CHAPITRE VI

De rÉquilibre des Gu et de la PrettloB atmosphériqae.

63. L*air est un corps qui ne tombe pas' immédiatement sous nos sens, comme les corps solides ou les liquides j mais il se manifeste k nous par tant de phénomènes , sur la terre et sur les eaux , qu*il n*est pas nécessaire de chercher d*aulres preuves de son exislenoe. Il y a des orages dans tous les climats et des tempêtes sur toutes les mers ; ainsi , le fluide de Tair enveloppe toute la surface du globe , il forme partout une couche d*uue 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 prtrfbndeur de Tair, comme la couleur de POcéan est une preuve de la profondeur de Peau. S'il n*y avait pas d*air, le ciel serait sans éclat et sans couleur; il paraîtrait comme une voûte absolument noire, où Ton 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 j^us hautes montagnes , est ce que Ton nomme Vaimotphère. Le sommet le plus élevé de THimAlaya ne s'élève pas à deux lieues au-dessus du niveau de la meri et nous verrons que l'atmosphère s'élève à plus de douze à quinze lieues.

Les découvertes chimiques du dernier siècle nous ont fait connaître plusieurs corps qui sont difiPérents de l'air parleur nature, mais qui sont analogues k l'air par leur transparence , par leur fluidité , et par l'ens^nble de leurs propriétés physiques. Tous ces corps ont reçu différents noms : d'abord on les appelait des mrs, et l'on disait alors : air méphiiigue, air inflammable ^ air hépatique, air fixe f airphlogiêtiqué, déphlogiê' Uquèf etc. ; aujourd'hui tous ces corps sont ce que l'on appelle les ga^ ou les corpe gateua ou les fiuidee élaetiques.

04. 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.

65. La pesanteur de l'air, qui avait été soupçonnée autrefois, même avant Aristote, n*a éU véritablement démontrée qu'en 1640 par Galilée^ et, un peu plus tard, elle a été confirmée par les belles expériences de Torrieelli et par les expériences encore ptus frappantes de

Pascal. Cette vérité fondameitale peut m < directement par rexpériesee eaiTame : on fait le vkie dans un grand ballon , au moyen de la naohlne pneu* matique ; on le suspeiid à l'un des bras de la balanee, et de l'autre o6té on met des poids pour établir Téqui* libre. Si, après cela, os ourre un instant la robjuat pour laisser rentrer un peu d*air, réquUibrt eat rompa, la balance penche du eOté du ballon , et il faut i^Jouter des poids dans l'autre bassin ; si l'on rouvre le robinet encore pendant un instant, il arrive eaeort nm «u^* mentation de poids i et enfin , si on laisse rentMr Tair complètement , on trouve que pour rétablir réquttllira il a fallu ajouter dans l'autre bassin une sommo éa poids très-sensible. Pour un ballon de 10 litres, la dlf* férence des poids est de plus de 10 grammes; et qui prouve déjà, par une première approximaUoBy fM 1 litre d'air dans les oirconstances ordinaves pèse w peu plus de 1 gramme, c'est-à-dire que l'eau n'est pae mille fois plus pesante que l'air ordinaire à Paris.

66. Les forces moléculaires agissent dans les gii tout autrement que dans les solides et dans les liquidée. Nous avons vu que ces forces retiennent les tmAécakm des solides fortement pressées les unes sur les atilr«e« et fixement arrêtées è leur place; qu'elle letlaiintiit aussi les molécules des liquides, tout en leur latasant une grande liberté de se mouvoir dans tous les aeas t mais , dans les gaz , les forces moléculaires sont répulsives , et toutes les molécules , cédant à Taction de ces forces, tendent sans cesse à s'âoigner les unes des autres, et s'éloignent en effet jusqu'à ce qu'eUea rw* contrent des obstacles qui les arrêtent. Ainsi, l'air qui est renfermé dans «un vase fait sans cesse un efiM contre les parois pour les presser et les repousser plus loin, et il faut toujours ou que les parois éelateataoos cette pression , ou qu'elles soient asseï fortes pour y résister. Cette conséquence semble d'abord eontndre à l'expérience , car , s'il est vrai que dans un vase ferasè l'air fasse un tel effèH contre les parois, il semble mk*' cessaire que cet air s'échappe par la moindre ouTerture, et qu'il s'échappe à plus fOrte raison à Tinstant o^ l'o* ouvre le vase , ou même avant que l'on ait eu le temps de le fermer. D'oà il suivrait que tous les vasct sont vides d'air, Undis que l'on sait bien qu'ils en sont Um remplis , à moins que l'on n'y verse de l'eau ou fttdqie autre liquide qui en prenne la place. Pour lever cette difficulté, imaginons un vase de 1 litre de oapaeité, par exemple, et f^mé de toutes paru : s'il était vide et que l'on y fit une ouverture, Tair extérieur se précipilerait à l'instant pour le remplir : au contraire, a*il était plein , que l'on eu perçAt les parois et qu'il n'y eût pas d'air au dehors, l'air intérieur en sortirait à Tùisiant : mais , quand il y a de l'air au dehors eomaM au dedans, l'air extérieur fait pour entrer dans le tase autant d'effort que l'air intérieur pour en sortir, et, entre ces doux pressions égales , l'équilibre aubsiete aux points où le vase est ouvert comme aux points où il est fermé par des parois. C*est donc Tair uJth

DE LÀ PKSANTEUR. ~ CHAP. VI

iftisr qiA arréie la font répidsiTe ée Tair inlérittir. €el équilibre eu pressiOM «st tl remarquable qu*il est bOB de le démoulrer par une expérltuce direcle. Soua le réctpleiil de la maebiiie pneumaUqoa on met une featie à moitié pleine d'air t on donne quelques coupa de piatODf et Ton Yoit la teisie qui se gople de plus en plus iuaqn*à prendre tout le volume dont elle est tusecptible; elle te tend comme $i Ton y aoufllait de Talr atee une §rande force. On TOit donc que Tair intérieur qu'elle emitient faiuit un effort pour repoutter les parois, pulaqu*il les repousse en effet, dds que, parle Jeu de la macbine, on enlère du récipient Tair qui arrêtait cet effort. Au lieu d'une vessie on aurait pu mettre MUS le récipient un vase de verre très- mince, fermé par un bouchon; alors, en faisant le vide comme tout à rbeure , on verrait sauter le bouchon, ou bien peut-être le vase se briserait* Cette pression, que Tair exerce eantre les parois des vases qui le contiennent, est ce qine Von nomme son ékuHeUè, ou sa force élastique, ou au tmiêien.

On ressort ne devient élastique que quand on le comprime, et û perd sa tension dés qu'il est revenu à son état priayui : mais Tair est toujours dans un état actuel de tension ; il n'y a point pour lui de volume prlmilif , puisqu'il tend sans cesse à occuper un volume plus ^nnd. Un litre d'air ordinaire serait versé dans un espace vide, de plusieurs milliers de mètres cubes de eapadté, qu'il se répandrait partout dans cet espace et qu'il en preaaerait les parois dans tous les sens, faisant tncert un effért pour se répandre plus au large. On seufoit d'après cela , combien il importe d'étudier les effsts de l'air atmosphérique , car sa seule présence est ■ne force active dans tous les phénomènes que nous ob-

07. Qmditifmê de i'équUibre de l'air. -- Il n'y a pour les gaz qu'une seule condition d'équilibre, savoir, qw leur force élastique soit la même dans toute l'étendue d'une ecMiche de niveau. Cette condition est analogue A la seconde condition d'équilibre des liquides (64), et elle se déduit des mêmes principes , savoir : de la mobilité des malécules, et de l'action de la pesanteur qui s^exerœ sur elles. Dans un vase quelconque (flg, 89) , tous les points de la couche horizontale cd doivent avoir la même éUatické, car il faut que la force répulsive des BMléeules qui sont en 6 puisse arrêter la force répulsive des molécules qui sont en l/; et ces forces ne peuvent l'Swrêtcr et se faire équilibre , à moins qu'elles ne soient égales dans tous les points de la couche boriiootalecif. Il en est de même dans toutes les sections de niveau que l'on peut concevoir, soit au-dessus, soit au-dessous de edf mais il est évident que la couche lup, par exemple, est plus pressée que ccf , puisqu'elle supporte d'abord toute la pression qui s'exerce en o<l et qui lui est transmise par le principe d'égalité de pressioo,et qu'en outre cOe supporte encore tout le poids de l'air qui est compris dans la colonne edmp et qui pèse librement sur elle I une colonne d'eau pèse sur le fond d'un vase.

Les conditions de la sUbUité et de l'InstidillHé de l'équilibre sont aussi Jes 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 , à cause de la grande mobilité des molécules des gai*

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 à l'air contenu dans un grand édifice comme à 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, enfin , à la masse entière de l'air qui constitue l'atmosphère* Que l'on conçoive è une hauteur quelconque , à la hauteur du mont Blanc , par exemple , une couche atmosphérique qui enveloppe la terre et qui soit parallèle A la surface des eaux , il faudra pour l'équilibre que tous les points de cette couche supportent partout la même pression , à Paris comme aux antipodes , sur les conti^ neuts conune sur les mers, et dans les régions des p61es comme dans celles de l'équateur. Une seconde couche parallèle à celle-lè , mais qui serait à cent mètres audessous, devrait , par la même raison , avoir tous ses 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 de plus» Ainsi, à hauteur égale, la pression doit être égale ; mais elle diminue A mesure que l'on s'élève* La nécessité d'une pression uniforme, dans une si grande étendue , fait asseï 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 ac^tation*

Les gai 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 , pulsqu'à cette limite les molécules de l'air toujours poussées par leur force élastique , et ne trou* vant 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 è l'at* mosphère terrestre. Nous démontrerons en optique que les phénomènes observés nejustifieot point ces oonclusi<His; et, sans expliquer à présent les causes probables qui retiennent les molécules de l'ah*, nous adopterons l'opinion que notre atmosphère est limitée et qu'elle n'a en effet que douze ou quinze lieues d'étendue. Au I delà est le vide; la dernière couche de l'atmosphère est