EMSITÉ UE L’AIR ATMOSPHÉRIQUE

Nous avons commencé à examiner suivant quelle loi les couches d’air se comportent relativement à leurs densités ; nous allons reprendre cet objet.

Nous avons supposé d’abord que l’air avait des propriétés analogues à celles des liquides , et qu’on devait seulement le regarder comme un liquide très rare. Le baromètre nous a fait connaître alors le poids de toute la colonne de matière, qui s’étendait depuis le bas de l’atmosphère jusqu’en haut; le baromètre est absolument indépendant de l’état dans lequel se trouvent les molécules ; qu’elles s’attirent ou qu’elles se repoussent, la pesanteur n’agit pas moins sur ces molécules qui pèsent alors sur le baromètre, et déterminent l’ascension de la colonne de mercure.

Dans l’hypothèse d’une homogénéité parfaite dans toutes les couches de l’atmosphère, nous avions été conduits à ce résultat, que la hauteur de l’atmosphère était égale à deux lieues. Mais maintenant que nous savons que les molécules de l’air se repoussent, nous devons en conclure que celte hauteur doit être beaucoup plus grande. Imaginons, en effet, dans le bas de l’atmosphère , une couche d’un® certaine épaisseur dans laquelle nous plaçons un baromètre. Il faut concevoir un plan passant par la cuvette, et c’est le poids de

toutes les couches d’air qui sont au-dessus de ce plan qui soutient la colonne barométrique. Les couches d’air qui sont au-dessous n’ont aucune action pour faire monter le mercure , parce que la pesanteur n’agit que de haut en bas.

Si maintenant nous nous élevons à une certaine hauteur, il est évident que la couche que nous avons laissée sous nos pieds ne peut plus peser sur le baromètre. Par conséquent lè mercure doit baisser d’une certaine quantité. Si nous nous élevons plus haut encore, nous devrons faire le même raisonnement.

En effet, on a observé en s’élevant sur une montagne et même sur une tour, une différence sensible entre la hauteur du baromètre sur cette montagne ou su bette tour, et la hauteur du baromètre à la surface de la terre.

Ce phénomène n’a rien d’étonnant, et il aurait lieu quel que fût l’état de l’air, que ce fût un solide ou un liquide.

Mais si nous prenons une balance , et que nous remplissions successivement le même vase d’air pris dans ces diverses couches, nous trouverons qu’à chaque station, l’air varie de pesanteur. Ainsi, en remplissant ce vase d’air à la surface de la terre, nous reconnaissons, après avoir fait la part du vase, que la quantité d’air que ce vase renferme pèse , par exemple, un gramme; ensuite nous nous élèverons à une hauteur telle que le baromètre marque la moitié seulement de ce qu’il marquait à la surface de la terre, et alors, l’air contenu dans le même vase pèsera moitié moins; parce que, d’après la loi de Mariotte , le volume sera devenu deux fois plus considérable, et que par conséquent le vase ne pourra contenir que la moitié de l’air qu’il contenait d’abord. Ainsi donc, à mesure qu’on s’élève, on trouve à l’air des poids différens pour le même volume : de sorte que si nous supposons l’atmosphère divisé en couches horizontales allant depuis le bas jusqu’au haut de l’atmosphère, et que chacune de ces couches renferme la même quantité de matière, c’est-à-dire qu’elles fassent équilibre chacune à la même colonne de mercure, il est évident que les hauteurs de ces couches seront variables , et que leur densité sera toujours relative à la pression qu’elles supporteront au-dessus.

Vous concevez très bien, d’après cela, que l’atmosphère doit avoir une hauteur beaucoup plus considérable que celle qu’il aurait s’il était composé de couches parfaitement homogènes et ayant toutes la même densité. Lorsque nous serons à une hauteur, moitié de l’atmosphère, la couche dans laquelle nous nous trouverons, ne supportant plus qu’une pression

moitié moindre, doit avoir un volume double. Si nous supposons l’atmosphère divisée en 76 couches, faisant chacune équilibre à un centimètre de mercure, la 76% qui serait toutà-fait la dernière, aurait un volume qu’on pourrait dire infini, puisque rien ne la retiendrait. La 75% qui ne serait pressée que par la 76e, ne supporterait qu’une pression comme un, tandis que la insupporterait une pression comme ?5. Par conséquent, elle aurait pris un volume y 5 fois plus considérable que la première couche. Ainsi, les diverses couches auront, en raison de la pression, un volume différent. Il résulte de cette loi , que la géométrie démontre que les couches vont ainsi en augmentant en raison inverse de la pression qu’elles support*. J, et que si l’on suppose le baromètre divisé en parties égales, et ensuite les hauteurs correspondantes dans l’atmosphère à chacune de ces couches, alors on démontre par le calcul que quand les hauteurs dans le baromètre suivent une progression ai ithmétique , les lieux dans l’atmosphère auxquels le baromètre marque telle ou telle hauteur suivent une progression géométrique.

Cette relation, d’abord très simple, se complique de quelques corrections qu’il est indispensable de faire : ces corrections, qui sont très petites, tiennent aux variations de la pesanteur, et principalement à la température. On a ainsi un moyen très précieux pour la géodésie de pouvoir, avec quelques observations barométriques, déterminer avec une précision suffisante la véritable hauteur du lieu dans lequel on se trouve dans l’atmosphère, lorsqu’on s’élève dans un ballon ou sur une montagne.

Le ballon nous offre un exemple remarquable de cette variation de densité de l’air. On se sert pour remplir le ballon de gaz hydrogène, lequel est un fluide élastique très léger. Ce gaz qui, sous îe même volume, pèse quatorze fois moins que l’air atmosphérique, déplace un volume d’am dont lepoid est beaucoup moins considérable que îe sien ; ce qui lui permet de s’élever, emportant avec lui l’enveloppe du ballon, les agrès et enfin plusieurs personnes. Quand on quitte la terre, on ne remplit le ballon qu’à moitié, et on se munit de lest. A mesure que le ballon s’élève, il se gonfle, ce qui n’arriverait pas si les molécules du gaz ne se repoussaient pas réciproquement. Le ballon parvenu à une certaine hauteur supporte une pression moindre que lorsqu’il était à la surface de la terre. Dès lors le gaz se dilate jusqu’à ce que son ressort fasse équilibre au ressort de l’air extérieur. Le gaz se dilate ainsi à mesure que le ballon s’élève. Lorsque le ballon 11e sera

plus extensible, le fluide qu’il renferme et qui est plus léger que l’air extérieur , pourra le faire monter encore jusqu’à ce que la densité du gaz hydrogène qui ne peut plus s’étendre fasse équilibre avec tout l’ensemble du ballon au poids de l’air extérieur. Lorsque le ballon est tout-à-fait gonflé et qu’il monte encore, le ressort du gaz, augmentant continuellement à mesure qu’on s’élève, la pression intérieure devient plus grande que la pression extérièure, et alors le ballon pourrait finir par crever, si on n’avait la précaution d’ouvrir la soupape pour lâcher du gaz. , Alors le ballon perdant du principe qui le tient suspendu, redescend ,$et il reviendrait jusqu’à terre; mais on referme la soupape, on jette du lest, et le ballon remonte. Comme vous le voyez , l’ascension des ballons est une chose extrêmement simple.