deux ouvertures, que des soupapes à ressort (/^, o, p^q) tiennent fermées quand l’appareil est au repos, mais qui s’ouvrent par paires dès qu’il monte ou descend dans l’eau.
Il n’en restait pas moins un frottement assez considérable entre la paroi interne du tuyau et le bord externe des disques de caoutchouc. Pour vaincre ce frottement lors de la descente , on fut obligé de suspendre encore à l’appareil , déjà assez lourd par lui-même , un poids (r) de 10 kilogrammes.
Pour monter et descendre l’appareil, on employait un fil de cuivre (s), qui avait une épaisseur de linni,5 et une longueur totale de 390 mètres. Ce fil s’enroulait sur un tambour en bois , mis en mouvement à l’aide de deux manivelles. La circonférence du tambour mesurait juste 2 mètres, de sorte que, en veillant à ce que les spires du fil de cuivre vinssent se placer directement l’une contre l’autre , on savait chaque révolution entière correspondait à une ascension ou un abaissement de 2 mètres ; les fractions étaient faciles à mesurer. Pour faciliter le comptage, on avait fixé au bâtis du tambour une petite cloche , dont le battant était soulevé à chaque révolution par une cheville implantée sur le tambour.
Lorsque le fil de cuivre eut pour la première fois été roulé en hélice sur le tambour , on traça avec un peu de soudure d’étain une ligne droite en travers de toutes les spires , puis la même opération fut répétée de l’autre côté , après une demi-révolution du tambour. De cette manière, tout le fil se trouvait divisé en sections de 1 mètre de longueur. En réalité , toutefois , cette division était super: flue , et nous n’avons jamais eu besoin d’en faire usage. Elle servit seulement à montrer avec pleine évidence que le fil subissait un étirement à chaque descente et montée de l’appareil: en effet, les lignes de soudure, primitivement droites et transversales, prirent de plus en plus une direction oblique. On put constater
ainsi, à la fin des observations, que le fil entier s’était allongé d’environ 25 centimètres.
Du tambour, le fil passait sur une poulie de 60 centimètres de diamètre, disposée de façon que le fil, en la quittant, tombât droit sur le centre du puits.
Avant de commencer les expériences, on avait constaté que le fil pouvait porter une charge d’au moins 50 kilogrammes, c’est-à-dire , beaucoup plus que le poids de tout l’appareil. Néanmoins, d’après le conseil de M. Krecke, il y fut encore attaché une corde de 4 millim. d’épaisseur, qu’on laissait simplement filer lors de la descente. Il est très heureux que cette précaution ait été prise, car une fois il arriva, pendant la remonte , l’appareil se trouvant à plus de 200 mètres de profondeur , que le fil de cuivre se rompit et que la plus grande partie en retomba sur elle-même. L’appareil ne tenait alors plus qu’à la corde, et nous ne risquâmes pas de le remonter ainsi. Une autre corde, munie d’un croc, fut descendue, et, après environ une heure de tâtonnements, on réussit à saisir les replis du fil et à ramener celui-çi au jour. Cet accident peut servir de leçon à ceux qui voudraient recommencer les expériences avec le même appareil, ou avec un appareil analogue.
Tout l’appareil ci-dessus décrit — à l’exception seule des thermomètres à pesées — avait été construit, conformément à nos vues , par M. H. Olland , fabricant d’instruments de précision. Cela avait pris une couple de semaines. Le lundi, 21 avril, les observations purent commencer, et, pour les raisons dites plus haut , elles ne pouvaient être continuées au-delà du samedi soir , 26 avril. Nous résolûmes donc, vu la brièveté du délai accordé , de borner les déterminations de température à quelques points principaux. En laissant descendre le poids seul, attaché au fil, on reconnut que la partie inférieure du puits était remplie de sable. A partir seulement de la profondeur de 365 mètres , l’eau était assez claire pour qu’il n’y eût pas à craindre que du sable , venant se placer entre les soupapes , en entravât le fonctionnement.
Il fut décidé alors de déterminer la température à des profondeurs variant successivement de 100 mètres, c’est-à-dire, à 65, 165, 265 et 365 mètres.
Comme le temps pressait, l’appareil tliermométrique ne put être laissé chaque fois dans la profondeur aussi longtemps que nous l’eussions désiré. Par l’aperçu suivant des résultats, on voit que la durée de ce séjour a varié entre 2.} et 21 heures. Du reste, rien n’indique que cette différence ait eu une influence marquée sur les résultats de l’observation.
Première série.
Profoûdeur.
Durée du séjour dans le puits.
Thermomètre de Casella.
Thermomètres à pesées,
mètres.
2^ heures.
Seconde série.
Profondeur.
Durée du séjour Thermomètre Thermomètres à pesées. Géotherdans les puits. de Casella. A. B. momètres.
mètres.
18 heures.
Moyennes.
Thermomètre
Thermomètres
Maxima des ther-
Profondeur.
de Casella.
à pesées.
momètres à pesées.
mètres.
Accroissement de température pour 100 mètres.
Thermomètre
Thermomètres
à pesées.
(le Casella. •
Moyennes.
Maxima.
-165 mètres.
Accroissement de profondeur, en mètres, pour 1° d’accroissement de température.
Thermomètre
Thermomètres à
pesées.
de Casella.
Moyennes.
Maxima.
65 — 165 mètres.
mètres.
51,2 mètres.
sur la profondeur entière
Un coup d’œil jeté sur ces résultats montre immédiatement qu’on ne peut attribuer à tous une valeur égale. Ceux qui ont été obtenus au moyen des trois thermomètres à pesées offrent entre eux , à profondeurs égales , des différences si grandes qu’on ne peut y voir, évidemment, qu’une indication approximative de la température. La seule raison que nous puissions en donner est celle qui a été mentionnée à la page 468. Dans ce cas, le calcul des températures moyennes ne fournit lui-même rien de certain.
C’est pour cela que les températures maxima, qui pour la raison énoncée plus haut semblent réellement pouvoir prétendre à plus d’exactitude, ont aussi été ajoutées au tableau , dans une colonne particulière.
Les déterminations faites avec le thermomètre Casella nous paraissent mériter plus de confiance. Il est vrai qu’ici non plus les valeurs ne sont pas entièrement les mêmes dans les deux séries , mais leurs différences ne surpassent pas les erreurs inévitables attachées aux observations (voir p. 470).
478 P. HARTIÎ^G. DÉTERMINATIONS THBRMOMÉTRIQUES , ETC.
Après les observations ci-dessus communiquées, nous avons encore fait avec le thermomètre Casella , mais sans employer l’appareil d’occlusion, quatre déterminations à des profondeurs moindres , savoir , à 55 , 45 , 35 et 25 mètres. Chaque fois le thermomètre , descendu au bout d’une corde , était laissé en place pendant un quart d’heure.
On a trouvé ainsi:
mètres . . .
, Il ,4
Comme à 65 mètres la température s’élevait à 11®,9, ces observations donnent un accroissement de 0°,7 pour 40 mètres, ce qui correspond à P pour 57 mètres.
Bien que ces dernières déterminations n’aient pas été faites avec les mêmes soins que les précédentes, elles confirment pourtant la conclusion que le rapport de l’accroissement de la température reste à peu près le même depuis le point de température constante jusqu’à une profondeur de 165 mètres.
Dans les 100 mètres qui suivent, le rapport de l’accroissement de la température est un peu moindre , mais , plus bas , il augmente de nouveau assez sensiblement. A la vérité, nous hésitons encore à regarder ce résultat comme établi et bien prouvé, d’une part parce que toutes les autres déterminations faites à la profondeur de 365 mètres restent un peu au-dessous de la température indiquée en ce point par le thermomètre Casella, et d’autre part parce que l’occasion nous a manqué de faire les expériences nécessaires pour savoir si , en dépit de la double paroi, la boule n’éprouve pas encore quelque compression sous une charge de 36 atmosphères.
Les autres thermomètres ayant toutefois présenté aussi , quoique à un degré moindre, des différences analogues, nous jugeons ces différences assez intéressantes pour attirer sur elles l’attention; elles montrent, en effet, que sur une profondeur de 365 mètres, dans le sol d’Utrecht, le rapport de
l’accroissement de la température ne diminue pas , en tout cas , d’une manière continue , ainsi qu’on l’a observé à Sperenberg , mais qu’au contraire , à un ralentissement local succède de nouveau une accélération , quand une profondeur plus grande est atteinte.
Les causes de ces différences sont du reste très obscures. Yu le grand éloignement de tout terrain pyroïde, on ne peut guère songer ici à des influences volcaniques. Il n’est pas probable non plus que des actions chimiques soient en jeu , attendu que le puits entier traverse un terrain composé de couches alternatives de limon, d’argile, de marne argileuse et de sable; nous ferons même remarquer, tout spécialement, que les quatre points où les déterminations thermométriques ont été faites sont tous situés au milieu d’épaisses couches de sable ^).
La seule cause dont l’action pourrait être soupçonnée avec quelque vraisemblance, est le voisinage de la Mer du Nord, dont la plus grande profondeur, entre nos côtes et celles de l’Angleterre, est d’environ 66 mètres, mais qui, plus au nord et au sud, atteint des profondeurs notablement plus grandes.
Pour un sol aussi poreux que celui de notre pays , on conçoit que la liaison de l’eau extérieure avec l’eau qui imbibe le sol, puisse exercer une influence par laquelle la distribution des températures, dans celui-ci, serait légèrement modifiée.
Nous avons trouvé que le niveau de l’eau dans le puits se maintient à 2“i,18 au-dessus de l’orifice du tuyau de forage, lequel dépasse très peu la surface du sol; cette surface elle même, au point en question, est à environ 3“i,8 au-dessus du zéro de l’échelle d’Amsterdam. Des 365 mètres sur lesquels s’étendent nos observations, il y en a donc 361,2 qui sont situés au-dessous du niveau moyen de la mer.
*) Notons ici que ie terrain, par lequel le forage a passé, a, depuis la profondeur de 242 mètres jusqu’à la plus grande profondeur atteinte, celle de 369,5 mètres, par les fossiles qu’on y rencontre, une très grande analogie avec le système scaldisien des environs d’Anvers. C’est en tout cas un terrain pliocène.
Dans presque toutes les recherches faites antérieurement sur l’accroissement de la température au sein de l’écorce terrestre, on a trouvé une progression notablement plus rapide. On sait, en effet , que cet accroissement est évalué , en moyenne , à environ 1° par 30 mètres, tandis qu’à Utrecht il n’a qu’un peu plus de la moitié de cette valeur. Il y donc des motifs sérieux de présumer que le voisinage de l’eau marine plus froide exerce ici de l’influence sur la température des couches supérieures du sol, mais que cette influence devient moins sensible quand on pénètre dans des couches très profondes, situées beaucoup au-dessous du lit de la mer.
Il serait certainement à désirer que les doutes qui subsistent encore à ce sujet fussent entièrement levés par de nouvelles recherches , faites avec des moyens mieux appropriés , et notamment avec un appareil thermo-électrique. La possibilité d’entreprendre ces recherches reste ouverte pour l’avenir, attendu que l’administration communale a décidé de ne pas combler le puits , mais de le faire simplement recouvrir d’une dalle en pierre.
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