CHAPITRE IV

LE BAROMETRE ET LA PRESSION ATMOSPHERIQUE.

En nous occupant de la hauteur de l'Atmosphère^ nous venons déjà de remarquer que l'air est plus dense dans les régions inférieures de Tocéan aérien^ c'est-à-dire à la surface du sol où nous rampons^ que dans les régions supérieures. L'air, quelque léger et fluidique qu'il nous paraisse, a donc un poids réel. Chaque mètre carré de la surface du globe supporte une pression considérable, que nous allons tout à Theure évaluer, et qui correspond à la hauteur et à la densité de la colonne d'air d'égale section posée sur lui.

Les anciens ne connaissaient pas la mesure de la pression atmosphérique; il ne faut pas cependant en conclure qu'ils ignorassent les effets qu'elle exerce, surtout pendant les vents les plus violents : mais cette force que chacun éprouvait sans songer à Tapprécier, ne fut déterminée que vers le milieu du dix-septième siècle.

Le grand-duc de Toscane ayant eu, en 1640, la fantaisie alors prÎDcière d'avoir des jets d'eau sur la terrasse de son palais, les ibntainiers de Florence trouvèrent qu'il était absolument impossible d'amener l'eau au-dessus de 32 pieds. Le duc écrivit à Tillustre Galilée sur ce singulier refus de l'eau d'obéir aux pompes. Torricelli, l'élève et l'ami de Galilée, donna l'explication du fait, et montra, comme nous allons le voir, que cette colonne d'eau de 32 pieds faisait équilibre à la pression de l'Atmosphère prise dans toute sa hauteur.

Oq a quelquefois^ par un malentendu^ attribué à Pascal la belle invention de Torrieelli. Voici comment le philosophe français rend lui-même compte de cette méprise en exposant ce qui lui appartient : « J^e bruit de mes expériences s'étant répandu dans Paris^ on les confondit avec celles d'Italie^ et^ dans ce mélange, les uns me faisant un honneur qui ne m*était pas dù^ m^attribuaient cette expérience d Italie, et les autres, par une injustice contraire, m*ôtaient celles que j'avais faites. Pour rendre aux autres et à moi-même la justice qui nous était due, je fis imprimer en 1647 les expériences qu'un an auparavant j'avais faites en Normandie; et afin qu'on ne les confondît plus avec celle d'Italie, j'annonçai celle-ci à part, et de plus en caractères italiques, au lieu que les miennes sont en romain ; et ne m^étant pas contenté de la distinguer par toutes ces marques, j'ai déclaré en mots exprès, dans cet avis au lecteur, que je ne suis pas inventeur de celle là; quelle a été faite en Italie quatre ans avant les miennes, que même elle a été l occasion qui me les a fait entreprendre. »

C'est donc le refus de Teau à s'élever au-dessus de 10 mètres dans les corps de pompe qui révéla à Torrieelli le poids de TAtmosphère. Examinons d'abord un instant le mécanisme et le jeu des pompes.

Tout le monde sait que ces appareils simples et anticiues servent à élever l'eau par aspiration, par pression ou par les deux effets combinés. De là leur division en pompr aspirante^ pompe foulante^ et pompe aspirante et foulante. Avant Galilée, on attribuait l'ascension de Teau dans les pompes aspirantes à Ihorreur de la nature pour le vide ; mais cette ascension est simplement un efTet de la pression atmosphérique.

Concevons un tube à la partie inférieure duquel se trouve un piston, et plongeons sa partie inférieure dans l'eau. Si l'on vient à élever le piston, le vide se fait au-dessous de lui, et la pression atmosphérique s'excrçant sur la surface extérieure du liquide force celui-ci à s'élever dans le tuba et à suivre le piston dans son mouvement.

Cest là simplement le principe de la pompe aspirante, qui se compose essentiellement d'un corps de pompe, dans lequel se meut un piston communiquant par un tu^au avec un réservoir d'eau ^fig. 6^ . Au point de jonction du corps de pompe et du tuyau d'aspiration se trouve une soupape s'ouvrant de bas en haut; de même dans l'épaisseur du piston se trouve une ouverture formée par une soupape analogue.

Pour que l'eau puisse arriver jusqu'au corps de pompe, il faut que la soupape d'aspiration soit à moins de 1 0 mètres au-dessus du niveau de l'eau dans le puisard ; s'il en était autrement, l'eau s'arrêterait en un certain point du tuyau, sans que le mouvement du piston pût la faire élever davantage.

En outre, pour qu'à chaque ascension du piston on enlève un volume d'eau égal au volume du corps de pompe, il faut que le déversoir lui-même soit fait à moins de 10 mètres au-dessus du

Fig. 6. — Pompe aspi

Fig. 1. — Pompe aspirante et foulante.

réservoir. On voit donc que la pompe aspirante ne permet pas d'élever l'eau à plus de 1 0 mètres de hauteur.

Mais une fois que l'eau a passé au-dessus du piston, la hauteur à laquelle on peut alors la porter ne dépend que de la force qui fait mouvoir le piston.

La pompe aspirante et fou'anle (fig. 7) élève l'eau à ta fois par aspiration et par pression. A la base du corps de pompe, sur l'oriflce du tube d'aspiration, est encore une soupape ouvrant de bas en haut. Une autre soupape s'ouvrant dans le même sens ferme l'ouverture du tube coudé qui vient se terminer dans un vase nommé le réservoir d'air. Enfin, de ce réservoir part un tube

d^ascension destiné à élever Teau à une hauteur plus ou moins considérable.

Enfin ^ la pompe foulante n'agit que par action mécanique et n*utilise pas la .pression atmosphérique. Elle ne diffère de la précédente que parce qu^elle n'a pas de tuyau d'aspiration^ son corps de pompe plongeant dans Teau même qu*on veut élever.

Sur cette élévation de Teau jusqu'à une certaine hauteur^ le compatriote de Galilée^ éloignant comme son maître toute idée de cause occulte, exposa que le poids de Vair du réservoir force l'eau à monter dans le tube dont on soutire l'air, et cela jusqu'à ce que le poids de Teau élevée dans le tube équivale celui de Tair pesant sur une section égale du réservoir. Il arriva^ par une simple conséquence de ce raisonnement^ à créer le Baromètre.

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 deux fois plus que Teau^ ferait équilibre à FAtmosphère avec une colonne de 1 6 pieds, et le mercure qui pèse à peu près quatorze fois plus que Teau doit faire équilibre avec une colonne qui est la quatorzième partie de 32 pieds, ou environ 28 pouces. C'est une conséquence facile à vérifier. On prend un tube de verre d'un mètre de longueur, fermé par un bout ; on le remplit de mercure, et ensuite, après l'avoir bouché avep le doigt (fig. 8), on le retourne verticalement pour en plonger l'extrémité dans une cuvette remplie de même liquide. Aussitôt qu*on enlève le doigt, le mercure intérieur descend de plusieurs centimètres, puis il s'arrête (fig. 9); l'équilibre est établi, la colonne liquide qui reste supendue dans le tube est une véritable balance, car son poids, c'est-à-dire sa hauteur, fait précisément équilibre à la pression atmosphérique.

A ce tube de mercure ainsi posé verticalement sur une cuvette de mercure, le savant élève de Galilée donna le nom de Barotnitre, c'est-à-dire d'appareil indiquant le poids de l'air (du grec papoç, poids, et liLeTpov, mesure).

Le baromètre se compose donc essentiellement d'un tube de mercure plongé dans une cuvette. Dans notre dernier Livre, nous nous occuperons des applications nombreuses de cet appareil ainsi que de ses diverses espèces; ici l'important était de définir son principe. Ce baromètre réduit à ses plus simples conditions s'appelle le Baromètre normal (fig. 10).

L'invention du baromètre par Torricelli date de l'année 1G43.

Trois ans plus tard, en 1646, Pascal renouvela l'expérience en Fraocepar un véritahle baromètre à eau, et même par un baromètre à vin. C'était à Rouen, son tube avait 46 pieds de long, et pour s'é- TÎlerla difficulté, insurmontable à cette époque, d'en épuiser l'air directement, 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 tube fut redressé verticalement, et l'extrémité infe-

Le tube dans ta cuveUe.

rienre fut plongée dans un vase d'eau. Au moment oij l'on enleva le bouchon qui la tenait fermée, 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. Les 14 pieds qui étaient au-dessus étaient privés d'air. Ainsi, la colonne liquide faisait à elle seule équilibre à la pression atmosphérique : d'oii il conclut qu'une colonne d'eau (ou de vin de même densité) de 32 pieds de hauteur pèse autant qu'une colonne d'air de même base.

36 POIDS DE UATMOSPHËRE.

La surrace de la Terre est pressée comme si elle était recouverte d'une couche d'eau de 32 pieds de hauteur; et nous, qui vivons au fond de l'océan de l'air, nous subissons la même pression.

Si c'est la pression de l'air qui cause l'élévation du mercure ou de l'eau : en s'éievant à diverses hauteurs dans l'Atmosphère, le poids de la colonne de mercure soulevée, et pur conséquent la longueur de cette colonne, doit diminuer graduellement de quantités correspondantes aux couches d'air laissées au-deasous de soi. L'expérience fut exécutée sur le Puyde-Dôme d'après les instructions de Pascal, par son beau-frère, Florin Périer, le 10 septembre 1648; elle fut répétée pur Pascal même sur ta tour Saint-Jacques à Paris. Les résultats furent décisifs, et l'on eut dans le baromètre un moyen facile et sûr de mesurer le poids total de l'Atmosphère et les variations de la pression qu'elle exerce en divers temps et en divers lieux à la surface du {jlobe.

Ainsi, c'est de 1B43 à (0'>8 que fui, démontn'-ela pression atmosphérique, par la conslruclion du baromètre et les expériences auxquelles les chorcheurs se livrèrent immédiatement.

Par une coïncidence trè8-fré(iuente dans l'histoire des sciences, tandis qu'on étudiait en Italie et en France les indications du baromètre, on s'occupait en Hollande de constater précisément le poids de l'air, mais par une tout autre méthode.

En 1050, Otto de Guéricke, bourgmestre de Magdebourg, invente la machine pneumatique, jmr laquelle on peut soutirer l'air contenu dans un récipient, et faire le viJe presque absolu.

ha môme année, l'ingénieux inventeur imagine

de peser un globe de verre, d'abord en lui laissant

l'air qu'il contient, puis en lui enlevant cet air

par la machine pneumatique. Le globe vide d'air est trouvé moins

lourd que plein d'air, avec une difl'érence de 1 gramme ^9 pour

chaque litre dont se compose la capacité du globe.

Déjà, Aristote avait soupçonné que l'air est pesant; pour s'en assurer il avait pesé une outre, d'abord vide, puis gonflée d'air :

Flg. 1].— TorricelU InTenlanl le B«romètre.

car^ disait-il^ si Tair est pesant^ Toutre doit être plus lourde dans le second cas que dans le premier. L'expérience n*ayant pas confirmé ses prévisions^ il en conclut que Tair n était pas pesant. Cependant plusieurs philosophes de lantiquité admettaient la matérialité de 1 air comme un fait. Ainsi Técole d'Épicure comparait les effets du vent à ceux de Teau en mouvement, et regardait les éléments de Vair comme des corps invisibles; Lucrèce en parle longuement. Toutefois, pendant le règne de la philosophie péripatéticienns, on admit que l'air était sans poids, et un petit nombre seulement de philosophes ne partagèrent pas cette erreur.

Nous venons de voir qu'en répétant d'une manière judicieuse Teicpérience d'Aristote, Otto de Guéricke a démontré le poids réel de lair. Si Aristote avait trouvé le contraire, cela tient au changement de volume de Toutre dans ses deux essais; car tout corps pesé dans un fluide perd en poids une quantité égale au poids du fluide déplacé.

L'outre employée par Aristote eût été plus lourde pesée dans le vide.

Supposons qu\)n y introduisît par insufflation environ 30 décimètres cubes d'air : son poids augmentait de 4 grammes environ, mais pig. 12. -Expérience d'otto de Guéricke. en même temps Toutre s'était gonflée; son volume s'était accru de 30 décimètres cubes, et déplaçait un volume d'air d'un poids égal, de telle sorte que sa perte en poids était également de 4 grammes, et qu'en définitive son poids restait le même; mais dans l'expérience d'Otto deGuéricke, le vase avait toujours la même capacité, qu'il fût vide ou plein d'air; et sa perte en poids par l'air déplacé étant la même dans les deux cas, on devait trouver une différence qui démontrât la pesanteur de Tair. Otto de Guéricke imagina en même temps les Hémisphères de Magdebourg^ ainsi nommés de la ville où ils furent inventés, et qui consistent en deux hémisphères creux, de cuivre, de 10 à i2 centimètres de diamètre. Ils s'emboîtent hermétiquement l'un dans l^autre. L'un des hémisphères porte un robinet qui peut se visser