CHAPITRE PREMIER

270. Pesanteur de Tair. — Aristote regardait Tair comme pesant; il avait même essayé, de le peser. Mais, d'après sa fameuse théorie des éléments absolument lourds et absolument légers, Tair ne pouvant pas être lourd relativement à Teau et par conséquent ne pouvant pas exercer de pression sur Teau, il ne vit pas Tune des conséquences les plus importantes de la pesanteur de Tair. Des idées d'Aristote, on ne retint que ses objections à Démocrite et aux alomistes contre leur théorie du vide ; et, tirant de là des conséquences qu'il n'avait pas exprimées, on enseignait partout dans les écoles du moyen âge qu'il n'y a pas de vide dans la nature et qu'il ne peut pas y en avoir, la nature sachant toujours, par quelque moyen, empêcher ce vide, dont elle a horreur parce qu'il amènerait sa destruction.

Galilée, dans ses Dialogues des sciences nouvelles [i^^ journée)^ établit la pesanteur de l'air en montrant l'accroissement de poids que reçoit un vase dans lequel de l'air est comprimé. Cette expérience fondamentale se répète dans les cours sous une forme en quelque sorte inverse, due à l'inventeur de la machine pneuma-

tique, et qui est d'une exécutioa plus facile. Dans un grand ballon en verre, dont le col porte une garniture métallique munie d'un robinet et pouvant se visser sur la platine de la machine pneumatique, on fait le vide aussi complètement que possible; on ferme le

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robinet, on sépare le ballon de la machine, cl on Taccroche sous Tun des plateaux d'une balance. De l'autre côté on met de la tare jusqu'à ce que l'équilibre soit établi. On ouvre alors le robinet du ballon : l'air entre en sifflant, et l'inclinaison du fléau montre que le ballon a augmenté de poids. Quant à la valeur exacte de cette augmentation (environ i*,3 par litre d'air rentré), elle ne peut s'obtenir qu'avec des précautions sur lesquelles nous reviendrons quand nous nous occuperons de mesurer les densités des gaz.

Dans le même ouvrage, Galilée, sans aller cependant jusqu'à une affirmation catégorique, laisse entendre que la nature pour* rait bien ne pas avoir d'horreur pour le vide ; et il appelle l'attention sur ce fait, qui lui a été signalé par le maître fontainier de Florence, (( qu'il n'est pas possible, ni avec les pompes ni avec les autres machines élevant Teau par attraction, de la faire monter un cheveu plus haut que 1 8 brasses (un peu plus de i o^) » . Après avoir comparé la rupture de la colonne d'eau à celle d'une corde ou d'une verge se brisant par son propre poids, il ajoute : « 11 en arriverait de même, à mon avis, pour d'autres liquides, comme le vif-argent, le vin, l'huile, etc. Us se briseraient à une hauteur plus ou moins

grande que i8 brosses, en proportion inverse de leur pesanteur spéciGquc comparée à celle de Teau, ces hauteurs étant toujours mesurées perpendiculairement. »

271. Expérience de Torricelli (^). — Torricelli, réQéchissant sur ce passage de Galilée, comprit ce que son maître n'avait pas dit expressément, qu'au delà de 18 brasses, si Ton tirait encore le piston, il devait y avoir un espace vide entre la surface inférieure

Fig. /|i9

du piston et la surface supérieure de Teau ; et il pensa qu'en prenant, suivant l'indication de Galilée, du vif-argent au lieu d'eau, on pourrait produire ce vide dans un tube de verre plus commodément qu'avec de l'eau dans une pompe. En conséquence, Torricelli prit un tube de verre AB un peu long (80 centimètres), fermé à l'une de ses extrémités A et ouvert à l'autre B. Il le remplit de

(*) Pour rhistoire de cette expérience, voir Tborot, Journal de physique, T, il\; 1872.

mercure et, le fermant avec le doigt, il lo retourna sur une cuvette MN, pleine de mercure : le liquide se maintint dans le tube à environ 76 centimètres de hauteur au-dessus du niveau du mercure dans la cuvette. Au-dessus du mercure était un espace AC, vide de toute matière connue.

Par cette expérience, Torricelli montra donc la possibilité de faire le vide dans un espace déterminé. En outre, il eut la gloire de comprendre que la cause qui soutient le mercure dans le tube est le poids de Tair extérieur. « Nous vivons submergés au fond d'un océan d'air, et nous savons par des expériences indubitables que Tair est pesant. Sur la surface du liquide qui est dans le bassin pèse une quantité d'air qui a 5o milles de hauteur. Est-il étonnant que le vif-argent, qui n'a ni inclination ni répugnance pour le tube AB, y entre et s'y élève jusqu'à ce qu'il fasse équilibre au poids de l'air qui le pousse? » C'est ainsi que s'exprimait Torricelli dans sa lettre à Ricci, en date du 1 1 juin 1644 ; cette lettre est la première donnée chronologique que nous ayons sur l'expérience de Torricelli, sur cette expérience qu'il a « imaginée, dit-il encore, non pas pour faire simplement le vide, mais pour avoir un instrument qui pût indiquer les changements de l'air, tantôt plus lourd et plus épais, tantôt plus léger et plus subtil. »

272. Expériences de Pascal (^). — En 1646, Pascal eut connaissance des expériences de Torricelli par le P.Mersenne, de l'ordre des Minimes, qui en tenait le détail de Ricci, et qui avait même eu l'occasion de se faire montrer par Torricelli à Florence les tubes qui lui avaient servi. Mais le P. Mersenne qui, comme Ricci, ne voyait sans doute dans cette expérience qu'une preuve de l'existence du vide, ne dit rien à Pascal de la pesanteur de l'air.

Répétition de texpérience de Torricelli. — Pascal répéta aussitôt l'expérience de Torricelli et la varia en employant divers liquides (^} :

(') PASCiiL, Expériences touchant le vide, faites dans des tuyaux, seringues, soufflets et siphons de plusieurs longueurs et figures, avec diverses liqueurs, comme vir-argent, eau, vin» huile, air, etc.; avec un discours sur le même sujet où est montré qu'un vaisseau si grand qu'on pourra le faire peut ôtre rendu vide de toutes les matières connues en la nature et qui tombent sons nos senjs,et quelle force est nécessaire pour faire admettre ce vide. Paris; 161^7.

(*) Voir encore Thurot, Journal de physique, F, 267; 1872.

ces expériences, faites sur la place de la Vénerie à Rouen, « en présence de plus de cinq cents personnes de toutes conditions », eurent un grand retentissement. Mais Pascal n'aperçut point la véritable cause du phénomène; il tient alors pour maximes : « que tous les corps ont de la répugnance à se séparer Tun de Tautre, et à admettre le vide apparent dans leur intervalle, c'est-à-dire que la nature abhorre ce vide apparent ; — que celte horreur ou celte répugnance qu'ont tous les corps n'est pas plus grande pour admettre un grand vide apparent qu'un petit; — que la force de celle horreur est limitée, et pareille à celle avec laquelle de l'eau d'une certaine hauteur, qui est environ de 3i pieds, tend pour couler en bas ('). )>

Le P. Noël, jésuite, recteur du collège de Clermont, soutint contre Pascal que l'espace, vide en apparence, devait être rempli de quelque matière, il composa même à ce sujet un traité intitulé « Le plein du vide », dont la dédicace au prince de Conti est un spécimen curieux du style de l'école à cette époque.

Expérience du Puy-de-Dôme. — Cependant Pascal est « averti d'une très belle pensée qu'eut Torricelli touchant la cause de tous les effets qu'on a jusqu'à présent attribués à l'horreur du vide (^). » Le P. Mersenne vient en effet de lui communiquer cette idée que la pesanteur de l'air est cause de la suspension du mercure dans le tube. En même temps, Pascal reçoit de Descartes une longue visite (') sur l'influence de laquelle il est assez difficile de se prononcer : d'une part, en effet, silence absolu de Pascal sur toute intervention de Descartes ; d'autre part, réclamation de Descartes (^), qui dit

(*) Pascal, Nouvelles expériences toucliant le vide, Paris ; 46i8.

(') Pascal, Lettre & M. de Ribeyre, du 12 juillet 4651.

(") Jacqueline Pascal, Lettre du 25 septembre 1647 (Cousin, Jacqueline Pascal^ p. n).

(^) Descartes, qui avait fondé sa physique sur des principes purement mécaniques, ne pouvait admettre Thorreur de la nature pour le vide. Aussi, à propos de l'observation que les pompes ne tirent point Teau au-dessus de 48 brasses, écrivait-il au P. Mersenne, le 8 octobre 1638 : » (ce fait) ne se doit point rapporter au vide, mais ou à la matière des pompes, ou & celle de l'eau même qui s*écoule entre la pompe et le tuyau plutôt que de s'élever plus haut, ou même à la pesanteur de l'eau qui contre-balance celle de Taîr. » Ainsi, dès cette époque Descartes touche la véritable explication, mais sans la saisir. Ce n'était même pas la première fois qu'elle se présentait à son esprit. M. Nourrisson a communiqué à l'Académie des sciences morales et politiques (5 mars 1881) une lettre de Descartes, datée de 1631, où il parle de la suspension du mercure dans un tuyau fermé, et l'attribue à la pression de l'air.

avoir u avisé » Pascal de répéter l'expérience de Torricellî au som* liiet d'une montagne (^), et Tavoir « assuré du succès, comme étant entièrement conforme (à ses principes), sans quoi (Pascal) n'eût eu garde d'y penser à cause qu'il était d'une opinion contraire {^). m Quoi qu'il en soit de la part qui peut revenir ù Descartes dans l'expérience du Puy-de-Dôme, celle expérience est dès lors résolue dans l'esprit de Pascal, qui écrit, le i5 novembre 1647, à son beaufrère Périer, conseiller à la cour des aides d'Auvergne : « Je travaille maintenant à examiner la vérité de (cette proposition) ; savoir, que la nature abhorre le vide, et h, chercher des expériences qui fassent voir si les effets que l'on attribue à l'horreur du vide, doivent être véritablement attribués a cette horreur du vide ou s'ils doivent l'être à la pesanteur et pression de l'air... J'en ai imaginé une qui pourra seule suffire pour nous donner la lumière que nous cherchons, si elle peut être exécutée avec justesse. C'est de faire l'expérience ordinaire du vide plusieurs fois en un même jour, dans un même tuyau, avec le même vif-argent, tantôt en bas et tantôt au sommet d'une montagne élevée pour le moins de cinq ou six cents toises, pour éprouver si la hauteur du vif-argent suspendu dans le tuyau se trouvera pareille ou différente dans ces deux situations. Et, s'il arrive que la hauteur du vif-argent soit moindre en haut qu'en bas de la montagne (comme j'ai beaucoup de raisons pour le croire, quoique tous ceux qui ont médité sur celte matière soient contraires à ce sentiment), il s'en suivra nécessairement que la pesanteur et pression de l'air est la seule cause de cette suspension du vif-argent, et non pas l'horreur du vide, puisqu'il est bien certain qu'il y a beaucoup plus d'air qui pèse sur le pied de la montagne que non pas sur son sommet; au lieu qu'on ne saurait dire que la nature abhorre le vide au pied de la montagne plus que sur son sommet. » Périer fit l'expérience le 19 septembre 1648, en présence de « plusieurs personnes de condition de cette ville de Clermont. » On se rendit d'abord au jardin des Pères Minimes, où l'on répéta

(^) DcsciinTBs, Lettre à Carcavi, du il juin 1649.

(*) Dkscartes, Lettre à Carcavi, du 17 août 1649. — Voir aussi la lettre au P. Mersenne, en date du 13 décembre 1647, dans laquelle Descartes dit : «J'avais averti M. Pascal d'expérimenter si le vif-argent montait aussi haut lorsqu'on est au-dessus d'unq montagne que lorsqu'on est tout au bas ; je ne sais s'il Taura fait. »

l'expérience de Torricelli avec « deux tuyaux de verre de pareille grosseur et longs de quatre pieds chacun, scellés hermétiquement par un bout et ouverts par l'autre; il se trouva que le vif-argent qui était resté à Tintérieur était à même niveau, et qu'il y en avait en chacun d'eux, au-dessus de la superficie de cehii du vaisseau, a6 pouces 3 lignes 1/2 (712 millimètres). » Laissante demeure un de ces tuyaux en expérience continuelle sous la garde du P. Chastin, on monta avec l'autre tuyau et une partie du même vif-argent en haut du Puy-de-Dôme, élevé au-dessus des Minimes d'environ 5oo toises (970 mètres), où ayant fait les mêmes expériences de la même façon qu'on les avait faites aux Minimes, on vit qu'il ne restait plus dans le tuyau que la hauteur de 28 pouces 2 lignes (627 millimètres) de vif-argent : « ce qui, écrit Périer, nous ravit tous d'admiration et d'étonnement, et nous surprit de telle sorte que, pour notre satisfaction propre, (nous recommençâmes l'expérience) encore cinq autres fois très exactement en divers endroits du sommet de la montagne, et il s'est toujours trouvé à toutes ces expériences la même hauteur de vif-argent de 23 pouces 2 lignes, qui font les 3 pouces i ligne 1/2 (85 millimètres) de différence d'avec les 26 pouces 3 lignes 1/2 qui s'étaient trouvés aux Minimes; ce qui nous satisfit pleinement. » On redescendit aux Minimes; et, en chemin, on refit l'expérience au lieu àxiLafon de l'arbre, situé vers le milieu de la montagne, et là on observa que la hauteur du vifargent resté dans le tuyau était de 25 pouces (677 millimètres), « ce qui n'augmenta pas peu (la) satisfaction » des expérimentateurs. Étant enfin revenus aux Minimes^ ils constatèrent que, dans le tuyau qu'ils y avaient laissé en expérience continuelle, le vifargent se tenait à la même hauteur de 26 pouces 3 lignes 1/2 (( à laquelle hauteur le R. P. Chastin, qui y était demeuré pour l'observation, (leur) rapporta n'être arrivé aucun changement pendant toute la journée (*). »

Le lendemain, Périer répéta l'expérience au bas et sur le sommet de la plus haute des tours de Notre-Dame de Clermont, « élevée par-dessus son pied de 20 toises (89 mètres) », et il trouva une différence d'environ 2 hgnes (4"°,5).

(*) Périer, Lettre à Pascal, du 22 septembre i648.

ViOLLE, Cours de physique, — I. 49

Enfln Pascal, lorsqu'il eut reçu la letlre de Périer, voyant « que la différence de 20 toises d'élévation faisait une différence de 2 lignes à la hauteur du vif-argent, et que 6 à 7 toises en faisaient une d'environ demi-ligne, ce qu'il était facile d'éprouver à Paris, (fit) l'expérience ordinaire du vide au haut et au bas de la tour Saint- Jacques de la Boucherie, haute de 24 à 25 toises; (il observa) plus de 2 lignes de différence à la hauteur du vif-argent; et ensuite il la fit dans une maison particulière, haute de 90 marches, où (il trouva) très sensiblement demi-ligne de différence (^). »

Avec un bon baromètre, la hauteur d'une table suffît pour répéter Texpérience (pour i mètre d'élévation au-dessus du sol,

le mercure baisse d'environ — de millimètre).

Expérience du vide dans le vide. — Avant l'expérience du Puyde-Dôme, Pascal en avait fait une autre, très probante aussi.

Fig. 4'>o

« l'expérience du vide dans le vide (^) ». Un tube de TorricelliAB, fermé en haut par un morceau de vessie, porte soudé à sa partie supérieure un tube en siphon BGD, dont la petite branche CB s'ouvre dans la chambre B du tube deTorricelli, et dont la grande branche, s'élevant verticalement suivant CD, est fermée en D. L'ap-

(*) Pascal, Hédtde la grande expénence de V équilibre des Uquew'S. Paris; 4648. (^) Pascal, Traité de la pesanteur de la masse de Tatr, écrit en 1653, mais publié seulement en i663, après la mort de Fauteur.

pareil étant renversé, on le remplit entièrement de mercure, et on le retourne sur une cuvette MN, pleine du même liquide. Le mercure abandonne alors entièrement le tuyau DCfi, sauf la courbure, où il se met de niveau dans les deux branches ; au contraire, dans le tube BA, il reste suspendu comme dans un tube de Torricelli ordinaire. >< Or, la raison de cette difTérence est que l'air pèse sur le vif-argent qui est dans l'éctielle MN au bout du tuyau A, et ainsi il tient son vif-argent de dedans suspendu et en équilibre; mais il ne pèse pas sur le vif-argent qui est au bout recourbé du tuyau d'en haut; car la vessie empêche qu'il n'y ait accès d'air; de sorte que le vif-argeut du tuyau tombe librement, parce que rien ne le soutient et ne s'oppose à sa chute. » Si maintenant on crève la vessie B, on voit aussitôt le mercure descendre dans le tube BA au niveau du liquide dans la cuvette, tandis que dans le siphon BCD le mercure monte tout d'un coup à la hauteur qu'il atteignait tout à l'heure dans le tube AB.

L'appareil de Pascal étant un peu fragile, on lui substitue au-

jourd'hui dans les cours un instrument plus commode. Le vide étant fait au moyen de la machine pneumatique dans le récipient qui porte les deux baromètres, on constate que dans le baromètre AB le mercure s'élève & environ 76 centimètres, et que dans le

baromètre CD le mercure est tombé au même niveau dans ies deus branches. Laisse-t-on rentrer l'air, les rôles se trouvent changés : les niveaux s'égalisent dans les deux branches du baromètre AB, tandis qu'en D le mercure monte à 76 cenlimètres.

Expérience de ta vessie. — Dans son Traité sur la pesanteur de l'air, Pascal insiste encore sur une expérience que l'on fait aujourd'hui bien plus aisément. « Si l'on prend, dit-il, un ballon u

demi plein d'air, flasque et mou, et qu'on le porte au bout d'un Gl sur une montagne haute de 3oo loises, il arrivera qu'à mesure qu'on montera, il s'enflera de lui-même, et quand il sera en haut il sera trop plein et gonflé comme si on ^ avait soufflé de l'air à nouveau ; et en descendant, il s'aplatira peu ft peu par les mêmes degrés, de sorte qu'étant arrivé au bas il sera revenu à son premier état. " Cette expansion que l'air du ballon manifeste au sommet de la montagne, parce qu'il est <' chargé de moins d'air en cet endroit-là qu'il n'était en bas », Bojle la montra quelques années plus tard, en plaçant une vessie à moitié gonflée sous le récipient de la machine pneumatique. D'après Boyle lui-même, c'est à Roberval qu'est due celte forme d'une expérience tant de fois reproduite depuis.