FONTAINE INTERMITTENTE

Il existe encore une autre espèce de fontaine que l’on désigne par le nom de fontaine intermittente c’est-à-dire dont l’écoulement s’arrête pendant un certain temps, recommence, s’arrête de nouveau, ainsi de suite. Pour vous donner une idée nette de cette espèce de fontaine , nous allons également l’analyser et la réduire à sa plus grande simplicité.

Supposons d’abord un vase A, fig. 7, en forme de boule, terminée par un tube a b. Ce vase est rempli d’eau , et plonge par un tube, échancré à son extrémité inférieure, dans un bassin B , également rempli d’eau. L’eau reste suspendue dans le vase, et vous en savez la raison; c’est la pression de l’air extérieur qui soutient la colonne liquide. Si nous supposons que le bassin B ait une ouverture dans sa partie inférieure , à mesure que i’eau s’écoulera par cette ouverture, lé niveau finira par baisser dans le bassin jS, audessous de l’échancrure du tube a b. Aussitôt que cette échancrure sera découverte , l’air s’élèvera sous forme de bulles dans le haut du vase A , et forcera une certaine quantité d’eau

à tomber. Cette eau fera remonter le niveau , et le vase A ne se videra plus, jusqu’à ce qu’une seconde fois le niveau ait baissé au-dessous de l’échancrure. L’air s’élèvera alors dans le vase A, et de nouveau il forcera le liquide à tomber.

Ce mouvement ascensionnel des bulles d’air s’arrêtera et recommencera ainsi successivement, jusqu’à ce que le matras A soit complètement vidé.

Le jeu de ce petit appareil étant bien conçu, il vous sera facile de comprendre ce qui se passe dans la fonlaine intermittente, fig. 8 ; cette fontaine consiste dans un réservoir, A, communiquant par sa partie inférieure, au moyen d’un tube, a b, échancré à sa partie inférieure, avec un premier bassin, B % t t' sont les tuyaux d’écoulement; Cest un second bassin qui se trouve au-dessus du bassin IL, et il est destiné à recevoir l’eau qui s’écoule de celui-ci.

Lorsque l’échancrure, e, se trouve découverte, l’air pénètre dans le réservoir A , et produit l’écoulement du liquide par les tuyaux tt , qui fournissent au bassin B plus d’eau qu’il n’en reverse dans le bassin C. Par conséquent, le niveau s’élève de plus en plus dans le premier bassin, et l’eau finit par baigner entièrement l’échancrure. Dès ce moment, l’air ne peut plus s’introduire dans le réservoir^, et l’écoulement s’arrête. Pendant ce temps, le bassin B se vide, l’échancrure se dégage, l’air s’introduit de nouveau, et l’écoulement recommence, et ainsi de suite.

Des appareils analogues à ceux que nous venons de décrire se rencontrent dans la nature. Ce phénomène de l’intermittence dans l’écoulemen t doit se présenter pour les fontaines qui contiennent des fluides élastiques.

Nous ne nous arrêterons pas plus long-temps sur cette espèce de fontaine, qui a, d’ailleurs, très peu d’applications.

Nous allons nous occuper d’un instrument beaucoup plus précieux, le syphon. Cet instrument, dont la théorie est extrêmement simple, est fondé en partie sur la pression de l’air.

On donne le nom de syphon à un tube recourbé, en verre ou en métal, qui a pour objet de vider un vase contenant un liquide , sans que l’on soit obligé de percer le vase dans la partie inférieure; ce qu’il est utile d’éviter en beaucoup de circonstances.

Soit un vaseL% fig.ç),qu’il s’agit de v ider;je commence par rem-

— iÔ6 —

plir d’eau ïe syphon, ce qui s’appelle amorcer le syphon. Je le renverse ensuite en plongeant sa plus courte branche dans le liquide du vase , et aussitôt l’écoulement commence par la plus longue branche du syphon, et ne s’arrête que lorsque le liquide a baissé jusqu’au niveau de la courte branche.

Tel est le jeu du syphon. Il s’agit maintenant de savoir à quelle cause il est dû. Pour cela, il faut examiner quelles sont les forces qui interviennent dans cet instrument. Ces forces sont les pressions qui agissent aux deux extrémités du syphon. Si nous supposons des diaphragmes fermant les deux ouvertures , il s’agit d’examiner dans quel sens ces diaphragmes vont marcher. Il est d’abord évident que nous avons à chaque extrémité du syphon la même pression atmosphérique ; mais il ne faut pas considérer seulement la pression de l’air, il faut aussi porter votre attention sur la pression exercée par la colonne liquide elle-même. Or, comme nous avons deux branches inégales, les colonnes que ces branches contiennent seront pareillement inégales et exerceront, par conséquent, despressions différentes. Je désignerai par H la hauteur de la longue branche, et par k la hauteur de la petite. J’exprimerai par P la pression de l’air.

Ainsi lesyphon étantpîongédansl’eauparsapïuspetitebranche, cherchons les pressions qui ont lieu à chaque ouverture. Nous avons d’abord la pression de l’air qui tend à faire monter l’eau dans la petite branche du syphon. Nous avons une pression exercée en sens contraire, c’est celle du liquide qui tend à tomber. Par conséquent, la pression qui a lieu à l’extrémité de la petite branche est exprimée par :

A l’autre extrémité. du syphon, nous avons également la pression atmosphérique qui s’exerce de bas en haut, pour soulever la colonne liquide dans la longue branche du syphon; et nous avons une pression en sens contraire, qui est celle exercée par le liquide qui est contenu dans cette longue branche, et qui tend à tomber. Par conséquent, la pression qui a lieu à l’extrémité de La longue branche est exprimée par :

Ainsi P — h et P — H, sont les deux forces qui agissent aux deux extrémités du syphon.

Il estclairque, puisqu’il y a des pressions différentes, le liquide va marcher du côté où la pression sera la plus forte.

Puisque H est plus grand que h, il s’ensuit que P — H est

plus petit que P — h. Si donc l’on retranche P — HdeP—hf l’on aura P— A — P ~\~H. Retranchant de part et d’autre x P et — P y qui se détruisent , il reste — ■ h -j -H ; ou , ce qui est la même chose, H — - h.

C’est-à-dire que l’écoulement aura lieu par la branche H s avec une force exprimée par H — h, c’est-à-dire avec la différence du niveau dans les deux branches.

Comme à mesure que le liquide s’écoule, la différence de niveau entre les deux colonnes diminue, il s’ensuit que la vitesse d’écoulement doit aller constamment en diminuant. De telle sorte que si la branche du syphon qui plonge dans le liquide était assez longue , l’écoulement cesserait lorsque la différence entre les deux niveaux serait nulle.

Voici maintenant de quelle manière l’air intervient dans le syphon. Si vous aviez un syphon dont les deux branches s’élevassent à plus de 10 mètres, la pression de l’air ne pouvant faire monter l’eau au-delà de 10 mètres, le syphon fera baromètre, c’est-à-dire que dans le haut, les deux colonnes se sépareront, et dans ce cas l’écoulement ne pourrait avoir lieu.

Si l’on employait pour faire écouler du mercure un syphon dont les branches eussent un mètre ou même seulement 80 centimètres au-dessus du niveau du liquide dans le vase que l’on veut vider, le mercure ne pourrait s’écouler.

Toutes les fois qu’on reste au-dessous de 10 mètres pour l’eau , ou de 76 centimètres pour le mercure , on peut faire abstraction de l’intervention de l’air dans le jeu du syphon, c’est-à-dire faire abstraction de P et P, et considérer seulement H et h , c’est-à-dire les hauteurs des colonnes liquides dans les deux branches du syphon.

Lafig. 10 représente une disposition particulière du syphon qu’on emploie pour les acides et les corps corrosifs. On adapte à ce syphon un petit tube latéral ab; et lorsqu’on veut amorcer le syphon, on plonge sa petite branche dans le liquide que l’on veut faire écouler; on bouche l’ouverture de la longue branche, et on aspire parle petit tube a é jusqu’à ce que le liquide soit arrivé au-dessous del’orifice du petit tube dans le corps du syphon, et l’écoulement commence aussitôt.

Il y a des circonstances où le syphon peut être employé en grand. Si, par exemple, on se proposait d’avoir de l’eau dans une petite vallée, et qu’il y eût une colline qui n’eût pas 5a pieds au-dessus du niveau de l’eau dans l’autre vallée, on pourra facilement produire l’écoulement avec un syphon. Concevez un tuyau qui, plongeant dans l’eau de la vallée.

s’élève en rampant jusqu’au sommet de la colline et redescende ensuite dans l’autre vallée. Pour amorcer ce syphon, il faut supposer qu’il soit fermé dans le bas et qu’ensuite on fasse le vide dansl’intérieur. L’eau remplirale syphon, etalorssi l’on débouche l’ouverture, elle s’écoulera, jusqu’à ce que l’eau de la première vallée soit épuisée, ou que la plus courte branche du syphon ne plonge plus dans l’eau; ou enfin que le niveau se soit abaissé de plus de 10 mètres au-dessousdu sommet de la colline.

Ilya une attention à avoir lorsqu’on emploie un syphon d’un diamètre un peu grand, c’est que l’air peut diviser la colonne, filer le long des parois du syphon et parvenir dans la partie supérieure où il opère une solution de continuité entre les deux colonnes, et par suite fait cesser l’écoulement. Pour éviter cet inconvénient, il faut tenir l’extrémité de la branche par laquelle s’écoule le liquide, plongée dans un seau ou dans un tonneau rempli d’eau.

Dans ce cas l’air ne peut pénétrer dans la colonne liquide pour la diviser et le syphon fonctionne parfaitement. Cette application du syphon peut se présenter dans la nature et éviter un canal, si l’on voulait vider une vallée à travers une colline qui serait difficile à percer.

On peut présenter comme exemple du syphon un petit appareil qu’on appelle vase de Tantale , dans lequel on peut verser continuellement de l’eau sans qu’il soit jamais plein. Il y a dans ce vase, représenté fig. 1 1, un tube ayant la forme d’un cercle, qui a deux ouvertures, l’une dans l’intérieur du vase et l’autre en dessous : ce tube se trouve, par cette disposition, avoir deux branches inégales et forme un véritable syphon. Si l’on verse de l’eau dans le vase, il va la contenir, jusqu’à ce que le liquide soit parvenu à une certaine hauteur qui est celle du tube. Dès que le niveau du liquide a dépassé ce tube, le syphon s’amorce, l’écoulement a lieu, et le vase se vide entièrement.

Il y a une variation de ce même appareil, qui a plus d’importance. C’est un vase, fig- 12, également traversé par un tube ouvert par les deux bouts; ce vase peut être rempli d’eau, et la contenir jusqu’à l’orifice du tube, et si l’on remplit le vase au-dessus de cet orifice, il ne pourra se vider que jusqu’à la hauteur du tube.

Si l’on prend maintenant une petite cloche ou bien un tube un peu large, fermé par un bout, et qu’on le renverse sur l’autre tube, l’écoulement va avoir lieu aussitôt et le vase va se vider entièrement.

Cet appareil mérite de fixer notre attention plus que l’autre, parce que cette disposition est réalisée en quelque sorte dans les grands réservoirs de gaz inflammable pour l’éclairage.