BÉNARD

vitesse même du liquide, le filet superficiel sur lequel il est tombé ; arrivé sur le contour du polygone en B, il abandonne le filet liquide plongeant, pour décrire le côté même BC de Thexagone, mais bien

Courants supcrQcieis. Enregistrement final des sommets*

Fio. 2.

plus lentement, la résultante des deux vitesses superficielles concourantes en B étant désormais seule efficace. Enfin le grain de poussière s'arrête en C, sommet ternaire commun à trois cellules : c'est sa position d'équilibre stable.

On utilise ce parcours en ligne brisée comme il suit : on projette sur le liquide un nuage pulvérulent (lycopode) ; puis, une courte fraction de seconde après, on prend une photographie instantanée delà surface libre. Les grains encore dans Tair ne sont pas au point sur le cliché ; ceux qui en sont à la première partie, AB, de leur trajet sur la surface liquide, restent pour ainsi dire invisibles, parce qu'ils sont disséminés sur toute la surface ; mais ceux qui en sont à la seconde partie, BC, sont tous réunis sur un lieu composé de lignes et dessinent sur le cliché le contour polygonal par un trait d'une grande finesse {fig, 3). On a donc ainsi Y enregistrement du réseau polygonal.

Si l'intervalle écoulé depuis l'instant où l'on a projeté le nuage de poussière a été trop long (1 seconde, par exemple), tous les grains sont arrivés aux sommets ternaires ; on n'a plus que V enregistrement des sommets ternaires du réseau de polygones par les petits tas de lycopode, désormais immobiles en ces sommets.

Deuxième méthode. — Particules solides incorporées participant à la circulation (de densité égale à celle du liquide). — Des grains

COURANTS DE CONVECTION 519

de poussière, de densité peu différente de celle du liquide, auquel ils ont été incorporés, décrivent les filets fermés avec des vilesses qu'on peut regarder comme identiques à celles des éléments liquides euxmêmes. C*est par ce procédé que toutes les mesures d'ordre cinématique ont été effectuées ; on incorpore assez peu de corpuscules (quelques-uns au plus par cellule) pour qu'on puisse les suivre individuellement en projection horizontale sans confusion possible. Dans le dispositif adopté, les grains se détachent en noir sur un fond lumineux, et, de plus, une des méthodes purement optiques.

Fio. 3. — Grandeur naturelle. Fio. 4. — Grandeur naturelle.

Épaisseur : 0"",950. Épaisseur : 0",440.

qui seront décrites dans un second article, permet de rendre visible en même temps le réseau polygonal. On peut donc suivre, chronographe en main, les périodes sur les filets de différentes longueurs. Chaque grain oscille en projection horizontale, avec un isochronisme parfait. Cet isochronisme et l'immobilité du segment de droite décrit, dans le champ de la lunette par rapport à des repères fixes, montrent à quel point la permanence du régime a pu être réalisée dans ces recherches; dans un cas, par exemple, plus de 3.000 périodes, c'est-à-dire une heure environ, se sont écoulées, sans déplacement appréciable du segment de droite décrit.

Il est évident qu'avec un grossissement et un éclairage convenables cette méthode se prêterait, s'il était nécessaire, à l'analyse détaillée du mouvement en projection horizontale, par enregistrement chronophotographique.

Troisième méthode. — Particules solides déposées (plus denses que le liquide). — Cette méthode utilise les vitesses horizontales

520 BÉNAPD

centripètes au voisinage de la paroi du fond. Des particules solides plus denses que le liquide, primitivement incorporées, peuvent rester très longtemps en suspension, en participant à la circulation ; mais le grain lourd, tout en restant dans le même azimut, passe peu à peu sur les filets de plus en pluslongs^ de sorte qu'une trajectoire en spirale se substitue au filet fermé décrit par un élément liquide. Arrivé sur les filets extérieurs, à forme limite rectangulaire, le grain, dans la partie inférieure de son trajet, est de plus en plus ralenti par le frottement contre la paroi du fond, jusqu'à ce qu'enfin il s'arrête etne remonte plus. L'afflux centripète qui balaie la paroi horizontale finira par entraîner^ le grain au centre même de la cellule.'On a donc ainsi V enregistrement de chaque centre de cellula par un petit tas de poussière ponctuel, parfaitement net {fig. A), :

Si le réseau cellulaire est bien régulier, les petits tas ponctuels sont disposés en quinconces à symétrie senaire ; tous les points équidistants se trouvent alignés sur trois directions do rangées a 6(>* l'une de l'autre. On voit que ce procédé convient parfaitement à la mesure de X. Pour avoir la surface moyenne de chaque cellule, il suffit de. compter sur les clichés le nombre de dépôts ponctuels contenus, par exemple, dans 1 centimètre carré. Quelques grains de poussière dans chaque cellule suffisent (\).

Quatrième méthode. — Particules solides impalpables en suspension, — Inégalité de distribution. — Dans les méthodes précédentes, on emploie des corpuscules solides, visibles à l'œil nu ou au moins avec un faible grossissement, qui, suivant leur densité, servent à

(1) Un certain nombre de faits, anciennement signaléfi et restés inexpliqués, sont en relation directe avec ce mécanisme de dépôt et résultent immédiatement de la circulation tourbillonnaire jusqu'ici insoupçonnée. J'en citerai un seul, qui est caractéristique : c'est le dépôt de globulites liquides, obtenu par évaporation d^n dissolvant sursaturé, en couche mince, par exemple de globulites de soufre dans Tessence de térébenthine. La régularité anciennement signalée des alignements de ces sphérules (Voir notamment : Frankbnrbim, Pogg. Ann., t. CXI, 1860 ; — Bbhrens, Die Knjsialliten, 1874 ; — 0. Lbhmann, Molekularphysik^ etc.) résulte, comme celle des dépôts de poussières amorphes, de la régularité des tourbillons cellulaires de la nappe liquide. Ces alignements n'ont, en fait, aucune espèce de relation avec les directions cristallographiques des cristaux de soufre, qui se déposent en même temps ou par la suite. Vogebang {Pogg. Ann.^ 1871, t. CXLllI, p. 621) avait cru voir en ces globulites microscopiques les véritables particules de Tédifice cristallin du soufre. J'ai pu obtenir des globulites énormes, de quelques dixièmes de millimètre de diamètre, séparés par des intervalles réguliers de Tordre de 1 mntlimètre.

COURANTS DE CONVECTION 521

indiquer les vitesses superficielles, intérieures, ou bien tangentes à la paroi du fond. La propriété qui reste à décrire est d'une interprétation moins immédiate : c'est Tinégale distribution des particules solides, extrêmement fines, en suspejision sur les filets d'une masse liquide ou gazeuse, siège de courants de convection. Un très petit nombre de faits de cette nature avaient été observés jusqu'à ce jour, se rapportant presque tous aux gaz (*). Lodge, cependant, a montré leur généralité et a fait quelques expériences sur les liquides. Celles que j'ai réalisées moi-même sur les liquides troubles m'ont donné des résultats identiques. On peut les énoncer comme il suit :

i^'Au contact immédiat d'un corps solide, plus chaud que la masse fluide qui l'entoure, celle-ci forme une gaine^ absolument dénuée de particules solides ;

2^ Cette gaine est particulièrement tranchée et nette, quand les courants de convection sont tangents à la surface du solide;

W Quand les filets chauds ascendants quittent le contact de la paroi solide, ceux de ces filets, qui formaient la gaine sans particules, continuent leur route, en régime permanent ou non, également sans particules, dans tout leur parcours. Cette dernière propriété résulte simplement de ce que les particules extrêmement fines se meuvent avec le gaz ou le liquide et non pas à travers ce gaz ou ce liquide ; un filet fluide, filtré en un point quelconque de son trajet, reste filtré par la suite de son parcours à travers le milieu trouble. Ce prolongement de la gaine forme, par exemple, un plan vertical sans particules, au-dessus d'une tige chaude ou d'un objet quelconque chaud ayant une arête supérieure rectiligne. C'est ce plan qui a été observé en premier lieu (en le visant dans la direction de l'arête) par Tyndall. C'est à Lodge qu'on doit d'avoir reconnu la gaine dont il n'est que le prolongement (^).

Ces faits rappelés, sans insister sur leur explication, qui ne peut être donnée, comme l'a montré Lodge, que par les théories ciné-

(») Tyndall, Proc. Roy. Inst., Vï, p. 1; 1870; — Lord Rayleiqh, Proc. Hoy. Soc, 21 déc. 1882; et Nature, XXVHI, p. 139; 1882; — O.-J. Lodob et J.-W. Clabk, Proc. Phys. Soc. of London, VI, p. 1; 1884; et Phil. Mag., [5], XVn, p. 214; 1884; — J. Aitken, Proc. Roy. Soc. of Edimb., 21 janv. 1884, etc.

(3) Les auteurs cités, ayant surtout opéré sur des gaz illuminés par un faisceau intense, qui rend lumineuses seulement les particules solides, emploient les expressions de gaine sombre, de plan sombre (c^rA plane). Dans mes expériences avec les liquides troubles, observés par transparence, la gaine seule est translucide; c'est donc une gaine claire, le reste étant opaque. L^expression gaine sans particules solides me semble éviter toute ambiguïté.