CHAPITRE II

Nature et composition de Fair atmosphérique. —

La terre, isolée dans l'espace et dont la forme est sensiblement celle d'une sphère, est environnée d'une enveloppe gazeuse qui s'appelle Vahnosphère, ou Vair atmosphérique.

Cet air n'est pas un gaz simple ; ce n'est pas, non plus, une combinaison chimique de plusieurs gaz simples: c'est un r/ieïan^e, en proportions très légèrement variables, de quelques éléments gazeux dont les principaux sont V oxygène et V azote. Si l'on prend comme unité le poids d'un litre d'air global, le poids du litre d'oxygène sera 1,105 et celui du litre d'azote sera 0,97. Les deux gaz sont mélangés dans des proportions telles que 100 volumes d'air renferment 21 parties d'oxygène et 79 d'azote. (Nous négligeons les autres gaz contenus dans l'air en proportions infinitésimales.) L'air contient donc, en chiffre rond, 4 fois plus d'azote que d'oxygène. On sait que c'est ce dernier gaz qui entretient les combustions et la respiration.

, DIRIGEADLEJ ET AEROPLANES

Pression atmosphérique- Baromètre. — L'air est pesant: nous avons déjà dit que Rcgnault en avait

Le Baro mitre des ai'i'onautos.

exactement déterminé la densité. Cette densité est telle qu'un litre d'air pèse \'^',Wi milligrammes. On conçoit donc que la couche d'air, d'une épaisseur considérable, qui entoure la terre, doit exercer sur

l'atmosphère 19

la surface de celle-ci une pression importante.

Cette pression est réelle, elle se mesure par le baromètre, instrument servant à en donner à chaque instant la valeur et les variations. Les baromètres dont se servent les aéronautcs sont des baromètres anéroïdes ou à ressorts, et voici le principe de leur construction, qui, en même temps, qu'il fait comprendre le fonctionnement de ces instruments, démontre d'une façon matérielle l'existence de la pression atmosphérique.

Prenons une boîte en métal très élastique, en acier, par exemple, dont l'intérieur, par un petit orifice, communique librement avec l'air extérieur : supposons que le couvercle de cette boîte soit en métal ondvlé, de façon à pouvoir s'enfoncer sous l'influence d'une pression extérieure, ou se soulever sous l'action d'un effort agissant du dedans vers le dehors ; supposons enfin qu'un ressort puissant soit, par ses deux extrémités, arc-bouté sur le fond de la boîte et sur le couvercle.

Gela fait, avec une pompe aspirante qui s'appelle une machine pneumalique, enlevons l'air de l'intérieur de la boîte, ou, comme on dit, faisons-y le vide : aussitôt le couvercle s'écrase et le ressort fléchit sous l'action d'une pression extérieure : cette pression est précisément celle du poids de l'atmosphère, et l'existence de la pression atmosphérique se trouve ainsi démontrée.

Cette expérience permet, en outre, de la mesurer.

En effet, laissons rentrer l'air extérieur dans la

boîte : le ressort se détend et le couvercle ondulé reprend sa forme et sa position première. Cela posé, essayons de le faire fléchir, en le chargeant de poids, jusqu*à ce que le couvercle se soit enfoncé de la môme quantité que tout à l'heure; nous trouvons ainsi que, pour produire, avec des poids, la même charge que celle qui est due à la pression de l'atmosphère, il faut mettre I^'k^SS par chaque centimètre carré de la surface du couvercle.

Nous pouvons donc énoncer comme une vérité que Tair atmosphérique exerce une pression dont la valeur moyenne, à la surface de la terre, est de 1,033 grammes par centimètre carré. Une telle pression sert d'unité et s'appelle une atmosphère.

Cette pression, dans le baromètre classique àmercure, suffit à soutenir dans le tube de l'instrument une colonne de 76 centimètres, en moyenne, quand on se trouve au niveau de la mer. Les petites variations de pression atmosphérique dues aux inégalités de la température, aux changements de vents, etc., se traduisent par des oscillations de la colonne de mercure qui passe de la hauteur de 74 centimètres (pression très faible) à celle de 78 (pression très haute).

Baromètres usuels : baromètre anéroïde, baromètre enregistreur. — Ces variations de la pression atmosphérique seraient incommodes à observer sur un long tube de verre, plein de mercure, que sa fragilité et ses dimensions rendent peu transportable.

l'atmosphère 21

On emploie uniquement, pour les observations usuelles, le baromètre anéroïde^ qui est construit sur le principe que nous avons indiqué plus haut : le vide est fait dans une boîte dont le couvercle est défendu, par un ressort antagoniste, contre l'e'crasement que lui ferait subir la pression deTatmosphère. Le ressort fléchit davantage quand la pression augmente et se détend quand elle diminue. Ses mouvements sont transmis, amplifiés par un levier, à une aiguille qui se meut sur un cadran, et sur ce cadran sont tracés des divisions en millimètres de façon que le chiffre indiqué par l'aiguille soit toujours le même que le nombre de centimètres et de millimètres qui exprime, au même moment, la hauteur de la colonne de mercure dans un baroriiètre ordinaire.

Afin de suivre la marche continue des variations de la pression atmosphérique, on dispose souvent l'aiguille de façon qu'elle se meuve le long d'un cylindre sur lequel s'enroule une feuille de papier gradué. Ce cylindre, mû par un mouvement d'horlogerie, fait un tour en une semaine, et l'extrémité de l'aiguille, munie d'une plume contenant une goutte d'encre violette, trace sur le papier une courbe dont les sinuosités indiquent d'une façon frappante si le baromètre monte ou baisse. C'est le baromètre enregistreur, ou statoscope, imaginé par l'ingénieur français Richard.

Car la seule indication à retenir de l'observation du baromètre est celle de savoir s'il monte ou s'il descend. S'il monte, c'est que la pression atmosphé-

i2 BALLONS, DIRIGBABLEi: KT AÉROPLANES

rique devient plus Torlc et c'est, généralement, un signe de beau temps. S'il baisse, au contraire, c'est que la pression diminue, c'est qu'il arrive une dépression : c'est signe de mauvais temps.

Quant aux indications « beau temps », « variable »,

Le StulusMpe.

« pluie OU venL » placées sur le baromètre par la fantaisie des opticiens, elles ne signifient rien du tout rn elles-mrtmcs. Si le baromètre marque n variable » mais qu'il soit en ascension, il y aura beau temps i tandis que s'il marque « variable » et qu'il soit en baisse, c'osl du miiiivais temps qui se prépare.

Compression de l'air. — L'air, grâce à la mobilité de ses molécules, est essentiellement compressible. Tout le monde sait qu'on peut emprisonner de l'air dans un petit corps de pompe et le comprimer avec un piston : les pompes de bicyclette, servant à gonfler les pneumatiques, sont fondées sur ce principe.

Comment se fait cette compression ? suivant une loi bien simple, découverte au xviii® siècle par Mariotte. Celte loi est la suivante :

Quand, sans changer la température, on diminue de moitié, par compression, le volume occupé par une masse d'air, la pression de cet air devient double ; si l'on amène son volume à n'être que le tiers de ce qu'il était d'abord, la pression devient triple; elle devient quadruple si la compression réduit le volume au quart de sa valeur, et ainsi de suite. Autrement dit, le volume d'une même masse d'air varie en proportion inverse de la pression qu'elle supporte.

On conçoit donc que les couches inférieures de l'atmosphère soient plus denses que les couches supérieures, puisqu'elles supportent le poids de toutes celles qui sont au-dessus d'elles.

Donc, la densité de l'air, ou le poids du litre d'air, doit diminuer h mesure qu'on s'élève dans l'atmosphère.

Par suite, la force ascensionnelle d'un ballon dont le volume serait invariable, force qui est causée par la différence entre le poids du gaz et le poids du volume d'air déplacé, diminue à mesure que le bal-

2i . BALLONS, DlRrtîEABLES ET AÉROPLANES

Ion monte. C'est un point capital à retenir, pour la manœuvre d'un aérostat.

La dilatation de Fair par la chaleur. — Cette loi de compression de l'air, que nous venons d'énoncer, n'est vraie que si la température reste invariable. L'air, comme tous les gaz d'ailleurs, est extrêmement sensible aux variations de la température. Quand celle-ci, mesurée par le thermomètre, s'élève de 1 degré (en supposant constante la pression extérieure) le volume de l'air augmente de 1/273^ de sa valeur.

Donc, si l'on chaufle une masse de gaz à 273 degrés, le volume de cette masse de gaz aura doublé, le poids d'un litre aura diminué de moitié, la densité du gaz sera donc, elle aussi, réduite de moitié. C'est sur cette propriété qu'est basée la construction des montgolfières (ballons à air chaud).

C'est cette particularité qu'il ne faut jamais perdre de vue pour un voyage en ballon : un coup de soleil dilate le gaz intérieur; un coup de froid le contracte.

Gay-Lussac a mesuré cette dilatation du gaz sous l'action de la chaleur : il l'a trouvée sensiblement la même pour tous, et le nombre 1/273 s'appelle le coefficient de dilatation des gaz.

Nous avons donc, dans l'étude du volume d'un gaz, à tenir compte, et de sa température, et de la pression à laquelle elle est soumise, c'est-à-dire à faire intervenir les lois de Mariotte et de Gay-Lussac.

l'atmosphère 25

Mesure des hauteurs par le baromètre. — Nous avons vu que le baromètre mesurait, à chaque instant, la pression exercée par l'atmosphère au point où est placé l'instrument ; à mesure qu'on monte, on supporte le poids d'une couche d'air, non seulement de moindre épaisseur, mais de moindre densité. Le baromètre baisse donc à mesure qu'on s'élève ; mais il ne baisse pas de la même quantité pour des élévations identiques.

Considérons, en effet, les couches inférieures de l'atmosphère, celles qui sont en contact direct avec le sol. Elles sont plus denses que celles qui les surmontent et dont le poids les comprime. Donc, en s'élevant de dix mètres, on supprime la pression qu'exerce sur l'instrument une couche d'air de densité ordinaire et de dix mètres d'épaisseur ; l'aiguille déviera donc d'un certain angle.

Mais plaçons-nous à mille mètres d'altitude et élevons-nous de dix mètres dans ces conditions nouvelles : nous supprimons encore l'action d'une couche de dix mètres, c'est vrai, mais cette couche est de l'air moins dense, moins comprimé que celui des régions basses. Ces dix mètres exerceront donc sur l'appareil une pression moindre que les dix mètres pris à la station inférieure, et l'aiguille déviera beaucoup moins que la première fois.

Les baromètres destinés aux ascensions aérostatiques portent parfois une double graduation : l'une, en «centimètres de mercure )),qui est la graduation ordinaire de tous les baromètres, l'autre, en hauteurs,

iadique directement en mètres la hauteur à laquelle on est parve'nu.

Cette division est tracée d'après les résultats d'une formule due à Laplace, l'illustre astronome du commencement du xix*' siècle. Si l'on n'a qu'un baromètre ordinaire, il suffit d'observer l'indication qu'il donne et la formule de Laplace permet, aussitôt, d'en déduire l'altitude h laquelle on est parvenu.