CHAPITRE
lia JWéeanique de l'atmosphère.
Descendons un ballon de verre à une certaine profondeur dans l'océan : si notre ballon est vide et fermé, il y a bien des chances pour que la pression de l'eau l'écrase et le réduise eu miettes. Ce simple fait nous démontre par analogie que tous les corps situés à la surface de la Terre, et plongés pour ainsi dire au fond de l'océan aérien qui les baigne et les enveloppe de toutes parts, doivent recevoir et supporter le poids des couchas atmosphériques.
Ceci, de prime abord, paraît invraisemblable, et cependant un peu de réflexion nous montre qu'il en doit être ainsi.
Bien que les gaz soient des substances extrêmement légères, leurs particules ne font pas exception à la grande loi de la
pesanteur qui attire tous les corps vers le centre du globe. Les couches d'air supérieures doivent donc presser les régions situées au-dessous d'elles et la pression doit atteindre sa plus haute valeur dans les endroits les moins élevés, c'est-à-dire au niveau des mers.
Voulez-vous une preuve expérimentale de cette pression ?
Prenez un verre plein d'eau, et posez bien à plat une feuille de papier sur ses bords, avec quelque peu de précautions et d'adresse, vous arriverez vite à pouvoir retourner le verre sans qu'une goutte d'eau s'en échappe.
Evidemment, ce n'est pas la mince feuille de papier qui retient le liquide, c'est la pression de l'air qui applique cette
feuille de papier et s'exerce de bas en minutieux présidèrent au montage des
haut, supposant ainsi à sa chute. appareils. On en fit l'essai lorsque tout
Autre expérience. Faites brûler au fond fut terminé; ils fonctionnaient parfaite
d'un verre un morceau d'ouate imbibée d al cool, et retournez le tout brusquement audessus d'une assiette creuse remplie d'eau.
Immédiatement, poussée par la pression atmosphérique, l'eau remontera dans le verre et prendra la place laissée vide par la combustion de l'oxygène.
Ces faits n'étaient pas inconnus des physiciens au commencement du xvii3 siècle, mais personne n'en soupçonnait la véritable explication, ainsi que nous le prouve l'anecdote suivante :
Un jour, c'était en l'année 1630, il prit fantaisie au grand-duc de Toscane de faire établir dans son palais de Florence, des
C'est la pesanteur de l'air qui applique la
feuille de papier contre l'ouverture d'un
verre plein d'eau que l'on maintient
renversé.
ment, mais l'eau s'obstina à ne pa6 dépasser la hauteur de 32 pieds.
On examina de nouveau les corps de pompe et les tuyaux; aucune fissure n'était visible, le vide semblait parfait, mais pour la première fois on constata avec étonnement que la nature, loin d'en avoir horreur, contemplait le vide avec insouciance et refusait de le remplir.
L'émoi fut grand parmi les hommes du métier. ''Son Altesse grande-ducale n'en revenait pas et l'on décida de consulter la
science.
Galilée jouissait alors de toute sa réputation. C'était de toute l'Europe le physicien le plus en vue;
pompes de dimensions telles que personne lui seul pouvait fournir une explication n'en possédait de semblables. Elles de- rationnelle de cette énigme.
vaient élever l'eau et la distribuer jusque dans les appartements supérieurs de l'habitation.
Les fontaitiiers pe mirent à l'œuvre aussitôt pour satisfaire les désirs de Son Altesse. Les principes admis à l'époque ne s'oppof-aient pas d'ailleurs à la réussite du projet ; l'eau montait dans les corps de pompe, parce que « la nature avait horreur du vide ».
Les soins les plus
C'est encore la pression atmosphérique qui fait
remonter l'eau dans un verre vide ou l'on a fait
lirûler un peu d'ouate imbibée d'alcool.
Il faut avouer que pour une fois la réponse ne fut pas digne d'un aussi grand savant. Pris au dépourvu, Galilée aima mieux dire une sottise que de s'abstenir : a. Si l'eau ne montait pa6 plus haut, il fallait en accuser son propre poids. »
Ce à quoi Torricelli, disciple de Galilée, répondit aussitôt : o Si l'eau est empêchée de monter en vertu de son propre poids, pourquoi
ce même poids lui permettrait il de s'élever à 32 pieds? »
Or le fait qu'elle atteint ce niveau montrait au contraire qu'on était en présence d'un cas analogue à la balance :
dans l'un des plateaux, il y avait le poids d'une colonne d'eau de 32 pieds de hauteur, de l'autre côté un poids égal <■ 'opposait à la descente et lui faisait équilibre.
Et la substance qui agissait ainsi, il ne fallait pas la chercher bien loin, c'était la colonne d'air atmosphérique, évidemment.
Torricelli ne tarda pas, d'ailleurs, à fournir la preuve expérimentale de cequ'il avançait.
Si dans uni tube recourbé en forme d'U, nous mettons de l'eau dans l'une des branches et du mercure dans l'autre, pour que les deux colonnes se fassent équilibre, celle de mercure devra être 14 fois plus petite en hauteur, puisque ce corps est 14 fois plus lourd que l'eau.
<t Si donc nous remplacions l'eau de la pompe par du mercure, pensa
Torricelli, au cas où mon explication serait vraie, la hauteur du mercure devrait être 14 fois moindre que 32 pieds, soit 28 pouces (76 centimètres) environ. »
Disposition de l'expérience de Torricelli.
La hauteur du mercure dans le tube est en moyenne de
76 centimètres. La partie supérieure du tube est vide d'air:
c'est la chambre barométrique.
Et c'est ce que le fait confirma.
Mais bientôt le jeune physicien varia sa démonstration et son expérience. Prenant un tube de verre de 3 pieds de hauteur et fermé à une extrémité, il lemplit de mercure et le retourna sur une cuvette renfermant ce même liquide. Aussitôt on vit la colonne descendre, osciller quelque temps et finalement s'arrêter encore à 28 pouces de hauteur.
La preuve était décisive..
Torricelli venait d'inventer le baromètre (1), c'est-à-dire un instrument destiné à nous donner le poids de la couche d'air dans laquelle nous vivons, ou pour être plus précis, la valeur de la pression atmosphérique.
Traduisons maintenant ces résultats en mesures modernes.
Supposons un tube avant un centimètre carré de section et disposé comme dans l'expérience de Torricelli ; nous constaterons d'abord que la colonne aura au niveau de la mer une hauteur de 76 centimètres en moyenne.
Ainsi la colonne d'air est assez forte pour faire équilibre au poids d'une co-
(1) Baromètre dérive de deux mots grecs : Barofi, poids, metron, mesure.
Portrait de Bi.aise Pascal.
Illustre philosophe et savant mathématicien français, né à Glermont-Ferrnnd en 1023, mort en lt-02
des physiologistes, une surface de 1 mètre carré et demi ou 15 000 centimètres carrés, la pression que vous supportez atteint le chiffre énorme de
15 000 x 1,033 = 15 490 kilog.
Je gagerais bien que vous ue vous croyiez pas si fort!
Il est juste d'ajouter que votre corps entier, aussi bien l'intérieur que l'extérieur, supporte une pression égale et contraire, et c'est la raison pour laquelle les hommes qui vivent dans l'atmosphère, aussi bien que le poisson évoluant dans l'eau, ne peuvent s'apercevoir des formidables pressions auxquelles ils sont soumis.
Nous pourrions recommencer les calculs pour la surface entière du globe, et nos opérations nous conduiraient à ce résultat fantastique, mais trèa réel, que le poids total de l'atmosphère est égal à
de kilogrammes, c'est-à-dire à 5 quintillons de kilogrammes,
lonne de meroure ayant un centimètre carré de section et 76 centimètres de hauteur, ou pour mieux dire un volume de 76 centimètres cubes.
Et comme un centimètre cube de mercure pèse 13 gr. 6, le poids entier de la colonne Kera évidemment :
7G < 13,6 = 1 033 grammes.
Dès lors un centimètre carré de la surface de notre corps reçoit une pression de 1 kil. 033 et comme le corps humain offre, au témoignage
La montée du Pl-y de Uome. [CUché Deniot)
ou, ce qui revient au même, à 5 millions de milliards de tonnes de 1 000 kilos ! soit la millionnième partie du poids de la Terre •elle-même. On comprend maintenant la violence des ouragans à la surface du globe, lorsque le vent atteint 30, 40 et 50 mètre»
par seconde.
Telles étaient les con séquences naturelles du principe posé par Torri celli ; elles parurent si extravagantes à l'époque que la doctrine de l'illustre physicien fut vivement combattue, et comme toujours la question dégénéra en une querelle de métaphysique.
Lee uns, n'admettant pas que le vide pût exister au-dessus du mercure, dans ce que l'on est convenu d'appeler la chambre barométrique, se déclarèrent partisans du plein universel; les autres beaucoup moins nombreux formèrent le parti du vide et Pascal en fut bientôt le chef le plus autorisé.
Le savant mathématicien était un rude joueur qui eut vite fait de démonter les ridicules syllogismes de ses adversaires.
Il proposa, finalement, un moyen de mettre tout le monde d'accord.
C'était d'exécuter l'expérience de Torricelli au sommet d'une montagne :
la pression de l'air devait être moindre et la colonne de mercure moins élevée.
a S'il arrive, écrivait Pascal, que la hauteur du vif-argent Boit moindre au haut qu'au bas de la montagne, il s'ensuivra nécessairement que la pesanteur et pression est la seule cause
Type de baromètre normal
de cette suspension du vif-argent, et non pas 1 horreur du vide, puisqu'il est bien certain qu'il y a beaucoup plus d'air qui pèse sur le bas de la montagne que non pas sur le 6ommet. »
Il fut donc décidé que Florin Périer, beau-frère de Pascal, tenterait l'expérience au sommet du Puy de Dôme, à 1 465 mètres d'altitude, alors que luimême observerait la colonne de mercure sur la Tour Saint-Jacques de la Boucherie à Paris.
L'expérience fut décisive et Périer, le 19 septembre 1648, constata entre les deux colonnes barométriques observées à Clermont-Ferrand et au sommet de la montagne, une différence d'un peu plus de 3 pouces.
On venait d'inventer, par le fait même, une façon extrêmement ingénieuse d'apprécier les hauteurs à l'aide du baromètre.
L'instrument devait, dans la suite, conduire à des résultats non moins intéressants sur d'autres points et devenir un appareil de précision utilisé par les météorologistes.
Il y a donc lieu d'insister ici sur les différents modèles actuellement en usage.
Dans les observatoires, on emploie encore le baromètre de Torricelli, c'est le baromètre normal, celui auquel on rapporte toutes les indications des autres instruments. La hauteur de la colonne est toujours déterminée avec une très grande précision. A cet effet, on mesure au moyen
d'échelles graduées et de microscopes, les différences de niveau du mercure dans le tube et dans la cuvette, et l'on tient compte dos phénomènes qui pourraient fausser les indications : dilatation de la colonne mercurielle sous l'influence de la température, réduction au niveau de la mer, etc.
Le physicien Fortin a rendu ce modèle transportable en lui ajoutant quelques modifications. A l'aide d'un dispositif ingénieux, le niveau du mercure peut monter ou descendre dans la cuvette très réduite, et on le ramène à chaque opération à un point fixe d'où part le zéro de la graduation en hauteur : il n'y a donc qu'une seule lecture.
Tous ces instruments sont malheureusement très encombrants et on les a remplacés depuis par des appareils fondés sur un autre principe.
Prenons une boîte de conserves en fer-blanc et faisons le vide à l'intérieur. Le poids de la colonne d'air tendra à en rapprocher les parois. Mais si la pression eet variable d'un jour à l'autre on comprend que le couvercle peu épais d'une
Baromktki; de Fortin.
Modèle f i x » - .
Construit parla ■/ Tonnelot.
telle boîte manifestera uue courbure plus ou moins prononcée. Dès lors, il deviendra fac'le de mesurer cette courbure au moyen d'un système de leviers qui l'amplifiera.
Cet instrument a reçu le nom de baromètre anéroïde, c'est-à-dire sans liquide à
Baromètre de Fortin.
[Modèle transporta Maison Toi
l'intérieur; le modèle le plus en vogue est celui qui emploie les boîtes de Vidie, sortes de cylindres plats, dont les deux bases sont ondulées suivant des rides circulaires.
Le vide étant réalisé en partie à l'intérieur des boîtes, on peut les superposer et l'aplatissement total des cylindres devient tout à fait sensible.
La perfection a même été poussée beaucoup plus loin.
Autrefois les météorologistes étaient astreints à surveiller leurs baromètres. A chaque heurt du jour, il fallait relever les pressions correspondantes.
Aujourd'hui, la plupart des instruments enregistrent eux-mêmes sur une feuille de papier la valeur de cette pression. Il suffit, en effet, d'adjoindre à l'aiguille une plume traçante dont l'extrémité vient s'appuyer sur un cylindre mû par un mouvement d'horlogerie.
La feuille se déroule donc sans qu'on ait besoin de la changer pendant toute une semaine ou même davantage, et à l'aide des baromètres enregistreurs à prix relativement bon marché, il est facile de connaître la pression atmosphérique à un dixième de millimètre près.
En France, la Maison Richard, qui s'est fait une spécialité des appareils enregistreurs pour la Météorologie, a
Dans le baromètre Fortin on ramène le niveau du mercure en contact avec une pointe d'ivoire, grâce à un fond mobile. Il n'y a donc qu'une seule lecture pour obtenir la hauteur.
Des boites de Vidie à surfaces ondulées
et dans lesquelles rè^ne un vide partiel
s'aplatissent plus ou moins son> l'influence
de la pression de l'air.
réalisé dans ce genre des merveilles de précision et de légèreté.
De tels instruments fournissent, on le conçoit aisément, des matériaux d'une documentation impersonnelle de première valeur et les météorologistes futurs trouveront là des registres précieux pour leurs travaux.
Nous verrons un peu plus loin les services que rendent ces appareils pour l'étude actuelle des phénomènes généraux de l'atmosphère.
Disons un mot, en attendant, de l'application du baromètre à la mesure des hauteurs.
Nous avons vu comment l'expérience due à l'initiative de Pascal, avait mis les physiciens sur la voie d'une solution très élégante du problème.
Mais en réalité, la question était beaucoup plus délicate qu'on ne pouvait le soupçonner de prime abord.
Un litre d'air pèse 1 gr. 293, alors que le même volume de mercure accuse à la balance 13 590 grammes, soit un poids environ 10 000 fois plus fort.
Pour obtenir une baisse donnée du baromètre, il faudrait donc s'élever, d'après ces calculs, 10 000 fois plus haut; en d'autres termes, une ascension de 10 mètres correspondrait à une baisse barométrique de 1 millimètre,
Le raisonnement est très juste en théorie, à condition que l'on néglige la pesanteur et l'élasticité des couches d'air qui sont de moins en moins pressées à mesure que l'on s'éloigne du sol.
L'écart sera donc d'autant plus grand qu'on montera davantage. Pour de faibles hauteurs on peut, en effet, considérer la va riation de 1 millimètre par 10 m. 50 comme suffisamment exacte, mais cette loi est déjà
Dans ce type de Baromètre anéroïde, un système de leviers transforme en mouvement circulaire les déformations d'une boite de Vidie. (Modèle Tonnéloï).
voire même aucun aviateur, n'entreprend un vovage aérien 6ans emporter avec lui un de ces instruments délicats pour servir de contrôle au retour.
Voici q uelq uer, exemples de la diminution de hauteur de la colonne barométrique dans les ascensions.
Supposons, pour simplifier les données, que le thermomètre marque la température de la glace fondante, la pression barométrique étant ramenée au niveau de la mer, à 760 millimètres. A 100 mètres de hauteur l'instrument marquera 750 millimètres, 741 mil limètres à 200 mètres.
Au sommet de la tour Eiffel, nous constaterons le chiffre de 732 millimètres, la colonne aura déjà baissé de 3 centime très (28 millimètres exactement).
A 1 000 mètres nous aurons 670mjl,6.
Dans les stations élevées de la Suisse
où l'on envoie certains malades faire des
« cures d'air », la pression à 2 000 mètres
Baromètre enregistreur.
(Modèle de la Maison Richard à Paris.)
fausse à partir de 100 mètres, <'t il faut avoir recours à des formules compliquées ou à des Tables spéciales.
Certains baromètres anéroïdes portent une graduation qui dispense des calculs. De même les baromètres enregistreurs qu'on emporte dans les ascensions sont munis de feuille- imprimées à l'avance et une simple lecture fournit la hauteur atteinte.
A l'heure actuelle ce dernier procédé est tellement répandu, qu'aucun aéronautc,
Mécanisme simplifié fin Baromètre enregistreur La déformation d'une boite dans laquelle on i fait un vide partiel es) amplifiée par un bras de levier qui porte uni- plume traçante inscrivant la pression mit un tambour mû par un mouvement d'horlogi
n'est plus que de 592 millimètres : la colonne de mercure a subi une diminution de près de 17 centimètres.
Au sommet du mont Blanc, à 4 810 mètres, le baromètre marque 425 millimètres; 240 millimètres seulement sur l'Himalaya au Gaurisankar, dont l'altitude est de 8 810 mètres.
Au lieu de supporter une pression totale de 15 500 kilogrammes, le corps d'un homme dans ces conditions, ne serait plus soumis qu'à une pression de 5 400 kilogrammes.
Ces chiffres nous expliquent pourquoi les ascensions deviennent dangereuses si l'on n'y procède pac par un long entraînement.
Ces données basées sur les calculs et sur l'expérience, ont coûté, depuis deux siècles, bien des efforts et des vies humaines.
Baromètre de poche donnant sur
un cadran la hauteur atteinte
dans les ascensions.
(Modèle Tonnelot).
Les plus grands savants de l'Europe n'ont pas hésité à gravir autrefois les flancs les plus escarpés des hautes montagnes, pour fixer ces lois qui nous paraissent extrêmement simples lorsque nous les apprenons sans fatigue dans nos Physiques modernes.
Mais le relief terrestre est insignifiant par rapport à l' épaisseur de l'enveloppe atmosphérique ; l'homme a donc cherché à s'élever plus haut encore, et après qu'il eut constaté, au péril même de sa vie, l'impuissance de son organisme à résister à d'aussi faibles jn'essions, il a trouvé le moyen de puiser à des hauteurs vertigineuses, des échantillons de l'atmosphère.
Ce sont les différentes péripéties de cette conquête d'un domaine réputé jadis inaccessible, que nous allons retracer à larges traits dans le chapitre suivant.
SOMUKT DU PUY DE DÔME ET RUINE D'UN ANCIEN TeMPI-E
[Cliché Dentoi
L'Ancien Observatoire installé au sommet du Mont Blanc.
