CERFS-VOLANTS ET BALLONS-SONDES

Amérique, à Blue HilL Enfin, en septembre dernier, nous avons pu élever nos instruments à Taltitude de 4.300 mètres.

Quel que soit le succès du cerf-volant, l'altitude atteinte par les cerfÎB-volants est forcément limitée. De plus, ils ne peuvent s'élever par les temps calmes ; il faut donc recourir à l'emploi des ballons pour explorer Tatmosphère d'une façon plus complète. J'ai rappelé, en commençant, le rôle prépondérant de la science française dans cette question. Les ascensions des Aérophiles de MM. Hermite et Besançon ont moiitré : i^ que la température était bien plus basse qu'on ne le supposait, d'après les observations de montagne, puis- ^*ils ont trouvé une température de — 60** à une altitude inférieure à 14.000 mètres ;

2^ Elles ont fait voir aussi que le gaz de l'intérieur du ballon se refroidissait très rapidement à la montée, de façon à se rapprocher de la température théorique obtenue par la détente du gaz pour la même différence de pression. Ce fait, négligé jusqu'à présent, parce qu'il est masqué d'ordinaire par la forte hausse de température qui se produit quand le ballon est soumis à l'insolation, a une importance pratique assez grande, et on doit en tenir compte dans le calcul de la hauteur que peut atteindre un ballon partant de nuit ;

3® Ces ascensions ont amené M. Hermite à créer le genre d'abri appelé « parasoleil », qui est certainement ce qu'on a trouvé de mieux jusqu'ici pour abriter les instruments contre la radiation solaire. Ce parasoleil consiste en un tube de papier noirci intérieurement et recouvert extérieurement de papier d'étain de façon à s'échauffer le moins possible sous l'action du soleil direct.

Depuis la Conférence météorologique de Paris, une entente internationale a eu lieu et, à certaines époques choisies, on a lancé des ballons-sondes de Paris, Berlin, Strasbourg, Vienne, Munich, Saint-Pétersbourg. Ces ascensions, au nombre de six, ont été encore trop peu nombreuses pour amener la découverte de lois bien précises, mais ont permis d'étudier les méthodes et d'éclaircir quelques points de détail.

En présence de la diversité des situations atmosphériques et de la rapidité avec laquelle les phénomènes se transforment d'un jour à l'autre, j'ai pensé qu'il était nécessaire de procéder à des sondages aériens très répétés, ayant lieu au besoin plusieurs fois par semaine^ et, pour cela, nous avons d'abord porté notre attention sur les moyens de rendre plus simples et gioins coûteux les lancés de ballons-sondes.'

Nous avons obtenu ce résultat en employant l'hydrogène pur, qui

136 TEISSERENC DE BORT

permet de diminuer beaucoup le diamètre des ballons et en allégeant autant que possible le poids des instruments emportés sans nuire à' leur précision.

Pour pouvoir faire partir ces ballons même avec des vents violents, car les temps de tempête, qui n'ont presque jamais été étudiés, offrent le plus grand intérêt, j'ai cherché un dispositif qui permît, une fois le gonflement opéré, de lancer le ballon sans qu'il eât à souffrir des premières rafales, étant donné que nous voulions toujours employer des filets extra-légers. Pour cela, je me suis arrêté à la disposition suivante : J'ai fait établir sur une petite plaque tournante un hangar très léger ouvert d'un seul côté. Le gonflement une fois opéré dans ce hangar, on a soin de tourner son ouverture à l'opposé du vent. Les instruments étant accrochés au ballon, on y fixe également un délesteur à sable ou à liquide muni d'un orifice réglé de façon à ce qu'il se vide en temps convenable, généralement quarante minutes. Le ballon est alors amené auprès de la porte du hangar ; on soutient le délesteur de façon à aider un peu le départ du ballon, et le tout est mis à l'air avec le moins de secousse possible. Nous avons pu, grâce à cette méthode, lancer des ballons-sondes par des tempêtes où le vent atteignait 14 mètres par seconde.

Pour éviter l'influence perturbatrice des rayons solaires et surtout le rayonnement de la partie supérieure des nuages quand ils sont en grande masse et qu'ils forment cette mer de nuages éblouissants, bien connue des alpinistes et des aéronautes, nous avons fait la plupart de nos ascensions de nuit d'abord au clair de lune, avec beaucoup de peine, je dois le dire^ puis à la lumière électrique, quand il m'a été possible d'améliorer notre outillage. Depuis le mois de mars de l'année dernière, nous avons lancé plus de cent-vingt ballons, qui ont rapporté des courbes de température et de pression. La hauteur del3.000mètres a été atteinte vingt-quatre fois ; celle de 14.000 mètres, huit fois; celle de 15.000 mètres, trois fois.

Nous pouvons, avec notre outillage actuel, atteindre presque chaque fois la hauteur de 13.000 mètres.

Je saisis cette occasion pour remercier tous mes collaborateurs, et en particulier M. G. Kaymond, du concours dévoué qu'ils ont apporté à l'œuvre commune.

En limitant la discussion des observations recueillies à la partie de l'atmosphère qui s'étend du sol à 10.000 mètres, région qui a été explorée parle plus grand nombre des ballons, on voit :

CERFS-VOLANTS ET BALLONS-SONDES iZ^i

i* Que les différences de température d'un jour à l'autre peuvent être plus grandes, à 7 ou 8.000 mètres, que celles qu'on constate, le même jour, auprès du sol. Ce fait a une assez grande importance, et il est d'ailleurs contraire aux idées qu'on s'était faites à ce sujet;

2* On voit que la température décroît beaucoup plus vite au voisinage des centres de dépression qu'ailleurs. Cette décroissance, dans certains cas, arrive à être voisine de O*,90 pour 100 mètres.

Enfin on remarque que, dans un grand nombre d'aires de haute pression, je ne dis pas dans toutes, la décroissance de température se présente de la façon suivante : du sol à 1.500 ou 2.000 mètres, la' température varie peu et même souvent augmente, après quoi elle commence à diminuer normalement et finit par arriver à 9 ou- 10.000 mètres à une décroissance voisine de 1** pour 100 mètres.* Si nous rapprochons ces faits de ceux qu'on observe dans les dépressions, on reconnaît que la variation daqs la verticale présente ordinairement l'allure suivante.

La partie inférieure dés dépressions est souvent plus chaude que celle des aires de forte pression ; mais, après quelques centaines de mètres, la décroissance rapide détermine des températures inférieures dans la dépression.

Aussi la partie moyenne d'une dépression vers 3 ou 4.000 mètres est ordinairement plus froide que la partie correspondante du maximum barométrique. Ce fait a déjà été démontré par M. Hann par les observations de montagne; mais les ballons-sondes,' en confirmant ce premier résultat, montrent que plus haut les températures tendent de nouveau à s'égaliser, ce qui a une grande importance pour la forme des isobares supérieures.

J'aurais voulu pouvoir dire quelques mots des températures de la* haute atmosphère, de celle qui s'étend au-dessus de la région ordinaire des cirrus ; mais, bien que nous ayons des observations à ces hauteurs, il nous faut attendre, pour les discuter, d'être assuré que le thermomètre, quand l'air est si peu dense, arrive à se mettre, par simple contact, en équilibre de température avec son milieu. Dans le cas contraire, il faudra recourir à des méthodes spéciales pour prendre la température de l'air aux grandes altitudes.

i38 CARVALLO

SUR Li NATURE DE LA LUMIËRE BLANCHE; Par M. E. CARVALLO.

1. — La lumière rouge du lithium (*), par exemple, peut être regardée comme étant à peu près une vibration sinusoïdale simple de la forme sin ht, La lumière blanche peut-elle être également expliquée par une vibration amortie de la forme e"^^ sin ht^ comme MM. Garbasso croient Tavoir établi (')? La présente note a pour but de prouver que ce résultat est inexact et même impossible.

2. — Je réfuterai d'abord le travail de MM. Garbasso. Il repose sur une faute matérielle, un procédé graphique et une hypothèse. La faute est que les auteurs admettent pour formule de Fourier :

dx , <^[x) sin— ^>

oubliant 'ainsi la phase, fonction de la variable x, comme Tamplitude y (a?), et qui doit figurer sous le signe sinus. Cette faute est le fondement de la méthode.

La méthode consiste en effet en un procédé graphique qui permet de rémonter de la fonction «p [œ] à la fonction /*(/), opération impossible, quand on tient compte de la phase qui a été oubliée et qui est inconnue.

L'hypothèse est que la fonction ç [x) de Fourier est représentée par la racine^carrée de Tintensité observée par M. Langley (^) dans le spectre. Pour conclure, il suffit aux auteurs 4e trouver par ce procédé, pour représenter /*(/), une courbe qui a une vague ressemblance avec celle d'une vibration amortie.

3. — J'ai montré ailleurs {*) quelle méthode il convient de substituer à celle de MM. Garbasso, en admettant leur hypothèse sur la fonction ^ (a?). On construit une courbe ayant pour abscisses les logarithmes des longueurs d'onde X, et pour ordonnées les intensités correspondantes. La courbe obtenue doit avoir pour axe de symétrie la verticale correspondante au maximum d'intensité.

(1) Ou mieux encore celle du cadmium étudiée par M. Michelson.

(*) Archives des Sciences Ph. et Nat, de Genève, 4* période, t. ÎV, p. 105 ; 1897 ; — /. de Phys., VII, 346; 1898.

(3) Ann. de Ck, et de Phys,, 5* série, t. XXV, p. 211; — Phil, Mag., 5* série, t. XXI, p. 369; 1886.

{<) Comptes Rendus, t. CXXX, p. 79; 1900.

J'aî construit les courbes fournies par les observations de Mouton (*) et de M. Langley (*). Elles ne satisfont visiblement pas au critérium nécessaire. Il n'y a donc pas lieu de poursuivre l'identification.

4. — L'échec est sans conséquence ; car il suffit^ pour l'expliquer, d'imaginer dans la lumière blanche deux vibrations amorties différentes. Mais ce qui est tout à fait grave, c'est que l'hypothèse sur la fonction ç {x) non seulement n'est pas justifiée, mais est contraire à la nature des choses ; si l'on reprend la .théorie des roseaux, avec une vibration amortie, . on trouve non pas un spectre dont l'amplitude fonction de la période est représentée par la fonction ^ (a?), qui figure dans l'intégrale de Fourier, mais dans tous les azimuts la même vibration amortie, identique à la vibration incidente, l'intensité seule variant avec l'azimut.

5. ~ Soit, en effet, un réseau AB recevant une onde plane confondue avec AB, et dans laquelle Télongation est une fonction du temps F {t). Calculons le mouven^ent envoyé par les parties actives du réseau ab, a^b^y ..., etc., dans la direction normale au plan OC, qui fait un angle l avec AB. Prenant pour origine le point 0, d'ailleurs arbitraire, je fixerai la position d'un point du réseau par sa distance x au point O.

L'élément ab fournit l'élongatipn :

Ço =Cdx V (t — î-5Hîi^ (V, Vitesse de la lumière),

. , , 0? sin8 ou, en prenant comme variable — tt — = 0,

^ = ^tf^-^^'-'^' ^"'^

a sinS

b sin$

(I) Comptes RenduH, t. LXXXIX, p. 295; 187». («) Loc, cU,

«40 CARVALLO

Si Ton désigne par c Tintervalle aa^ du réseau et si Ton pose :

c sin S

on voit de même que Télément a^b^ fournit Télongation :

et ainsi de suite. Il en résulte que Télongation l fournie par tout le réseau est représentée par l'expression :

V r /•? /•? + * /•?+îr=T»-i

OÙ Ton a sous-entendu Télément diljTércnUel F {t — 0) rfO, soumis aux signes d'intégration.

6. — Si dans cette formule on remplace F(/) par cos ht^ on retrouve la théorie ordinaire des réseaux (*). Je rappelle le résultat :

. nht

c 2V . . g-p ^^^ 2 . r^ g-f-g n^Tjjl

ç==-r-r smA — r-^ • r- • cos A 1 t ~-^ — h

sinS 2 .ht I 2 2 I

Le dernier facteur cos h\ t ^^-^ — ^ — ' j signifie que,

dans tous les azimuts, on trouve une vibration identique à la vibration incidente. Seulement Tamplitude

sm-

est variable avec Tazimut 8. Le premier facteur -r-r sinA — r— ^

^ sm8 2

représente Teffet d'un des éléments du réseau. Le second fac-

. nht

sm— ' ,

teur — représente l'effet de leur nombre. La discussion montre

(') Voir, par exemple, Vouvrage de M. Bouty.

que, dans les conditions pratiques des réseaux, l'intensité est partout insensible, sauf en certains maxima très marqués et très brusques donnés par le second facteur et obtenus en annulant son dénominateur. • On obtient ainsi :

-r- =^ pLw (jt entier quelconque).

Je remplace e par sa valeur — ^7— j puis y par -r-^ X étant la longueur d'onde.

J'obtiens :

sin8=^j

soit, pour chaque valeur entière de {a, une raie, image un peu élargie de la fente du spectroscope.

7. — Je passe maintenant au cas où le mouvement de l'onde incidente est une vibration amortie :

F(0 = e-*'cosA<=i[c^^'nA-< + c"^^'=^»-'].

Considérant d'abord la première fonction (1) : . .

Fi (0 = «-* + '*•', j'ai :

/p—k + ih't

En portant cette valeur dans la formule fondamentale :

j'obtiens :

* sinB — k'\-xh ou bien :

Le produit des premiers facteurs, indépendants d0 ^ sera une

142 CARVALLO

imaginaire de la forme p^^, p et ^ étant des fonctions de 8, X, e, a, 6. Ainsi 8| ^ met sous la forme :

-(2) Ç, =:p<r-*«.e<tA«+9J.

De même la seconde fonction Fj {t) = g-*-'**' donnera :

en sorte que Télopgation définitive sera :

Ç -- kiJî — p'e-/r< CCS (/ir + ?).

D'après cela, cfan^ tous les azimuts^ le réseau donnera une vibration amortie identique à la vibration incidente. Seulement le facteur d'amplitude p variera avec cet azimut.

La discussion de ce facteur n'est pas nécessaire. II nous suffit de constater ce résultat que, si une lumière blanche était constituée par une vibration amortie, le réseau ne saurait donner que de la lumière blanche et non pas un spectre coloré.

8. — Ma conclusion est celle-ci ; L'expérience montre que toute lumière blanche donne lieu à des spectres colorés. Si l'on admet la théorie ordinaire des réseaux, ce fait est incompatible avec l'hypothèse que la lumière blanche est due à une vibration amortie.

Addition. — Discussion de l'intensité

9. — La discussion de la valeur de p [n^ 7, formules (1) et (2)], quoiqu'elle ne soit pas nécessaire à (a conclusion dé la présente note, offre cependant quelque intérêt. D'après ce qui précède, p est le module du facteur indépendant de ^ dans le second membre delà formule (1) (n*» 7), laquelle donne la valeur de \^. On a donc :

Comme dans le cas ordinaire d'une vibration simple, cette valeur de p est le produit de deux facteurs. Le premier représente l'action d'un des éléments du réseau ; le second, l'effet de leur nombre. C'est encore ce second facteur qu'il importe de discuter, savoir ;

\ — e«(-Af + //*)» { e-wAr» (cosnAc + t sinn/it)

P4 = mod. ^g(-;t + ^»)c -°^^^- l~e-A.(cos/i* + t8in/U) '

jOQ Bon carré :

__ i — 2e~"^« cos nh%+ g-a»»»» / g sia5\

Sui «elfe? formule un fait ressort ; dès que kt est un peu grand, la valeur de pf diffère peu de Tunité. L'effet du réseau, dans ce cas, ne peut être de donner des raies, mais de perdre de l'intensité en la répandant à peu près uniformément dans tous les azimuts. Seul subsiste le fort maximum correspondant à c = o (S = o).

Examinons le second cas extrême où le coefficient d'amortissement

kc .

k est assez faible, -tt assez petit pour que son carré soit faible devant

kc 1 Tunité, rr = jT, par exemple. Je mets p J sous la forme :

pî = 'F*: • —

5 (e*« + ^~ *') — cos h%

La seconde fraction est celle qui doit attirer notre attention. Pour les valeurs de 8 qui rendent ht égal à un nombre entier de fois ^tt,

2pLjc=: A6 = h — \r—i (sin8 = ^ h

le dénominateur de la fraction prend la valeur - (e** -f- e""^') — 1,

soit environ kU^^ de l'ordre de -tt-t dans l'exemple choisi.

On voit ainsi que le second facteur offre des maxima très marqués. Le spectroscope donnera des raies. Mais ces raies, ne l'oublions pas, sont de même nature, de la nature de là perturbation incidente. Si la lumière blanche était due à une vibration amortie, à faible amor^ tissement, le spectroscope à réseau donnerait des raies monochromaliques blanches.

M. Gouy a fait une objection au calcul contenu dans cette note Comptes Rendus^ 9 janvier 1900).

On trouvera ma réponse dans le môme recueil (15 janvier 1900).

,44i BRANLY

AB80RPTICN DES BADIATIONS BERTZIERNES PAR LES LIQUIDES;

* . Par M. EDOUARD BRANLY.

Le rayonnement électrique traverse un grand nombre de substances opatques pour la lumière; la facilité avec laquelle le bois, les étoffes et même les murs ont souvent permis la transmission a pu faire supposer que la plupart des substances laisseraient passer les ondes hertziennes. Cependant les métaux donnent lieu à une absorption complète, s'ils n'offrent pas de fentes; une enveloppe métallique extrêmement mince suffit et même un grillage à mailles sçrrées. Des feuilles d'étain, de moins de 8 millièmes de millimètre d'épaisseur, opposent un obstacle absolu à des radiations définies par les conditions dans lesquelles les expériences ont été faites (*). J'ai cherché comment ces mêmes radiations se comportaient par rapport à un certain nombre de liquides. Mes essais se rapportent à l'absorption exercée par des couches liquides de 20 centimètres d'épaisseur.

Le liquide exposé au rayonnement était contenu dans une caisse cubique de 60 centimètres de côté, dont la face supérieure restait ouverte; les parois du fond et de trois des faces latérales étaient en verre épais encadré dans une carcasse de zinc (peinte à l'extérieur et à l'intérieur) ; la quatrième face latérale consistait en une épaisse plaque de zinc M, offrant en son centre une ouverlure carrée à rebords de 20 centimètres de côté, par laquelle on pénétrait dans une boite en bois B, qui contenait le récepteur. Parle liquide versé dans la cuve (185 litres), la boîte centrale en bois B était entourée d'une couche de 20 centimètres d'épaisseur, sauf sur la face d'entrée, qui était hermétiquement close par un couvercle métallique C, assujetti par huit écrous e{^) [fig. 1).

Le producteur d'ondes était une bobine d'induction, dont les étincelles éclataient entre les deux boules d'un excitateur. Les difficultés matérielles m'ayant obligé à opérer dans un laboratoire restreint, j'ai dû faire usage de deux radiateurs : l'un faible. A, pour la comparaison de la transparence de l'air, de l'huile et de leau; l'autre, B, beaucoup plus actif pour la comparaison de la transparence de l'eau et di3S solutions salines.

(') Comptes Rendus de V Académie des Sciences^ séance du 4 juillet 1898 ; — Journal de Physique, janvier 1899.

(2) Cette cuve a été construite par M. Pellin.

ABSORPTION DES RADIATIONS HERTZIi:.\::::S 145 A : bobine dlnduction do 2 coiilimètres delincpllc; oxc!tateur à

intervallo d'air, boules de rexcitateur distantes de 1™'",2.

B : bobine d'induction de 20 renlimètres d'étincelle; Texcitateur

est lexcitateur de Riglii à intervalle d'huile: c'est Texcitateur qui a

servi dans les expériences faites avec les métaux, et il a été employé

dans les mêmes conditions.

Le radiateur était disposé en face de la paroi de verre A opposée à la face métallique M.

Le récepteur introduit dans le réduit central B était un radioconducleur intercalé dans le circuit d'un élément Ledanché et d'un relais ; le circuit secondaire du relais comprenait une sonnerie qui se faisait entendre, lorsque le rayonnement électrique déterminait l'accroissement de conductibilité du radioconducteur. Au bruit de la sonnerie, onouvraitla porte métallique C, et, par un choc, on rétablissait la résistance du radioconducteur. On peut aussi opérer d'une façon plus simple, le radioconducteur V étant intercalé dans un circuit comprenant seulement un élément Ledanché P et une sonnerie» S convenablement réglée [fig, 2).

Les expériences ont été faites avec un tube à limaille d'alliage d'or et de cuivre ; le même tube a servi pour tous les essais, qui ont duré environ trois mois; sa sensibilité n'a pas varié sensiblement.

Les nombres que je vais citer désignent en mètres les distances limites auxquelles le radiateur cessait d'agir sur le tube à limaille J, de Phys., 3* série, t. IX. (Mars 1900.7 . 10

146 nUANLY

dans les diverses expérienees, les distances étant comptées du radiateur à la paroi A.

Fio. 2(»,.

Aux distances limites une seule étincelle ne suffivsail pas pour faire fonctionner la sonnerie, il en fallait (piel(juefois de 10 à 15, et, à une distance un peu supérieure, tout effet cessait. En général. Terreur probable n'atteignait pas 10 centimètres dans chaqiu' j^roupe d'essais.

Radiatelu a.

Air (cuve videj I0'°,a0

Eau de la Vanne 2 ,20

Air 9 ,r)0

Huile miuérale (valvoline) 10 ,50

Air 9 ,50

Eau distillée a ,00

Eau de la Vanne 2 ,60

On voit, d'après ces nombres, que IVau distillée et Teau de source exercent une absorption bien supérieuiT à celle de Tair et de Thuile.

Dans les expériences qui suivent, oii la comparaison est faite entre Teau ordinaire et diverses stdutions salines, acides, alcalines, le radiateur B a été seul employé.

Radiateur B.

Eau de la Vanne 9",20

La même eau, soit colorée avec de la teinture de tournesol bleue

(■) Nous devons la ligure 2 à l'obligeance de M. Poussiolgue, éditeur du Ti-ailé élémentaire de Phijsiqiie de M. Bka.nly (2' édition, 1900).

ABSOHPTlOiN DES RADIATIONS HERTZIENNES 147

ou i^ouge, soit amidonnée à froid (1 kilogramme d'amidon délayé dans leau), soit amidonnée à chaud (empois d'amidon avec 2 kilogi'ammes d'amidon) a fourni sensiblement la même distance limite 9 mètres à 9'",oO.

Solutions de sel marin.

Eau de la Vanne 9»,50

Eau salée (contenant i kilogramme de

sel marin dans 185 litres) 0 ,30

Eau salée (2 kilogrammes de sel marin). 0

Le nombre 0 indique que le radiateur appliqué contre la paroi de verre A de la cuve ne produisait aucun effet.

L'eau de mer contiendrait, pour la capacité de la cuve, un poids de sel marin voisin de 5 kilogrammes; il résulte des nombres cidessus, relatifs à 1 kilogramme et 2 kilogrammes, qu'elle produirait une absorption complète sous une é[)aisseur notablement inférieure à 20 centimètres.

L*eau de mer doit donc arrêter les radiations hertziennes, au moins celles que j'ai employées ici, sous une faible épaisseur.

Mes premiers essais ayant été réalisés avec l'idée préconçue qu'il fallait de très fgrtes épaisseurs de solutions salines pour absorber les radiations électriques, j'avais tout d'abord opéré avec une solution très concentrée.

L'absorption était alors complète, et c'est en réduisant la quantité

de sel à -> -» -> etc., de la quantité primitive que j'étais arrivé à

reconnaître que la masse de sel nécessaire était très faible.

Eau de la Vanne 10 mètres

Solution de sel marin (45 kilogrammes de sel marin) 0 —

Solution -(<) 0 —

Solution r 0 —

Solution - 0 —

Solution 77 0 —

(!) Solution obtenue en vidant la moitié du liquide de la cuve, en achevant de remplir avec de l'eau et en brassant la masse.

148 nUANLY

Solution .7- 0 —

Solution rr Cn^HO

Solutions de sulfate de zinc.

Eau de la Vanne 9°»,40

Solution de sulfate de zinc (55 kilos). 0

Solution - , 0

Solution 7 0

Solution - 0

Solution 77: 0",00

Solutions diacide sulfurique.

Eau de la Vanne 8",80

Eau acidulée (500 grammes d'acide sulfurique pur à 06°) 0

Solution - , 1 ,75

Eau de la Vanne 9 ,50

Eau acidulée (1 kilogramme d'acide sulfurique pur à 66°) 0

Solution - 0

Solution - 2

Solutions d'acide vhlorinjdriquc.

Eau de la Vanne O^^SO

Eau acidulée (1 kilogramme d'acide chlorhydriquo pur à '2V) 0