CHAPITRE III

Des vapeurs et des substances météoriques qui tombent de T atmosphère.

G56. L’air atmosphérique est composé d’oxigène, Ta-' zote et de quelques centièmes d’acide carbonique; ccs élémens ont une grande mobilité mécanique, mais ert même temps ils ont, en présence les uns des autres , une grande stabilité chimique, et s’ils existaient seuls, ils ne pourraient jamais éprouver de grandes secousses , ni produire des phénomènes météorologiques très-variés. Les seules causes connues qui s’exerceraient alors pour les agiter etpour en troubler l’équilibre seraient le mouvement de rotation de la terre, les vagues soulevées sur les eaux , et les couraus excités par la chaleur. Ces causes, quoique puissantes , se réduiraient sans doute à produire quelques brises légères, soit dans les régions équatoriales , soit dans les régions polaires ou tempérées. Ainsi tous les grands phénomènes atmosphériques que nous observons résultent des substances étangères qui peuvent être , ou lentement accumulées , ou soudainement enlevées et suspendues dans les airs. Ces substances météoriques doivent donc être étudiées avec une attention particulière dans leur origine, dans leurs propriétés et dans les diverses apparences sous lesquelles elles peuvent se présenter.

Pour simplifier, autant qu’il est possible, une étude qui embrasse tant de questions difficiles, nous adopterons-, les divisions suivantes* Nous nous occuperons successivement

De l'hygrométrie,

Du serein et de la rosée t

DES VAPEURS DE l’ ATMOSPHÈRE. — CIIAP. III. 'j 29

Du givre et de la gelée ,

Des brouillards et des nuages,

De la pluie, de la neige, du grésil et du verglas,

Des diverses substances météoriques et des aérolithes.

De T hygrométrie.

, 65y Construction et usage des hygromètres.

L’hygrométrie a un double but , celui de mesurer la force élastique de la vapeur qui existe dans l’air, et celui de déterminer l’action que les divers corps de la nature peuvent exercer sur cette vapeur. Celte seconde partie offre nécessairement une foule de phénomènes qui ne peuvent être considérés ici que d’une manière générale \ ainsi nous nous attacherons particulièrement à la première partie, qui présente une question nette et précise.

Tous les instrumens qui servent .à mesurer la force élastique de la vapeur contenue dans l’air se nomment des hygromètres ; mais parmi ces instrumens il faut distinguer ceux qui donnent immédiatement cette mesure et ceux qui ne la peuvent donner que cl’une manière indirecte, et par des déductions plus ou moins incertaines. Les premiers peuvent être appelés hygromètres de condensation , parce que tous ceux qui sont connus jusqu’à présent reposent sur la condensation de la vapeur convenablement refroidie 5 les seconds peuvent être appelés hygromètres di absorption , parce qu’ils reposent tous sur l’absorption de la vapeur au moyen de diverses substances.

658. Hygromètres de condensation. Concevons un vase cylindrique en verre , plein d’eau , ayant ses parois parfaitement transparentes , nettes et bien essuyées 5 supposons qu’il soit placé sur un support ou sur une table dans un lieu dont la température est, par exemple, de 20°, et qu’il ait lui-même celte température. Tout le monde sait que , si l’eau contenue dans ce vase est graduellement refroidie

à ig°, puis à 180 et à 170, etc. , il arrive un instant où la transparence est tout à coup troublée , et lorsqu’on regarde attentivement* 011 aperçoit que ce phénomène est du à une l’osée très-fine qui s’est déposée sur les parois. Si le point -de-rosée (c’est ainsi que l’on appelle l’instant précis où la rosée commence à se déposer) ; si le point-de-rosée a lieu , par exemple , à 1 5°, c’est-à-dire, au moment où l’eau du vase atteint la température de i5°, on en conclura que la force élastique de la vapeur contenue dans l’air est de i3 millimètres, force élastique maximum pour la température de i5°; s’il a lieu à i'2°, on en concluera que la vapeur a 1111e force élastique de 11 millimètres; à io°, une force élastique de 9 millimètres : en un mot, la force élastique de la vapeur contenue dans l’air est toujours la force élastique maximum correspondante à la température du point-de-rosée. En effet, la couche de gaz qui enveloppe les parois extérieures du vase se refroidit comme ces parois elles-mêmes , et tout en se refroidissant par leur contact , elle conserve son élasticité totale qui est mesurée par la hauteur du baromètre; mais, il y a plus, les deux élémens qui composent cette couche de gaz, savoir, l’air et la vapeur, conservent chacun leur élasticité partielle; or, à l’instant où cette vapeur commence à se condenser, elle a évidemment la force élastique maximum correspondante à la température de condensation. Donc , cette force élastique est celle qu’elle avait avant le refroidissement : c’est , par conséquent , la force élastique cherchée.

Tel est le principe simple et rigoureux sur lequel repose la construction des hygromètres de condensation. Tout se réduit à observer exactement la température du point-de-rosée et à chercher dans les tables la force élastique correspondante. Pour rendre ce principe cncortl plus facile à comprendre, et pour habituer l’esprit à eil faire l’application , nous reproduirons ici les tables de Ll force élastique de la vapeur d’eau, depuis — 20 à 4o°, qu j

DES VAPEURS DE ^ATMOSPHÈRE. — Cil AP. III.

sont à peu près les extrêmes dç température entre lesquels se font toutes les observations hygrométriques.

Table de la force élastique de la

vapeur d’

eau depuis

Température.

Fojco «iast.

Tempérât. Force élast.

Tempérai.

Force élast.

ifô

Ainsi, la force élastique de la vapeur contenue dans de l’air est 5 millimètres, quand le point-de-rosée est à o° ; elle est de g, 5 quand il esta io°, de 17,3 quand il est à 20° , de 3o,6 quand il est à 5o°, etc. Et ces résultats sont complètement indépendans de la température ambiante 5 seulement, si elle est presque égale à la température du point-de-rosée, l’air sera presque saturé de vapeurs ou saturé d'humidité j et si , au contraire , elle surpasse de beaucoup celle du point-de-rosée, l’air sera très-sec. Prenons up exemple ; supposons que l’on ait fait quatre expériences :

La première, en lxivcr, par une température de o°;

La deuxième, au printemps, par une température de

IOo;

<jZ2 LIVRE NEUVIEME.

La troisième, en été, par une température de 3o°;

La quatrième, en automne, par une température de 200 ;

Que l’on ait constamment trouvé le point-de-rosée à o°, on en devra conclure que, dans ces quatre expériences, l’air atmosphérique contenait la même quantité de vapeur, et que la force élastique de cette vapeur était de 5 millimètres. Mais, tout en contenant la même quantité de vapeur, l’air avait cependant des degrés d’humidité bien différons : dans le premier cas, il était très-humide et presque saturé d’humidité ; dans le deuxième cas, il était déjà très-scc ; dans le quatrième cas , excessivement sec ; quant au troisième cas, c’est une sécheresse si grande que jamais peut-être l’on n’en a observé une pareille dans l’atmosphère. C’est ainsi que la comparaison des degrés d’humidité est tout autre chose que la comparaison des quantités de vapeur. En été , par 3o° de température , l’air est sec, quand le point-de-rosée est à i5 ou 20°, et, par conséquent, lorsque la quantité de vapeur contenue dans l’air est quatre ou cinq fois plus grande qu’elle n’est en hiver par un temps complètement humide.

Le vase en verre ou en cristal, qui vient de nous servir à démontrer le principe sur lequel reposent tous les hygromètres de condensation, n’est pas lui-même un’hvgromètre, bien qu’il puisse en tenir lieu. 11 était important de lui donner une disposition qui pût en faire un véritable instrument météorologique, c’est-à-dire, un instrument portatif, facile à observer et exact dans ses indications. Ces conditions me semblent à peu près remplies dans les deux hygromètres suivants : l’un est Y hygromètre à capsule que j’ai fait construire il y a huit ou dix ans, mais dont je n’ai pas eu occasion de publier la description , bien qu’il ait paru très-commode à quelques observateurs; l’autre est Yhygromètrc de Daniel , dont on se sert beaucoup eu Angleterre.

ÏY hygromètre ùcapsule est représenté dans la fig.

DES VAPEURS DE ^ATMOSPHÈRE. - CIIAP. III. y33

Il sc compose d’uue capsule cc' et d’un thermomètre t t'. La capsule est en plaqué d’or extrêmement mince; elle a 4 ou 5 centimètres de diamètre, et io ou 12 millimètres d’élévation ; elle porte une petite douille par laquelle on la fixe dans un petit bouchon d’ivoire b b'. Le thermomètre est scellé dans la douille; sa boule t est isolée au milieu de la capsule , et sa tige descend jusqu’au pied p p' de l’instrument. On y laisse un peu d’air pour que la colonne ne se divise pas; ce thermomètre, à la fois trèsdélicat et très-sensible, s’étend ordinairement depuis o° à 3oo; son échelle h h' est fendue dans sa longueur et porte par derrière une mince feuille d’ivoire translucide, contre laquelle le sommet de la colonne thermométrique devient parfaitement visible et tranchée; c’est l’échelle elle-même qui porte le bouchon et la capsule.

Lorsqu’on veut faire l’expérience , on verse de l’éther sulfurique dans la capsule; la prompte évaporation donne un prompt refroidissement. On suit de l’œil le sommet de la colonne lhermométrique, et en même temps on regarde la paroi nette et brillante de la capsule, afin de saisir l’instant précis où elle'commence à se ternir; la température correspondante est celle du point- de-rosée. On pourrait écrire sur l’échelle les forces élastiques correspondantes aux divers degrés qu’elle porte.

L’exactitude de cet instrument repose sur l’identité presque parfaite cpii existe entre la température de l’éther, celle du thermomètre et celle des parois de la capsule.

On conçoit que la boule du thermomètre doit être toujours complètement enveloppée d’éther.

De toutes les surfaces, celle de l’or brillant m’a paru la plus délicate pour montrer le point-de-rosée.

L’ hygromètre de Daniel est représenté dans la figure 358. Il se compose d’un tube recourbé en u renversé, et terminé nar deux boules , l’une b en verre noir , et

l’autre b' en verre ordinaire. La boule noire est à moitié pleine d’éther, et en outre elle contient un très-petit thermomètre, dont la tige et l’éclielle sont arrêtées dans l’intérieur du tube t. L’air est complètement chassé de l’appareil.

Pour faire l’expérience , on verse de l’éther sulfurique sur la boule b' qui est revêtue d’une toile fine , et l’on renouvelle l’opération jusqu’au moment où la rosée se dépose sur la boule noire. On note cet instant et la température précise que marque alors le petit thermomètre intérieur 5 cette température est celle du point-de-rosée..

Il est inutile de dire que le refroidissement de la boule noire est produit par la prompte évaporation de l’éther qu’elle contient, évaporation qui est elle-même produite par la condensation de l’éther dans l’intérieur de la boule b de plus eh plus refroidie par l’évaporation qui se fait sur sa surface extérieure. On voit à côté de la figure 358 un petit flacon très-commode pour verser l’éther sur la boule b, pendant tout le temps que dure l’opération.

Lorsqu’on a déterminé la force élastique de la vapeur par l’un des moyens précédens , l’on peut facilement trouver le poids total qui en est contenu dans un volume donné d’air ; il suffit pour cela de se rappeler que la vapeur qui existe dans l’air possède exactement les mêmes propriétés de tension et d’élasticité que la vapeur qui existe dans le vide.

Ainsi , la formule que nous avons donnée ( A3o , page 335) est exactement applicable au cas présent 5 et le tableau que nous avons formé (pag. 33 y, T. I) nous donne dans la colonne des densités le poids de vapeur d’eau contenue dans un centimètre cube d’air. Nous le reproduirons ici en le réduisant aux températures entre lesquelles sont comprises les observations hygrométriques ; mais , pour le rendre d’une application plus facile, nous exprimerons le poids de vapeur contenu dans un mètre cube d’air ; ce poids est évalué en grammes.

DES VAPEURS DE l’aTMOSPH^RE. — CltAP. III. ^35

Tableau des poids de la vapeur qui est contenue dans un mctrc

cube d’air.

Tempe'ralitro du

Force élastique cor¬

Poids de la vapeur

point-dc-rosce

respondante

contenue dans un

en degrcs centîg.

en millimètres.

mètre cube d’air en grammes.

io,3

Température ilu point

Force e'instique cor¬

Poids de la vapeur

de rosée eu

respondante eu

contenue dans un

degrés centig».

millimètres.

mètre cube d’air eu grammes.

Ou voit par ce tableau que , entre o° et 20°, le nombre qui exprime en millimètres la force élastique de la vapeur est aussi celui qui exprime en grammes le poids de vapeur contenue dans un mètre cube d’air. Ainsi, lorsqu’on trouve le point de rosée à io°, la force élastique de la vapeur est de neuf millimétrés et cinq dixièmes ; et le poids de cette vapeur , qui est contenu dans un mètre cube d’air, estoc neuf grammes et sept dixièmes. Il est facile de se rendre compte de cette particularité, en remontant à la foi-mule (ado) , car elle devient

( i -f- at. ) ’

m désignant le nombre des grammes d’eau contenus dans un mètre cube d’air ;

p, la force élastique de cette vapeur évaluée en millimètres et déterminée par le point de rosée 5 t, la température ambiante.

DES VAPEURS DE l’ ATMOSPHÈRE. - CHAP. III. r]3rJ

Or, comme le facteur qui multiplie p est toujours trèspeu dilférent de l’unité, on a à très-peu près

ht — P.

659. Ilygrom'elres d'absorption. Il y a un grand nombre de corps qui absorbent, avec plus ou moins d’avidité, la vapeur d’eau qui existe dans l’air, et comme en même temps ils éprouvent quelques changemens dans leurs dimensions, dans leur poids ou dans quelques autres de leurs propriétés , l’on a essayé de prendre ces changemens euxmèmes pour la mesure des quantités de vapeurs absorbées.

De tous les hygromètres qui sont construits d’après les changemens de dimension que la vapeur produit dans différens corps, nous n’en décrirons qu’un seul, Y hygromètre à cheveu , que l’on appelle aussi Y hygromètre de Saussure, du nom de son illustre inventeur.

V hygromètre à cheveu , dans sa forme la plus simple , est représenté dans la fig. 359- Le cheveu est fixé par son extrémité supérieure à une pince p, qui peut éprouver de légers déplacemens au moyen de la vis v et du ressort R ; il s’enroule par son extrémité inférieure sur une poulie à deux gorges, dont l’axe porte une aiguille g destinée à parcourir le cadran c.

Dans la secoude gorge de la poulie est enroulé un fil de soie portant un petit contrepoids Q destiné à donner au cheveu une tension continuelle et toujours égale.

Voici maintenant le jeu de l’instrument. Quand l’air qui enveloppe le cheveu devient plus humide, le cheveu absorbe une nouvelle quantité d’humidité, il s’allonge , le contrepoids fait tourner la poulie , et l’aiguille marche vers le point h du cadran; au contraire, quand l’air devient plus sec, le cheveu perd une partie de son humidité; il se sèche lui-même, se raccourcit, entraîne le contrepoids , fait tourner la poulie , et l’aiguille marche vers le point s du cadran. Ces effets sont très-prompts; il est fa-

y3B LIVRÉ NEUVIÈME.

cile de voir, par exemple, que le souffle de l’haleine détermine un grand mouvement dans l’aiguille.

Les indications que l’on peut tirer de l’hygromètre à cheveu reposent sur les deux principes suivans :

i° Dans la sécheresse extrême } le cheveu prend toujours le meme degré de raccourcissement, c’est-à-dire que l’aiguille finit toujours par s’arrêter au même point s du cadran , quelle que soit la température ; ce point s est le point de la sécheresse extrême.

20 Dans X humidité extrême , le cheveu prend toujours le même degré d’allongement, c’est-à-dire que l’aiguille finit toujours par s’arrêter au même point h, quelle que soit la température; ce point h est le point de l’humidité extrême.

Pour le même cheveu , l’intervalle compris entre les points extrêmes s et h est toujours le même, et le mouvement de la pince supérieure r sert à changer un peu la longueur du cheveu , pour amener ces points sur le cadran , si naturellement ils n’y tombaient pas, ce qui pourrait bien arriver.

Nous allons en même temps démontrer ces principes par l’expérience, et faire la graduation de l’instrument. Un met l’hygromètre sous une cloche; on y fait le vide, ou bien on y laisse l’air, mais dans l’un ou l’autre cas on en absorbe toute l’humidité , soit avec l’acide sulfurique concentré, soit avec du chlorure de calcium bien calciné ,' et l’on observe le point où s’arrête l’aiguille; ce point est marqué zéro sur le cadran ; c’est le point de sécheresse extrême, car l’expérience répétée plusieurs fois à des températures différentes, donne très-sensiblement le même résultat. Il faut quelquefois plusieurs jours pour que l’aiguille cesse complètement de marcher au sec.

Ensuite on porte l’hygromètre sous une cloche dont on a mouillé les parois avec de l’eau distillée, la cloche elle-même repose sur un plateau au fond duquel on a ré-

des Vapeurs dé l’atmosphère. — chap. ïii. 739

panda quelques lignes d’eau, et l’on abandonne l’expérience à elle-même. L’aiguille ma relie rapidement vers le point h ou vers l’humidité, et enfin elle s’arrête; son point d’arrêt est le même, soit que la température ambiante soit o°, io°, 20° ou même 3o°; c’est le point d’humidité extrême. O11 y marque 100 ; l'arc compris sur le cadran entre o et 100 est ensuite di\isé en 100 parties égales, et chacune de ces parties est ce que l’on nomme un degré d'humidité.

Pour que l'hygromètre soit bien comparable à lui-même, c’est-à-dire pour qu’il marque exactement le même degré dans les mêmes circonstances, il faut que le cheveu ait été choisi avec beaucoup de soin. Pour cela 011 prend plusieurs cheveux, dont chacun soit égal , uni et homogène autant que possible ; on les soumet à une légère lessive alcaline à peine tiède ; on les sèche; 011 les examine de nouveau, et l’on choisit enfin ceux qui paraissent offrir 1 homogénéité la plus complète dans toute leur étendue. Malgré ces précautions, il est rare d’obtenir dans ces hygromètres une marche bien constante , et, de plus, ils s’altèrcut avec une telle rapidité qu’après un an il est presque indispensable da renouveler le cheveu.

D’après tout ce que nous venons de dire , l’hygromètre à cheveu ne nous donne encore que le moyen de comparer les divers degrés d’humidité; il nous permet de dire que l’air est à 60, à 80 ou à 100 degrés d’humidité ; mais il ne nous dit rien sur la force électrique de la vapeur que cet air contient, et par conséquent il ne résout pas la question fondamentale qui fait l’objet de 1 hygrométrie. Il faudrait pour cela déterminer quelle est la force élastique de la vapeur qui correspond à chacun des degrés de l’hygromètre à cheveu , et cette détermination est très-difficile, parce qu il est évident que si cet hygromètre marque, par exemple, 8o° d’humidité quand la température est zéro, et 8o° d’humidité quand la température est de 3o°, les forces

74o livre neuvième.

élastiques correspondantes à celte même indication de l’instrument ne sont certainement pas égales. On est donc obligé de réduire la question , et c’est ce qu’a fait M. Gay-Lussacj il a cherché quelles étaient les forces élastiques de la vapeur correspondante aux divers degrés que marque l'hygromètre à cheveu pour une température déterminée, et il a choisi la température de io°. Nous rapporterons ici quelques-uns de ses résultats les plus utiles dans les observations météorologiques.

Quand l’hygromètre à cheveu marque 100 degrés, la force élastique delà vapeur est au maximum , c’est-à-dire 9,5 millimètres.

mu/n, ou 7,6 millimètres.

Pour 80 degrés , elle est à peu près les - , ou 6,4 millim.

Pour 70 degrés . lamoitié, ou4>7mill.

Pour 60 degrés . . . ;. . -, ou 3,2 millim.

Pour 5o degrés . .

Pour 4o degrés . .

Pour 3o degrés . .

- , ou 3,4 millim.

- , ou 3 millim.

— , ou 1,3 millim.

Il est excessivement rare de voir l’hygromètre tombe à 3o°.

J’ai rapporté les expressions de la force élastique cor respondante aux divers degrés en fraction de la force élas tique maximum , parce qu’il est bien probable que h nombres obtenus par M. Gay-Lussac pour la températui de io° s’étendent au moins aux températures voisines } <

DES VAPEURS DE L ATMOSPHÈRE. — CHAP. III. t

il est "bien probable par conséquent que l’on ne commettrait pas unegrande erreur en appliquant ces résultats à la température de 10°, c’est-à-dire que pour cette température les forces élastiques de la vapeur so.nt sans doute à peu près :

le - , le -, le - , le - ou le - 2040 7

de la force élastique maximum , 17, 3 millimètres , suivant que l’hygromètre à cheveu marque

90 , 80 , 70 , 60 , 5o , 4o ou 3o degrés.

Malgré le travail important de M. Gay-Lussac sur ce sujet, l’hygromètre à cheveu ne peut donner que des approximations sur la force élastique de la vapeur contenue dans l’air, parce qu’il est par sa nature un instrument trop irrégulier dans sa marche, et soumis à trop d’incertitudes.

Cependant on doit convenir qu’il est peut-être encore le moins inexact des nombreux hygromètres que l’on a construits en prenant pour principe le changement de dimensions causé par l’absorption de la vapeur. Avant de choisir le cheveu , on avait employé une foule de substances organiques : du parchemin, des peaux diversement préparées , des rubans de baleine, ctc.5 on avait eu recours aussi au changement de volume ou de capacité ; on avait mis du mercure dans des plumes à écrire , dans des vessies de souris, etc., et l’on observait dans un tube étroit les mouvemens d’ascension ou de dépression du mercure, suivant que la capacité devenait plu5 grande par l’humidité ou plus resserrée par la sécheresse. Mais toutes ces inventions sont maintenant abandonnées.

De tous les hygromètres que l’on a imaginés en prenant pour principe les changemens de poids ou les changemens de propriété produits dans les corps par l'ab* ».

sorption de la vapeur, il n’en est aucun qui ne soit trop inexact pour que nous puissions en recommander l’usage. Les cliangemens de poids peuvent sans doute être mesurés avec une grande précision, soit avec la balance ordinaire, soit au moyen de la force de torsion des fils de métal ; mais ils sont si petits , que les parcelles de poussière qui sont toujours flottantes dans l’air peuvent produire une grande altération dans les résultats , et de plus, la graduation de ces instrumens pour arriver «à la force élastique de la vapeur est excessivement difficile. Ainsi les éponges imprégnées de différens sels, les flocons ou les toiles de coton, les rondelles de papier, et tous les corps analogues qui sont plus légers ou plus lourds , suivant que l’air est plus sec ou plus humide, ne peuvent donner que des indications tout-à-fait infidèles.

Parmi les cliangemens de propriété , celui qui a été employé le plus souvent pour la construction des hygromètres est la torsion des cordes à boyau ou des cordes de chanvre ou de coton , et la torsion de quelques fibres végétales, comme la barbe de blé; mais tous ces instrumens paraissent encore plus mauvais que les précédens.

660. Nous avons dit au commencement que l'hygrométrie a aussi pour objet de déterminer les actions que les différens corps peuvent exercer sur la vapeur d’eau. Cette seconde question comprend une foule de phénomènes, dans le détail desquels nous ne pouvons entrer. La plupart des corps organiques ou inorganiques peuvent contenir avec leurs autres élémens une certaine quantité d’eau qui n’est point essentielle à leur nature chimique ; s'ils sont exposés dans un espace parfaitement sec, ils perdent une portion de cette eau accidentelle, et ils en perdent d’autant plus , que la température est plus élevée ; s’ils sont exposés ensuite dans un espace plus ou moins humide, ils en absorbent la vapeur avec plus ou moins d’avidité; ils la liquéfient; ils la dispersent dans toute l’étendue de leur