CHAPITRE VI

De l’équilibre des gaz et des pressions atmosphériques.

68. L’air est un corps qui ne tombe pas immédiatement sous nos sens comme les corps solides ou les liquides ; mais il se manifeste ii nous par tant de phénomènes sur la terre et sur les eaux , qu’il n’est pas nécessaire de chercher d’autres preuves de son existence. Il y a des orages dans tous les climats et des tempêtes sur toutes les mers : ainsi le fluide de l’air enveloppe toute la surface du globe. Il forme partout une couche d’une grande épaisseur; car dans tous les pays , sur les montagnes , comme dans les plaines , on voit flotter des nuages qui sont emportés par le vent , et au dessus de ces nuages on voit la couleur brillante du ciel, qui est une preuve de la profondeur de l’air , comme la couleur de l’Océan est une preuve de la profondeur de l’eau. S’il n’y avait pas d’air, le ciel 'serait sans éclat et sans couleur; il paraîtrait comme une voûte absolument noire , où l’on verrait les astres briller pendant le jour avec le même éclat que pendant la nuit. Cette grande masse d’air , qui est répandue tout autour de la terre , et dont les couches superposées s’élèvent plus haut que les plus hautes montagnes, est ce que l’on nomme Y atmosphère. Le sommet le plus élevé de l’Himâlaya ne s’élève pas à deux lieues au dessus du niveau de la mer , et nous verrons que l’atmosphère s’élève h plus de douze h quinze lieues.

Les découvertes chimiques du dernier siècle nous ont fait connaître plusieurs corps , qui sont différons de l’air par leur nature , mais qui sont analogues à l’air par leur trans-

parence, par leur fluidité et par l'ensemble de leurs propriétés physiques. Tous ces corps ont reçu différens noms : d’abord on les appelait des airs, et l'on disait alors : air méphitique , air inflammable, air hépatique, air fixe, air pli!o~ gistiquè , déphlogisliqué , etc.; aujourd’hui tous ces corps sont ce que l’on appelle les gaz ou les corps gazeux ou les fluides élastiques.

69. Les gaz sont soumis à deux espèces de forces, comme les solides et les liquides ; savoir : à la force de la pesanteur et aux forces moléculaires.

70. La pesanteur de l’air, qui avait été soupçonnée autrefois , même avant Aristote , n’a été véritablement démontrée qu’en 1G40 par Galilée , et un peu plus tard elle a été confirmée par les belles expériences de Toricelli et par les expériences encore plus frappantes de Pascal. Cette vérité fondamentale peut se démontrer directement par l’expérience suivante : on fait le vide dans un grand ballon , au moyen de la machine pneumatique; on le suspend à l'un des bras de la balance , et de l’autre côté on met des poids pour établir l’équilibre. Si après cela on ouvre un instant le robinet pour laisser rentrer un peu d’air, l’équilibre est rompu , la balance penebe du côté du ballon, et il faut ajouter des poids dans l’autre bassin; si l’on rouvre le robinet encore pendant un instant , il arrive encore une augmentation de poids ; et enfin, si on laisse rentrer l’air complètement , on trouve que pour rétablir l’équilibre il a fallu ajouter dans l’autre bassin une somme de poids très-sensible. Pour un ballon de 10 litres la différence des poids est déplus de 10 grammes; ce qui prouve déjà , par une première approximation , que i litre d’air dans les circonstances ordinaires pèse un peu plus de 1 gramme, c’est-à-dire que l’eau n’est pas mille fois plus pesante que l’air ordinaire à Paris.

71. Les forces moléculaires agissent dans les gaz tout autrement que dans les solides et dans les liquides. Nous avons

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vu que ces forces retiennent les molécules des solides fortement pressées les unes sur les autres , et fixement arrêtées h leur place; qu’elles retiennent aussi les molécules des liquides , tout en leur laissant une grande liberté de se mouvoir dans tous les sens ; mais dans les gaz les forces moléculaires sont répulsives , et toutes les molécules , cédant à l’action de ces forces , tendent sans cesse b s’éloigner les unes des autres , et s’éloignent en effet jusqu’à ce qu’elles rencontrent des obstacles qui les arrêtent. Ainsi , l’air qui est renfermé dans un vase, fait sans cesse un effort contre les parois pour les presser et les repousser plus loin , et il faut toujours ou que les parois éclatent sous cette pression, ou qu’elles soient assez fortes pour y résister. Cette conséquence semble d’abord impossible, car s’il est vrai que dans un vase fermé , l’air fasse un tel effort contre les parois , il semble nécessaire que cet air s’échappe par la moindre ouverture, et qu’il s’échappe à plus forte raison à l’instant où l’on ouvre le vase, ou même avant que l’on ait eu le temps de le fermer. D’où il s’ensuivrait que tous les vases sont vides d’air, tandis que l’on sait bien qu’ils en sont tous remplis , à moins que l’on n’y verse de l’eau ou quelque autre liquide. Pour lever cette difficulté , imaginons un vase de i litre de capacité , par exemple , et fermé de toutes parts ; s’il était vide et que l’on y fît une ouverture , l’air extérieur se précipiterait à l’instant pour le remplir ; au contraire , s’il était plein , que l’on en perçât les parois et qu’il n’y eut pas d’air au dehors , l’air intérieur sortirait à l’instant; mais quand il y a de l’air au dehors comme au dedans , l’air ex térieur fait pour entrer dans le vase autant d’effort que l’air intérieur pour en sortir, et, entre ces deux pressions égales, l’équilibre subsiste aux points où le vase est ouvert, comme aux points où il est fermé par des par^s. C’est donc l’air extérieur qui arrête la force répulsive de l’air intérieur.

Cette propriété est si remarquable qu’il est bon de le démontrer par une expérience directe, Sous le récipient de

LlVfl E PREMIER.

la machine pneumatique on met une vessie à moitié pleine d’air , on donne quelques coups de piston , et on voit la ves sie qui se gonfle de plus en plus jusqu’à prendre tout le volume dont elle est susceptible ; elle se tend comme si on y soufflait de l’air avec une grande force. On voit donc que l’air intérieur qu’elle contient faisait un effort pour repousser les parois , puisqu’il les repousse en effet, dès que, par le jeu de la machine , on enlève l’air du récipient qui arrêtait cet effort. Au lieu d’une vessie on pourrait mettre sous le récipient un vase de verre très-mince , fermé par un bouchon; alors en faisant le vide comme tout à l’heure, on verrait sauter le bouchon ou bien peut-être le vase se briserait. Cette pression , que l’air exerce contre les parois des vases qui le contiennent , est ce que l’on nomme son élasticité ou sa force élastique , ou sa tension.

Un ressort ne devient élastique que quand on le comprime , et il perd sa tension dès qu’il est revenu à son état primitif; mais l’air est toujours dans un état actuel de tension; il n’y a point pour lui de volume primitif, puisqu’il tend sans cesse à occuper un volume plus grand. Un litre d’air ordinaire serait versé dans un espace vide, de plusieurs milliers de mètres cubes de capacité , qu’il se répandrait partout dans cet espace , et qu’il en presserait les parois dans tous les sens , faisant encore un effort pour se répandre plus au large. On conçoit d’après cela combien il importe d’étudier les effets de l’air atmosphérique , car sa seule présence est une force active dans tous les phénomènes que nous observons.

72. Conditions d’équilibre de l’air. — 11 n’y a pour les gaz qu’une seule condition d’équilibre; savoir , que leur force élastique soit la même dans toute l’étendue d’une couche de niveau. Cette condition est analogue à la seconde condition d’équilibre des liquides (G4) , et elle se déduit des mêmes principes : savoir , de la mobilité de molécules et de l’action delà pesanteur qui s’exerce sur elles. Dans un vase

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quelconque ( Fig. 80) tous les points de la couche horizontale cd doivent avoir la même élasticité , car il faut que la force répulsive des molécules qui sont en b , puisse arrêter la force répulsive des molécules qui sont en b'; et ces forces ne peuvent s’arrêter et se faire équilibre , à moins qu’elles ne soient égales dans tous les points de la couche horizontale cc'. 11 en est de même dans toutes les sections de niveau que l’on peut concevoir , soit au dessus, soit au dessous de cc ; mais il est évident que la couche mm ' , par exemple , est plus pressée que cc' , puisqu’elle supporte d’abord toute la pression qui s’exerce en cc' , et qui lui est transmise par le principe d’égalité de pression; et qu’en outre elle supporte encore tout le poids de l’air qui est compris dans la colonne cmm'c et qui pèse librement sur elle comme une colonne d’eau pèse sur le fond d’un vase.

Les conditions delà stabilité et de l’instabilité de l’équilibre sont aussi les mêmes que dans les liquides, et pour les mêmes raisons; l’équilibre est stable quand la densité de l’air inférieur est plus grande que celle de l’air supérieur, et il est instable quand le contraire a lieu. Mais l’équilibre instable , quoique mathématiquement possible , est toujours physiquement impossible , h cause de la grande mobilité des molécules des gaz.

Cette loi de l’équilibre de l’air est une loi universelle pour toutes les masses gazeuses , quelque petites ou quelque grandes qu’elles puissent être. Elle s’applique b l’air contenu dans un grand édifice comme b celui qui est contenu dans un vase de petites dimensions; elle s’applique à toute la colonne d’air atmosphérique qui repose sur une vaste plaine , et elle s’applique eufm à la masse entière de l’air qui constitue l’atmosphère. Que l’on conçoive à une hauteur quelconque, b la hauteur du Mont-Blanc, par exemple, une couche atmosphérique qui enveloppe la terre , et qui soit parallèle b la surface des eaux, il faudra pour l’équilibre que tous les points de cette couche sup-

io

portent partout la même pression , h Paris comme aux antipodes , sur les conlinens comme sur les mers, et dans les régions des pôles comme dans celles de l’équateur. Une seconde couche parallèle à celle-là, mais qui serait à cent mètres au dessous, devrait, par la même raison, avoir tousses points également pressés entre eux , et tous se trouveraient plus pressés que ceux de la première couche, du poids entier de la colonne d’air de cent mètres qu’ils supportent déplus. Ainsi, à hauteur égale, la pression doit être égale , mais elle diminue à mesure que l’on s’élève. La nécessité d’une pression uniforme dans une si grande étendue fait assez comprendre que dans l’océan de l’air tout équilibre est impossible. Un calme universel est incompatible avec tant de mobilité, puisqu’un seul point ébranlé met toute la masse en agitation.

Les gaz ne peuvent pas , comme les liquides , avoir une surface libre sur laquelle aucune pression ne soit exercée ; car nous avons dit qu’il faut un obstacle pour arrêter leur force expansive , qui est indéfinie. D’après cela, on pourrait conclure que l’atmosphère n’est pas bornée à douze ou quinze lieues , comme on le dit communément , puisqu’à cette limite les molécules de l’air toujours poussées parleur force élastique , et ne trouvant rien qui les arrêtât , se précipiteraient dans le vide et se dissiperaient de plus en plus , jusqu’à remplir enfin toute l’immense étendue des cieux. Ainsi l’air serait partout; il envelopperait la lune comme la terre , il envelopperait le soleil et les planètes ; et il formerait autour de ces astres des atmosphères analogues à l’atmosphère terrestre. Nous démontrerons en optique que les phénomènes observés ne justifient point ces conclusions; et sans expliquer à présent les causes probables qui retiennent les molécules de l’air, nous adopterons l’opinion que notre atmosphère est limitée et qu’elle n’a en effet que douze ou quinze lieues d’étendue. Au delà est le vide; la dernière couche de l’atmosphère est la dernière limite de la masse pondérable de la terre.

Dr i.a rrsANTKun. — chap. vi. i/j 7

-3. De la pression de l’air.- — Les conditions générales de l’équilibre étant une lois posées, nous pouvons constater, par des expériences directes, que toutes les couches inférieures de l’air sont en ell'et pressés par les couches supérieures , et qu’elles le sont diversement suivant la hauteur à laquelle on s’élève au dessus du niveau de la mer.

Expérience du crève-vessie. — On met sur la platine delà machine pneumatique une espèce de manchon de verre (Fig. 87), dont les parois sont très-épaisses, et qui est fermé à sa partie supérieure par une membrane de vessie, très-bien tendue et fortement arrêtée sur ses bords. Cette membrane éprouve , d’une part, la pression de l’air extérieur qui tend à l’abaisser, et de l’autre, la pression de l’air intérieur qui tend à la soulever, de telle sorte qu’elle reste en équilibre entre ces deux pressions opposées. Si par quelque moyen on souillait dans le vase une nouvelle quantité d’air, la pression intérieure deviendrait la plus forte, et la membrane se renflerait en dehors; au contraire, si on enlève de l’air, la pression intérieure deviendra plus faible, et la membrane , cédant à la pression extérieure , devra fléchir cl s’enfoncer en dedans. C’est là l’effet qu’on obtient en faisant jouer la machine pneumatique, car elle aspire peu à peu tout l’air qui est contenu dans le vase : dès les premiers coups de piston , on voit la membrane fléchir sous la pression extérieure, puis elle fléchit de plus en plus; enfin quand le vide est fait , on voit qu’elle est très-tendue, et par conséquent très-pressée. On peut juger qu’un poids de 100 kilogrammes, qui serait posé sur elle, lui donnerait moins de tension. Alors , si l’on donne avec le doigt un coup, même très-léger, au milieu de la membrane, clic éclate en mille pièces, et l’on entend une explosion plus forte qu’un coup de pistolet , tant est grande la pression de l’air extérieur , et l’effort qu’il fait pour rentrer dans le vase; car c’est en rentrant avec impétuosité qu’il produit tantdebruit. Au lieu d’une pression de haut en bas, on aurait une

pression latérale, si le crève-vessie était incliné, on une pression de Las en haut, s’il était renversé; toutes ces pressions ne produiraient pas moins d’effet que la première, ce qui prouve Lien que l’air presse dans tous les sens , ou que les pressions se transmettent et deviennent aussi des pressions de Las en haut , comme il arrive dans les liquides*

Celte expérience semble d’abord très-étonnante; on ne comprend pas comment l’air d’un appartement peut exercer une pression si prodigieuse. Il faudrait qu’il fût bien pesant s’il n’agissait que par sa pesanteur, car une colonne d’eau qui aurait toute la hauteur de l’appartement serait Lien loin de produire un tel effet. C’est qu’aussi il y a une autre cause. Supposons, pour un moment, que l’expérience ait été faite en plein air; alors, d’après les principes de l’hydrostatique, la pression serait égale au poids de la colonne d’air, ayant pour base la largeur de la membrane, et pour hauteur , non pas un mètre, ni dix mètres, ni cent mètres, mais toute la hauteur de l’atmosphère; dix lieues si l’atmosphère a dix lieues , cent lieues si l’atmosphère en a cent. Puisque sur une même couche de niveau les pressions sont toujours égales, on voit que dans un appartement la pression qui s’exerce sur le crève-vessie est aussi toute la pression atmosphérique.

En mesurant cette pression , qui fait éclater avec tant de bruit la membrane du crève-vessie , on aurait tout le poids d’une colonne d’air qui s’élève aussi haut que l'atmosphère peut s’étendre. De même qu’un physicien pourrait , au fond de la mer, avec un appareil semblable, trouver le poids total de la colonne d’eau qui s’élèverait au dessus de sa tête.

74. Mesure de la pression atmosphérique. — Puisque l’atmosphère enveloppe la terre , elle en presse tous les points , comme elle presse la membrane du crève-vessie; elle presse également toute la surface des continens et toute la surface des eaux , soit dans l’immense étendue des mers.

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UE LA PESANTEUR

soit dans les lacs, soit dans les vases qui servent à nos expériences.

Supposons qu’un tube plonge par une de ses extrémités dans un vase rempli d’eau (Fig. 88) : le liquide se met au même niveau dans le tube et dans le vase , parce que la pression atmosphérique est la même , dans l’intérieur du tube en nn' , cl au dehors sur la suface NN'. Mais si on aspire une partie de l’air contenu dans le tube , le liquide monte comme s’il était lui-même aspiré; il monte de plus en plus à mesure que l’aspiration continue , il s’arrête quand elle cesse, et la colonne soulevée reste suspendue dans l’intérieur du tube. Celle expérience , qui n’est qu’un jeu d’enlant , va nous donner le moyen de mesurer la pression atmosphérique , et de trouver le poids total de l’air, comme si nous pouvions mettre tout l’atmosphère dans une balance. En aspirant l’air , on diminue la pression qui s’exerce à l’intérieur du tube, sans rien changer h la pression extérieure : celle-ci étant alors la plus forte , elle force le liquide à monter, jusqu’à ce que la condition d’équilibre soit remplie, c’est-à-dire jusqu’à ce que la pression soit la même sur toute la couche de niveau , aussi bien à l’intérieur en nn qu’à l’extérieur en N N'. Au moment où ces pressions sont égales le liquide cesse de monter; mais la pression intérieure qui s’exerce sur nn' se compose de deux parties : de la pression due au poids de la colonne soulevée, et de la pression due à l’élasticité de l’air qui reste au-dessus du sommet de cette colonne. Ainsi , en diminuant de plus en plus l’élasticité de l’air, l’eau intérieure doit s’élever de plus en plus, et enfin, si l’on épuise l’air complètement, il faudra qu’elle s’élève à tel point qu’à elle seule elle presse sur nn1 autant que l’atmosphère presse au dehors sur NN'; il faudra donc que le poids de celte colonne d’eau soit égal au poids d’une colonne d’air do même base, ayant pour hauteur toute la hauteur de l’atmosphère; car, sur chaque centimètre carré de surface, l’air cl l’eau ne pressent que par leur

poids. Voilà donc le moyen de peser une colonne atmosphérique, quelle que soit la hauteur à laquelle elle puisse s’élever; tout se réduit à trouver un tube assez long, et à épuiser l’air assez complètement. Pascal en fit l’expérience à Rouen , en 1G46 ; son tube avait 40 pieds de long, et pour s’éviter la peine d’en épuiser l’air peu à peu, ce qui aurait été impossible en ce temps-là, il le fit sceller à un bout, le remplit de vin, et ferma l’autre bout avec un bouchon, Alors , par le moyen de cordes et de poulies, le tubo fut redressé verticalement, et l’extrémité inférieure fut plongée dans un vase d’eau; au moment où l’on enleva le bouchon qui la fermait , toute la colonne liquide s’abaissa dans le tube jusqu’à ce que son sommet fût à environ 32 pieds au dessus du niveau de l’eau du vase. Dans les i4 pieds qui étaient au dessus, il n’y avait point d’air, c’était le vide; ainsi, la colonne liquide faisait à elle seule équilibre à la pression atmosphérique ; d’où il suit qu’une colonne d’eau ou devin de 32 pieds de hauteur pèse autant qu’une colonne d’air de même base. Ainsi , chaque point de la surface de la terre est pressé comme s’il était recouvert d’une couche d’eau de 32 pieds de hauteur; et nous, qui vivons au fond de l’océan de l’air, nous sommes pressés de toutes parts comme si nous étions au fond d’un lac , avec 32 pieds d’eau au dessus de nos têtes.

C’est à des fontainiers de Florence que nous devons le premier germe de cette découverte. Ayant eu l’occasion de faire un corps de pompe qui avait plus de 32 pieds de hauteur, ils virent , avec grande surprise , que l’eau ne voulait pas monter jusqu’à son sommet. A cette époque , on expliquait l’ascension des liquides , en disant que la nature avait horreur du vide , et qu’elle y poussait les liquides pour le remplir. Les explications par les causes occultes n’étaient pas de celles dont Galilée pût se contenter; aussi, dès qu’il eut connaissance du fait observé par les fontainiers, il supposa que la pesanteur de l’air en était la véri-

labié cause. ToriCelli , son disciple , en donna la preuve la plus décisive; voici à peu près son raisonnement : pour exercer des pressions égales , les colonnes liquides doivent avoir des hauteurs qui soient en raison inverse de leur densité; donc , un liquide qui pèserait une fois plus que l’eau , ferait équilibre h l’atmosphère avec une colonne de i 6 pieds, et le mercure , qui pèse à peu près quatorze fois plus que l’eau, doit faire équilibre avec une colonne qui est la quatorzième partie de 02 pieds, ou environ 28 pouces. C’est une conséquence facile à vérifier : on prend un tube de verre d’une trentaine de pouces, fermé par un bout; on le remplit de mercure, et ensuite, après l’avoir bouché avec le doigt, on le retourne verticalement pour en plonger l’extrémité dans une cuvette remplie de même liquide (Fig. go). Aussitôt qu’on enlève le doigt , la colonne intérieure descend de quelques pouces, puis elle s’arrête; l’équilibre est établi , et le petit filet de mercure qui reste suspendu dans le tube est une balance qui donne le poids de l’atmosphère. Cet appareil est le baromètre ; la colonne d’eau de Pascal était un véritable baromètre à eau. Le vide qui est au dessus de la colonne barométrique s’appelle le 'vide barométrique ou le vide de TorriceUi.

Nous pouvons à présent mettre une grande exactitude

dans nos résultats. La hauteur du baromètre est la hauteur

verticale du sommet ss' (Fig. go) , au dessus du niveau NN' ; elle n’est pas la même dans tous les lieux , mais sur les bords de la mer elle est ordinairement de 76 centimètres. Ainsi, pour un centimètre de base , la colonne soulevée a un volume de 7G centimètres cubes ; et son poids , qui est égal au volume multiplié par la densité, est par conséquent de 76X i3,5g, ou de ik, o35, car la densité du mercure est de 1 3,5g. La colonne d’air atmosphérique qui repose sur la mer et qui a un centimètre de base , a donc dans toute sa hauteur un poids de j1v, o53; on peut même pousser plus loin le calcul , et trouver le poids de la masse entière de

l’air qui compose l’atmosphère, car autant il y a de centimètres carrés dans la surface de la terre , autant il y a de fois ik,o35 dans le poids total de l’air. Le rayon du globe étant de G56G 7/1 5 mètres , sa surface est d’environ 100 mille myriamètrcs ; sur chaque myriamètre le poids est d’un million de millions de tonnes , de chacune mille kilogrammes ; ainsi , le poids total de l’air est de cent mille millions de millions de tonnes. Voilà donc le poids total de l’air, des vapeurs, et des exhalaisons de toutes sortes qui composent l’atmosphère. 11 sera curieux d’examiner, comme nous le ferons plus tard , si cette masse de substances gazeuses éprouve des variations accidentelles, ou des variations séculaires , et si elle a sensiblement changé depuis que ïoricelli et Pascal l’ont pesée pour la première fois.

75. Construction du baromètre. — - On donne à cet instrument des formes différentes suivant l’usage auquel on le destine; mais il y a quelques conditions générales d’exactitude qu’il faut toujours remplir, quelle que soit la forme que l’on adopte.

i° Il faut que le mercure soit très-pur, parce que sa densité s’altère avec sa pureté.

20 Quand la colonne monte ou descend dans l’intérieur du tube, la surface extérieure s’abaisse ou s’élève, et il faut disposer l’appareil pour qu’on puisse à chaque instant mesurer la hauteur du baromètre, c’est-à-dire la hautevr verticale du niveau intérieur au dessus du niveau extérieur.

5° Il faut que le vide soit parfait au dessus du sommet de la colonne barométrique ; car s’il restait un peu d’air dans cet espace , ou s’il y avait quelques vapeurs , ce serait une force élastique qui agirait sans cesse pour repousser le mercure , et qui l’empêcherait de monter à son vrai niveau.

Pour obtenir le vide aussi exactement qu’il est possible , on fait bouillir le mercure de la manière suivante {Fig. 89): On remplit le tube au tiers de sa longueur, et on le fait

bouillir à plusieurs' reprises dans toute cette étendue; ensuite on verse une nouvelle quantité de mercure qui soit un peu chaud , pour ne pas faire éclater le tube , et ou recommence l’ébullilion dans toute la longueur de cette nouvelle colonne ; on ajoute ainsi de nouvelles quantités de mercure , que l’on lait successivement bouillir jusqu’à ce qu’enfm l’ébullition oit parcouru toute la longueur du tube ou à très-peu près; alors on achève de le remplir avec du mercure bouilli , et le baromètre est terminé. Cependant il est bon de vérifier si par le retournement on n’aurait pas laissé entrer quelques bulles d’air; il faut pour cela incliner le tube un peu vivement pour que le mercure vienne en frapper le sommet; s’il donne un coup sec, on peut espérer que le vide est assez bien fait, sinon l’opération est certainement manquée.

Quand toutes ces conditions sont remplies , il y a encore, en général, deux 'corrections à faire pour avoir la hauteur du baromètre : l’une est relative à la capillarité , et l’autre à la température , à laquelle se trouve le mercure au moment de l’observation. Le sommet de la colonne barométrique est arrondi par la capillarité, et en même temps il est retenu par elle à une hauteur d’autant moindre que le tube est plus étroit. Nous donnerons dans la météorologie les tables nécessaires pour faire les corrections qui dépendent de celle cause; mais nous pouvons dès à présent faire remarquer que dans cerlains baromètres le sommet de la colonne est loin d’èlre convexe, comme il devrait être : quelquefois il est plan , quelquefois même il est concave; Don Casbois avait observé ce fait, et on en avait donné diverses explications; mais M. Dulong a fait voir que ce phénomène singulier tient à un oxide de mercure qui se forme pendant l’ébullition, et qui se dissout dans le reste de la masse. Il faut donc avoir grand soin de ne pas faire bouillir le mercure au contact de l’air, car les corrections de la capillarité supposent essentiellement que la colonne prend

toute la convexité qu’elle doit prendre. Nous donnerons pareillement des tables de correction pour la température , et l’on conçoit combien elles sont importantes , puisque le mercure, en se dilatant , devient de plus en plus léger, et que par cette cause la colonne peut être trop haute de plusieurs millimètres.

On distingue deux sortes de baromètres : les baromètres ci siphon et les baromètres à cuvette. Les premiers sont ceux dont le tube est recourbé à sa partie inférieure en forme de siphon ( Fig. 91 ) , tandis que dans les derniers le tube est tout droit, et plonge par son extrémité dans une cuvette plus ou moins large (Fig. 90).

76. Le baromètre ordinaire est un baromètre à siphon (Fig. g 5), porté sur une monture en bois; l'échelle des hauteurs est ordinairement en métal; le zéro de sa division est fixe, et se trouve au niveau du mercure de la courte branche ; ce niveau changeant quand le baromètre change , il en résulte des erreurs d’autant plus grandes que la courte branche est plus étroite.

77. Le baromètre à robinet (Fig. 90 bis) est un baromètre h siphon, qui porte à sa partie inférieure une garniture en fer et un robinet de même mêlai. Pour transporter cet instrument on l’incline d’abord , de manière que la branche fermée se remplisse complètement de mercure; alors on ferme le robinet , et on a moins à craindre que l’air puisse pénétrer dans le tube par les secousses du voyage.

78. Le baromètre à cadran est un baromètre à siphon , dont le mécanisme est représenté (Fig. 97). Une poulie mobile, faisant partie de la monture, porte, au moyen d’un fil de soie , deux petits poids qui ne sont pas tout-àfait égaux : le plus lourd tombe sur la surface du mercure et partage tous ses mouvemens ; il monte quand elle monte , et descend quand elle descend: le plus léger fait l’office de contre-poids , en sorte que la poulie est toujours entraînée , tantôt dans un sens et tantôt dans l’autre ; en

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même temps l’aiguille qu’elle porte parcourt les divisions du cadran , et marque , selon le préjugé , le beau , le variable ou la tempête. On s’arrange pour que les variations les plus extrêmes du baromètre ne puissent pas faire parcourir à l’aiguille plus d’une révolution du cadran; car elle passerait alors sur une même division pour deux hauteurs différentes , et le baromètre dirait deux fois la même chose dans deux circonstances très-différentes , ce qui ne serait pas le moyen de dire toujours la vérité. Habituellement on met la tempête au dessus du cadran , et le beau fixe dans le bas , le variable prend sa place au milieu; on préfère ce baromètre quand on recherche l’agrément , mais on ne s’en sert jamais quand on veut de l’exactitude.

79. Parmi les baromètre à siphon , il y en a un qui réunit tout les avantages , soit pour l’exactitude de ses indications , soit pour la facilité avec laquelle ou peut le transporter dans les voyages les plus difficiles : c’est le baromètre de M. Gay-Lussac. Comme il est sans robinet, 'sans piston, sans bouchon même , on peut faire une observation en moins d’une minute. <1 Pour mieux faire concevoir ce qui caractérise ce baromètre, dit M. Gay-Lussac, je le supposerai dépouillé de sa monture , qu’on peut varier d’ailleurs d’une infinité de manières. La figure 91 représente le Iule barométrique dans sa situation propre h l’observation. Nu sont les deux niveaux du mercure; la grande branche AB est d’un égal diamètre jusqu’en F. En ce point le tube AF est soudé avec un autre tube FBC , fort, en verre, dont le diamètre intérieur doit être de 1 à 2 millimètres. La petite branche CD du baromètre doit avoir le même diamètre que la partie NF de la grande. Elle est fermée en D ; mais en E , à la distance de 2 h 3 centimètres de D , se trouve un petit trou capillaire par lequel le mercure ne peut point s’échapper à moins d’une pression trèsgrande , et qui néanmoins permet à l’air d’entrer dans la cuvette etden sortir librement.

» La figure 92 représente le baromètre renversé ; le mercure occupe la partie CBFA du tube , et l’excédant est logé en D. Il convient que cet excédant soit nul ou au moins très-petit. On fait sortir très -aisément le mercure en tenant la branche CD horizontalement , le trou E en dessous ; le mercure étant au dessus du trou , on dilate l’air en chauffant la branche CD , et le mercure est alors expulsé. Si au contraire on veut faire rentrer du mercure dans le baromètre , on le plonge dans la situation où le représente la figure 91 , dans un bain de mercure jusqu’au dessus da trou E , et on incline le tube. L’air étant alors dilaté dans la branche CD , le mercure y rentrera , pourvu que la perle de l’élasticité de l’air soit plus grande que la longueur de la colonne dont le mercure s’abaisserait dans un tube dont le diamètre serait égal à celui du trou. J’ai supposé ici que le baromètre n’avait d’autre ouverture que le trou capillaire E; mais il est bien plus facile de régler le baromètre pendant qu’il est ouvert en D.

» La figure q5 représente le baromètre dans la même position que la figure 92 , avec cette différence seulement que la branche BFA est supposée vide de mercure depuis B jusqu’en G; ce qui peut arriver en imprimant au baromètre des secousses violeutes. Dans ce cas, l’instrument ne pourrait plus servir si le tube CBGF avait un diamètre aussi grand que le tube AF , parce qu’en renversant l’instrument , l’air contenu en BG monterait nécessairement dans sa partie supérieure; mais si le tube CBGF n’a au plus que 2 millimètres , comme je l’ai indiqué , la colonne GF du mercure ne pourra pas être divisée par l’air, et celui-ci sera expulsé par la chute du mercure lorsqu’on retournera le baromètre. Il arrivera même quelquefois que la colonne GA restera suspendue, quoique plus grande que la pression barométrique; mais en donnant une légère secousseà l’instrument , de haut en bas , la colonne tombera aussitôt , et l’air contenu en B G sera chassé.

DE LA PESANTEUR. — Oit AP. VI. I Ü>7

» Il y a donc deux choses qui caractérisent le nouveau baromètre; i°. le petit trou capillaire E , qui laisse une libre circulation à l’air , et empêche cependant le mercure de sortir ; 2°. le tube CBF d’un diamètre assez étroit pour que l’air ne puisse pas diviser la colonne do mercure , comme cela a lieu dans l’ingénieux baromètre conique d’Amontons.

»En construisant ce baromètre il faut que l’artiste ait l’attention de ne point porter d’huile dans la branche BCD, soit en la fermant en D, soit en faisant le petit trou E. J’ai déjà dit que c’est l’huile ou tout autre corps gras qui est la cause de la poudre noire ou de la crasse qui se forme dans les baromètres , quand le mercure est d’ailleurs bien pur, et on ne saurait l’exclure avec trop de soin. J’ai lait faire plus de cinq cents lieues à mon baromètre; M. Dcscotils , dans un voyage en Italie, lui en a fait faire plus de douze cents , et je puis allirmcr que le mercure était aussi net que le premier jour , malgré les secousses continuelles auxquelles il a été exposé dans une chaise de poste .

» ün voit aisément pourquoi l’axe du tube AF n’est pas dans le prolongement de celui du tube FB; c’est afin que le centre de gravité de l’instrument soit sur cet axe lorsque l’instrument sera suspendu librement en A (Fig. 94)....-..

» Le transport de ce baromètre est très-facile , et il ne pourra se déranger si l’on a l’attention de le tenir renversé, comme l’indiquent la figure 92, ou au moins incliné sous un angle de quinze à trente degrés. J’ai annoncé qu’il ne fallait pas plus d’une minute pour l’observer; et, en effet , il suffit de le renverser pour qu’il se prête immédiatement à l’observation.

»On peut le monter de beaucoup de manières; par exemple, le mettre dans une canno fendue dans toute sa longueur , et qui s’ouvre à charnière (Fig. 94) ; mais je préfère l’enfermer dans un tube creux de métal , fendu dans une partie de sa longueur , et recouvert par un autre tube

qui peut glisser longitudinalement ou tourner à léger frottement sur le premier. Si l’on adopte cette dernière construction, le tube extérieur doit aussi être fendu pour laisser voir la colonne de mercure ou la cacher, suivant que les fentes des deux tubes seront ou ne seront pas appliquées l’une sur l’autre.

» On peut encore, si l’on veut avoir un instrument peu dispendieux , tracer les divisions sur le verre même , et enfermer le tube barométrique dans un tube de fer-blanc qui s’ouvre à ses deux extrémités. Il n’est pas alors nécessaire de se servir d’un vernier, parce que les divisions étant près du mercure , on évite facilement l’effet de la parallaxe , et on peut , avec un peu d’habitude , évaluer avec l’œil JL et même ~ de millimètre, pour vu que l’on observe l’origine de

courbe du mercure. Enfin , si l’on voulait se conserver la facilité de nettoyer le tube CD , dans la crainte que le mercure ne se ternît à la longue, on pourrait se contenter de le fermer en D avec une peau ou avec un liège.

» La manière de se servir du nouveau baromètre ne présente aucune difficulté; on observe la hauteur delà colonne inférieure et celle de la colonne supérieure,, et on les retranche l’une de l’autre. Si les deux branches sont d’un égal diamètre , il suffira d’observer la hauteur de la colonne supérieure , et de doubler les variations apparentes pour avoir les variations réelles. Lors même que les deux branches n’auraient pas un égal diamètre , on pourrait encore se contenter d’une seule observation, pourvu que l’on connût les vraies différences de niveau decenlimère en centimètre, parce que dans l’intervalle on pourrait regarder, sans erreur sensible, les deux branches comme ayant le même diamètre. Cet avantage , commun à tous les baromètres ^ siphon, est très-précieux pour les voyages géodésiques; car on fait d’autant plus d’observations qu’elles sont plus faciles à faire. »

Un jeune artiste, M. Bunten, a Lut au baromètre de

M. Gav-Lussac un léger changement qui paraît offrir quelques avantages; il suffit, pour en prendre une idée, de jeter les yeux sur la figure 91 bis. On voit que l’air qui tendrait à monter dans le vide barométrique serait arrêté en B.

80. Baromètre de Fortin. ■ — Le baromètre de Fortin {Fig. 9G) est un baromètre à cuvette; ce qui le distingue, c’est qu’il est à niveau fixe. Ce niveau est marqué par l’extrémité d’une pointe d’ivoire. La cuvette a un fond mobile; il suffit de tourner la vis V dans un sens ou dans l’autre pour faire monter le niveau ou pour le faire descendre ; en même temps qu’on la tourne on observe l’image de la pointe d’ivoire qui se réfléchit sur la surface brillante du mercure, et il est facile d’amener le niveau exactement en contact avec l’extrémité de la pointe. C’est par là qu’on commence toutes les observations. Le tube de métal qui enveloppe le tube de verre est fendu des deux côtés vers sa partie supérieure, et il porte des divisions qui sont comptées de l’extrémité même de la pointe, de telle sorte qu’il suffit de diriger par les deux fentes un rayon visuel , qui rase la surface de la colonne, et de voir à quelle division il correspond. Pour éviter les erreurs que l’on pourrait commettre en s’écartant au dessus ou au dessous de la ligne horizontale, il y a un curseur qui glisse sur le tube de métal , et qui n’est fendu que dans une petite partie de sa longueur; la fente qui est en avant et celle qui est derrière, se terminent par deux plans de même niveau, perpendiculaires à la longueur du tube. On abaisse le curseur jusqu’à ce que le rayon visuel qui rase ces plans rase pareillement le sommet de la colonne ; alors il suffit de voir à quelle division du tube correspondent les plans , ce qui est très-facile , parce qu’ils forment le zéro du nonius du curseur. De cette manière on peut avoir la hauteur du baromètre à moins

de — de millimètre.

Si. Variations du Baromètre. — Nous ne savons rien de ce qui se passe dans les hautes régions de l’air; ici , à la

surface de la terre , nous observons des changemens de température , tantôt périodiques , tantôt brusques et inattendus; nous observons des vents et des orages , mais nous ne pouvons juger des secousses atmosphériques que jusqu’à la hauteur où l’agitation des nuages nous en permet l’observation. Au moyen du baromètre nous serons instruits de ce qui se passe dans toute la hauteur de l’atmosphère; car il nous donne à chaque instant le poids de la colonne d’air, et c’est exactement comme si nous avions toute celte colonne en équilibre dans une balance.

On présume bien d’après cela que dans un même lieu le baromètre ne reste pas stationnaire dans le cours d une année , et qu’il éprouve des variations plus ou moins considérables. Et en effet , à Paris , par exemple , il n’y a presque pas de jours où il ne change de plusieurs millimètres. Fn général on distingue deux espèces de variations dans le baromètre, les variations accidentelles et les variations horaires; celles-ci se reproduisent très-régulièrement à des heures marquées, et sont d’une grandeur constante; les autres surviennent irrégulièrement sans qu'on en puisse prévoir ni l’époque ni l’étendue.

82. Hauteurs moyennes. — Comme les variations ne sont jamais très-promptes, si on observait le baromètre d’heure en heure , vingt-quatre fois dans la journée , qu’on ajoutât les ^ingt-quatre hauteurs observées, et qu’on en prît la vingt-quatrième partie , on aurait très-exactement la liauteurc moyenne du jour ; car on aurait le même résultat que si l’on eut observé de demi-heure en demi-heure, ou même de minute en minute. Mais on conçoit que s’il fallait essentiellement passer par les vingt-quatre observations pour avoir la hauteur moyenne d’un jour, il faudrait , quelle qu’en soit l’importance , désespérer d’y arriver jamais. Quel observateur pourrait s’assujettir pendant des années entières à une régularité aussi minutieuse et aussi mécanique ?

C’est sans doute pour cette raison que l’on a été si longtemps avant de savoir trouver des moyennes qui pussent servir à quelque chose : tantôt on ajoutait la hauteur maximum et la hauteur minimum, et on en prenait la moitié, tantôt on employait de la même manière les hauteurs du lever du soleil et celles de deux heures , tantôt on faisait d’autres combinaisons qui n’étaient ni moins arbitraires ni moins inexactes. Enfin M. de La Place a donné la théorie complète de l’équilibre barométrique -, et plusieurs grands observateurs , à la tète desquels on doit placer M. Ramond et M. de Humboldt , nous ont appris tout ce qu’on pouvait tirer du baromètre, soit pour la météorologie, soit pour les grands niveîlcmens géographiques. M. Ramond , dans l’excellent ouvrage qu’il a publié sur ce sujet, a fait voir, par une longue suite d’expériences , qu’il existe une heure de la journée où la hauteur du baromètre est très-sensiblement la hauteur moyenne du jour. Cette heure est , dans nos climats , l’heure de midi : ainsi on est dispensé de faire vingt-quatre observations dans la journée; que l’on en fasse une seule avec exactitude h 1 heure de midi , et l’on aura la hauteur que l'on cherche. On conçoit qu’en ajoutant les trente hauteurs moyennes des trente jours du mois, et pro nant le trentième de la somme, ou aura la hauteur moyenne du mois ; et qu’en traitant de même les douze moyennes des douze mois , on aura enfin la hauteur moyenne de l’année. Ce résultatest fondamental et très-important à connaître pour chaque lieu de la terre; maisM. Ramond a encore démontré que dans nos climats le phénomène curieu^des variations horaires ne peut ni se démêler , ni se mesurer exactement, à moins qu’on De détermine encore les moyennes mensuelles et annuelles qui correspondent à certaines heures de la journée. C’est pour cela que les observateurs qui veulent concourir d’une manière utile au progrès de la science observent régulièrement le baromètre quatre fois par jour, i. 1 1

et aux heures précises de 9 heures du malin, de midi, de 5 heures du soir et de 9 heures du soir.

A Paris, la hauteur moyenne n’est pas la même pour toutes les années , mais les variations qu’elle éprouve ne sont pas considérables; en dix années, de 1816 à 1825, la plus grande différence n’est pas de quatre millimètres; voici le tableau des résultats.