CHAPITRE VIII

Importance des instruments enregistrem^s. — Baromètres et thermomètres photographiques. — L'enregistrement des oscillations de l'aiguille aimantée. — Photo-électrographe de Ronald. — La photométrie photographique. — Photographie des colonnes d'eau soulevées par les torpilles, des phénomènes d'interférence et des raies du spectre.

Parmi les sciences physiques, il en est dont les progrès, pour ainsi dire intermittents, se révèlent par de véritables révolutions qui les transforment tout à coup ; il en est d'autres où les grands événements sont rares, où la patience continue de l'observateur supplée en quelque sorte à l'inspiration née fortuitement dans le cerveau d'un inventeur de génie. La chimie a eu son Lavoisier, qui, par la théorie de la combustion, par l'analyse de Fair, a tout à coup marqué une ère nouvelle dans l'histoire de cette branche si féconde du savoir humain; la physique a eu son Yolta, qui a su lui ouvrir d'immenses horizons, en donnant naissance à la pile électrique. Mais il est d'autres sciences où de semblables progrès ne peuvent se manifester tout à coup.

La météorologie, par exemple, qui a pour but d'étudier les lois du mécanisme de l'atmosphère, doit déterminer chaque jour la température, l'humidité de l'air, noter les variations barométriques, les oscillations de l'aiguille aimantée; le domaine où elle se meut ne comporte pas des conquêtes rapides ; science d'observation, elle ne peut rien attendre des hasards heureux de 1 -.1 jérience. Le rôle de ceux qui s'y consacrent consiste essenut'ltn'^nt à recueillir chaque jour, à toutes les heu'^es, d^s chiffres exacts et rigoureux; l'espérance qui les inime, c'est de voir se multiplier les stations d'obseï vations sur toute la surface des continents. Ils laisseront à leurs successeurs les patientes investigations de leur existence, heureux si la corrélation, la comparaison de leurs résultats conduisent à découvrir quelques-unes des lois fondamentales qui président aux mouvements atmosphériques.

En présence de la nécessité de consulter le plus fréquemment possible, et dans un nombre de stations météorologiques multipliées, les divers instruments au moyen desquels on interroge l'atmosphère, on n'a pas tardé à s'apercevoir qu'il y aurait un intérêt immense à substituer au travail de l'homme celui des machines. Comment condamner un observateur, si consciencieux qu'il soit, à lire plusieurs fois par heure et pendant des journées entières, le degré du thermomètre, la hauteur du baromètre; à considérer, pour les noter, les mouvements de l'aiguille aimantée et la rotation de la girouette? Cependant il importe, pour le progrès de la météorologie, que ces observations journalières soient exécutées avec la précision qui doit caractériser tout do-

cument véritablement scientifique. Ce que l'homme ne peut faire, la machine l'accomplit. Pour obtenir cette mécanique ingénieuse, capable délaisser sur un papier les traces du mouvement du mercure dans le thermomètre et dans le baromètre, à toute heure du jour et de la nuit ; pour indiquer la moindre perturbation survenue dans les organes les plus délicats des instruments les plus précis, les savants ont eu recours à l'auxiLaire précieux de la photographie. Ils utilisent l'art de Daguerre dans la construction de ces instruments de météorologie qui écrivent eux-mêmes leurs variations de tous les instants, et que l'on nomme enregistreurs.

L'idée d'employer, pour l'étude des phénomènes météorologiques, des appareils disposés de manière à marquer eux-mêmes les traces des influences qu'ils subissent, est assez ancienne ; elle remonte à l'illustre Magellan, qui avait construit, en 1782, des thermomètres et des baromètres qui enregistraient tous les états par lesquels les faisaient passer les variations atmosphériques.

L'enregistrement par la photographie, tel qu'il s'exécute aujourd'hui dans un grand nombre d'observatoires, offre l'avantage de supprimer les organes de transmission compliqués que nécessiterait tout autre moyen mécanique ou électro-magnétique. Cet enregistrement est surtout utilisé pour les variations du thermomètre, du baromètre, et pour l'étude des oscillations de l'aiguille aimantée.

On sait qu'à la partie supérieure de la colonne barométricpie, il y a un espace vide, connu sous le nom de vide de Torricelli. Si l'on place une lumière, celle du

gaz par exemple, ou encore celle d'une lampe àpétrole, derrière le baromètre, à l'aide d'une lentille par devant, on pourra projeter sur un papier sensibilisé l'image de l'espace éclairé qui surmonte la colonne de mercure ; cette image photographique variera à chaque instant avec le niveau du mercure dans le baromètre.

Le thermomètre enregisti'eur ou thermographe est à peu près disposé de la même manière; seulement il est indispensable que la lampe à gaz soit placée loin de l'appareil, afin que la chaleur qu'elle émet n'agisse pas sur l'instrument ; en outre, sa lumière ne passe plus par l'espace vide situé au-dessus du mercure, mais bien à travers une petite bulle d'air qui a été introduite à l'avance dans la mince colonne mercurielle, et qui joue icile rôledepinnule. La lumière, ainsi transmise, produit sur le papier une marque qui offre l'aspect d'un point.

Dans ces deux instruments, le papier sensibilisé est tendu sur un tambour que fait régulièrement tourner un mouvement d'horlogerie ; il accomplit lui-même un mouvement de rotation continue, et la trace des variations de niveau du mercure, dans le thermomètre et le baromètre, s'y trouve marquée par une ligne continue, quand on a retiré le papier et qu'on lui fait subir les opérations propres à la fixation de l'image.

La disposition du mécanisme varie selon l'enregistrement qui doit s'appliquer à tel ou tel appareil. Pour que la photographie puisse noter les variations du baromètre, M. Ronalds, et plus tard M. Salleron, ont pris des dispositions ingénieuses que nous allons décrire. Le baromètre enregistreur a pris le nom de barométrographe photographique.

Un baromètre à cuvette ordinaire est suspendu verti calement par un collier métallique. Au-devant de cet instrument est une lentille convexe qui concentre, à sa partie supérieure, la lumière d'une lampe d'Argant ou d'un bec de gaz. Le haut du tube barométrique est muni d'une échelle transparente en verre, divisée en demimillimètres.

Le rayon lumineux traverse cette échelle, passe audessus du ménisque mercuriel, et pénètre dans un objectif achromatique pour projeter sur une feuille de papier sensibilisé l'image de la graduation fixe et de la surface mobile du mercure.

Le papier photographique est adapté à un cadre qui se meut sur un chariot dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'objectif. Un mouvement d'horlogerie imprime le mouvement au cadre de telle façon qu'il parcourt seulement toute sa longueur en vingt-quatre heures.

« Il résulte de l'ensemble de ces dispositions, dit M. Pouriau, à qui l'on doit un excellent travail sur les instruments enregistreurs S que la lumière projetée sur le tube barométrique se trouve arrêtée par la colonne mercurielle formant écran, et dont l'ombre est projetée, à travers un diaphragme, sur un papier sensibilisé.

(( La silhouette du ménisque de mercure et les divisions de l'échelle tracées sur le tube barométrique sont en même temps projetées sur la feuille de papier qui reçoit leur image à travers la fonte qui donne accès au rayon lumineux. Cette feuille de papier, fixée au cha-

1 Annuaire scientifique de M. P. P. Dcliérain.

riot, participe à son mouvement; il en résulte que toutes ses parties viennent successivement s'impressionner devant la fente.

A la fin de la journée, la feuille de papier est détachée du cadre, on fixe l'épreuve par le procédé ordinaire de la photographie ; la partie impressionnée par le rayon lumineux forme une courbe dessinée par le sommet du ménisque ; sa hauteur se mesure facilement au moyen des divisions de Téchelle imprimée en même temps.

« On applique sur le papier une fois fixé une glace divisée en vingt-quatre parties égales, représentant les lignes horaires, et si l'on connarît l'heure à laquelle a commencé l'impression, il est facile de déterminer avec l'exactitude la plus rigoureuse l'heure correspondante à tous les points de la courbe. »

Quand on veut établir un thermomètre photographique, on substitue un thermomètre divisé sur verre au tube barométrique dont nous venons de parler. Le niveau supérieur du mercure et les divisions de l'échelle se trouvent photographiés en même temps. Le thermomètre est courbé à la lampe, de telle façon que le réservoir traverse une ouverture pratiquée dans une cloison, et puisse subir l'influence de la température extérieure qu'il s'agit de mesurer.

M. Salleron a récemment construit pour l'observatoire de Kiew un très bel appareil d'enregistrement photographique pour les oscillations barométriques et thermométriques tout à la fois. D'après ce que nous venons de dire, on en comprendra facilement la description.

Les dispositions de cet appareil sont représentées à gauche et à droite de la gravure 64. Le baromètre à

296 LES APPMG\TIO>^S DE LA MIOTOCnAPIIlE.

mercure est au milieu de la table ; son niveau est représenté en I. 0 est l'objectif photographique, H le mouvement d'horlogerie qui met en marche, par l'intermédiaire de la tige P, P, le châssis servant de support au papier photographique. Ce magnifique appareil laisse derrière lui les systèmes antérieurs, car non seulement il joue le rôle de barométrographe, mais il enregistre encore les températures et les variations hygrométriques.

Le thermométrographe est représenté à la droite de notre gravure. Il est fondé sur un système différent de celui dont nous avons parlé plus haut. Le réservoir métallique a est enfoui dans le sol à une température constante, il est creux et communique par un tube à une des branches d'un tube enU, rempli de mercure. L'autre branche du tube en U est en relation avec un second réservoir à air fe, qui reste plongé dans l'atmosphère ambiante. La différence de température des deux réservoirs se traduit par un mouvement de mercure dans le tube en U; la lumière passe à la surface du métal liquide et impressionne le papier photographique en pénétrant dans le second objectif 0' ; elle trace sur le papier photographique en mouvement une courbe qui représente les oscillations du mercure dans le tube en U, et par suite les températures de l'air. Un autre système semblable, a', sert de psychromètre enregistreur : le réservoir a' est enfoui dans le sol, l'autre réservoir h' , humecté d'eau, reste exposé à l'atmosphère. Tous deux communiquent encore, par l'intermédiaire d'un tube, aux deux branches d'un tube en U contenant du mercure à la surface duquel passe le rayon lumineux.

La photographie ne s'applique pas seulement aux variations du baromètre et du thermomètre, elle peut servir à enregistrer l'inclinaison de l'aiguille aimantée, comme] le savant docteur Brooke l'a ^prouvé par la construction d'un appareil aussi ingénieux que précis, et qui est constamment en usage à l'observatoire de Greenwich.

L'aiguille aimantée porte à son extrémité un petit miroir où tombe la lumière d'une lampe. Le rayon réfléchi se rejette sur un papier sensibilisé placé dans une chambre noire ; il y trace un arc d'autant plus grand que sa distance à cette surface photographique est plus considérable. L'aiguille aimantée fait-elle le moindre mouvement, la marque du rayon réfléchi se déplace sur l'écran, elle suit fidèlement la marche de l'aiguille, elle n'en laisse pas perdre la plus petite oscillation.

Le papier sensible n'est pas immobile ; il est fixé à un cylindre qui, en vingt-quatre heures, opère une révolution sur son axe. A chaque moment, le reflet du miroir s'est tracé sur la feuille photographique ; celle-ci, à la fin de la journée, est développée et fixée par les procédés ordinaires.

On obtient ainsi une ligne continue qui indique la marche du rayon lumineux, réfléchi par le miroir adapté à l'aiguille magnétique, et qui en donne les moindres mouvements pendant le cours de vingtquatre heures.

A l'observatoire de Kiew, un système analogue est usité pour enregistrer les variations de l'état électrique de l'air. Le photo-électrographe (fig. 65) se compose

d un paratonnerre mis en relation avec un électroscope ordinaire, dont les feuilles d'or, comme on le sait, s'écartent plus ou moins l'une de l'autre, suivant que la quantité d'électricité libre de l'air est plus ou moins considérable. Les feuilles d'or sont fortement éclairées par une lampe, comme on le voit sur notre gravure ;

elles jouent le rôle de deux miroirs qui réfléchissent la lumière et projettent leur double image sur un papier sensibilisé, qui se déroule régulièrement de haut en bas, sous l'inlluence d'un mécanisme d'horlogerie. On obtient ainsi deux courbes sinueuses qui se rapprochent ou s'écartent à toute heure du jour, accusant avec une exactitude absolue l'état électrique de l'atmosphère à tout moment de la journée (fig. 66).

C'est à Francis Ronalds qu'appartient l'honneur d'avoir imaginé cet admirable système d'enregistrement. Son photo-électrographe,

Fig. 66. — Courbes tracées COmmC UOUS l'aVOUS dit, foUCtionUe sur le curseur de Télec- > t/- r\ • • p i i m •

trngraphe. a Kicw. Uuvrier mlatigable, il m-

scrit nuit et jour, pendant le cours des années, les moindres variations électriques des phases atmosphériques.

Une autre branche de la physique, la photométrie, a trouvé dans les opérations photographiques de puissants auxiliaires d'expérimentation. Quand les physi-

ciens veulent mesurer l'intensité de deux foyers lumineux, ils les font briller simultanément, et en mesurent la puissance par la valeur comparative de leurs ombres. Mais comment opérer une telle mesure quand les deux sources de lumière ne peuvent briller ensemble? Si la comparaison est facile entre l'intensité lumineuse d'une bougie et celle d'une lampe, que l'expérimentateur allume en même temps, comment pourrait-il agir s'il voulait mesurer la puissance relative de la lumière solaire et de la lumière des étoiles ou de la lune? Les moyens photographiques ont seuls permis de résoudre des problèmes aussi délicats. Que l'on expose un papier sensibilisé à l'influence de l'image formée au foyer d'une lentille par une source lumineuse, le degré d'altération, plus ou moins sensible, de la surface impressionnable ne servira-t-il pas à mesurer l'intensité de la lumière émise? La trace du foyer lumineux n'est plus fugitive, comme l'ombre qu'elle projette en éclairant la règle du photomètre ordinaire, elle est durable et permanente ; elle pourra se comparer avec celle fournie par une source de lumière qui brillera à d'autres moments.

La photométrie photographique a permis à la science de comparer l'intensité lumineuse des rayons solaires à celle des rayons lunaires. L'astre du jour donne une lumière qui est trois cent mille fois plus considérable que celle de l'astre des nuits !

Grâce à ces procédés, la physique a pu se tracer une voie nouvelle dans des domaines qu'elle considérait comme inaccessibles, avant l'apparition de la photographie. MM. Herschel, Edmond Becquerel ont pu étudier avec efficacité les caractères propres aux rayons

solaires, à différentes heures du jour ; grâce à Temploi des papiers photographiques, l'étude de l'action chimique delà lumière, à laquelle se sont consacrés ces savants émérites, a pris rang parmi les chapitres les plus intéressants de la science moderne.

On voit, par la description succincte des admirables instruments que quelques-ims de nos grands observatoires mettent en action, combien l'enregistrement photographique est précieux, puisqu'il permet d'obtenir des indications précises et continues. Mais ces appareils j sont à peine nés d'hier, leur usage n'est pas encore très répandu ; ils sont certainement appelés à se modifier rapidement, pour céder la place à d'autres systèmes plus complets et plus ingénieux encore. En outre, l'enregistrement photographique peut s'appliquer à d'autres appareils d'observation. Rien n'empêche, par exemple, de munir le pluviomètre d'un système qui accuserait les variations de son niveau par l'intermédiaire d'un tube faisant fonction de vase communiquant. L'avenir prouvera que l'enregistrement est la base fondamentale de la météorologie, qui ne peut formuler ses lois qu'en les étayant sur des observations continues. Un jour viendra où les observatoires fonctionneront d'eux-mêmes : le rayon lumineux écrira en silence la marche et la variation de tous les appareils, l'observateur n'aura plus qu'à venir, une fois par jour, considter les registres sensibilisés, où la nature aura pour ainsi dire, marqué de son propre sceau les changements périodiques ou intermittents dont elle subit sans cesse la mystérieuse influence.

LES INSTRUMENTS ENREGISiKtURS PHOTOGRAPHIQUES. 303

Il ne faudrait pas supposer, d'après ce que nous venons de dire, que le système photographique est le seul que Tobservateur puisse employer pour l'enregistrement ; nous avons uniquement parlé de celui-là, parce que seul il entre dans notre cadre ; il abonde au reste, comme on Fa vu, en appareils nouveaux et ingénieux. Il n'est pas superflu d'ajouter, pour donner au lecteur une idée plus complète de l'enregistrement météorologique, qu'en dehors du système photographique la science a souvent recours à deux autres systèmes : celui qui est basé sur les procédés mécaniques et celui qui repose sur des méthodes électro-magnétiques.

Le premier consiste à trouver, dans les variations qu'éprouvent les appareils, la force nécessaire à mettre en mouvement les styles enregistreurs, de telle façon qu'il soit possible de leur faire laisser des traces. Ce système est le plus ancien, mais il est difficilement applicable, en raison du peu d'intensité de la force dont on dispose. Le second, comme son nom l'indique, est basé sur l'emploi de l'électricité dynamique.

L'emploi de l'enregistrement par la photographie offre, dans un grand nombre de cas, de très sérieux avantages, mais il y a en France une opposition assez manifeste contre ce système, qui n'est pas représenté dans notre pays comme il serait digne de l'être.

L'exemple donné par nos voisins d'outre-Manche, qui ont multiplié, à l'observatoire de Kiew, les instruments enregistreurs photographiques et qui utilisent chaque jour avec succès et profit ces beaux appareils, devrait cependant décider nos savants à y recourir plus ff^^uemment.

304 Ll^ AxTLTCaMOM^ -A PH0T0G^»AP111E.

La photographie est, on outre, siuceptihle de fournir à la science des moyens de mesure tout à fait nouveaux et inattendus. Le Journal de Saint-Pétershourcj ne nous a-t-il pas, en effet, appris tout récemment que la photographie instantanée avait été utilisée sous la direction de M. le lieutenant Abnet, dans les expériences militaires où l'on voulait juger de la force de projection obtenue avec des substances explosives de diverse nature servant à charger les lorpilles et les bombes sousmarines. Dans ces expériences, on enterrait la torpille à marée basse, on la déchargeait a\x moyen d'un courant électrique à marée haute, on notait photngraphiquement la hauteur à laquelle atteignait la colonne d'eau projetée en chaque cas, en l'air, et puis à marée basse on notait encore l'étendue du cratère formé sur la côte par l'explosion. Dans chaque expérience, la chambre photographique a rempli sa mission d'une manière très satisfaisante.

Il n'est pas jusqu'à des phénomènes d'optique d'interférence et de diffraction que l'on ne soit parvenu à fixer par la photographie. Il n'y a pas longtemps, le professeur Clinton fit voir à ses élèves du laboratoire' Clarendon, à Oxford, une belle série d'éprt:\^ves photographiques des phénomènes d'interférence u à . diffraction. On obtenait ces photographies en recevanl les raies d'interférence sur des plaques préparées, au lieu de les recevoir sur un écran ordinaire, et alors on les projetait sur un écran dans la salle avec la lumière oxhydrique: l'impression produite sur plaque s.jsibilisée était quelquefois agrandie de 2,500 diam ' . Les sujets, ainsi photographiés et projetés, c^mv. e-

naient les phénomènes d'interférence produits par le prisme de Fresnel, les raies de diffraction des bords minces j les ombres d'un bord droit et d'une ouverture angulaire, les raies d'interférence interne dans l'ombre d'un fil de métal et d'une aiguille, dans l'ombre d'un petit disque circulaire, et les phénomènes que présente la lumière passant par un petit trou circulaire. Le professeur exprima sa conviction que c'était la première fois que la photographie avait été mise à profit pour des démonstrations publiques semblables^ .

La photographie offre encore de grandes ressources au chimiste et au physicien pour l'étude des raies du spectre. Un savant Américain, M. H. Drayer, a récemment appliqué la photographie à l'examen delà région violette et extra- violette du spectre, et il a pu déceler quelques raies nouvelles jusqu'ici restées ignorées. Il a montré en outre que diverses raies que l'on supposait simples sont en réalité doubles ou triples.

Mais le physicien anglais M. Norman Lockyer est allé plus loin encore ; il a su mettre à profit la photographie des raies spectrales pour créer une nouvelle méthode d'analyse aussi ingénieuse que pratique, aujourd'hui utilisée à la Monnaie de Londres pour l'essai des alliages d'or et d'argent.

L'alliage d'or et d'argent est placé dans une cavité creusée dans le charbon inférieur d'une lampe électrique (fig. 67). Il se volatilise quand l'arc voltaïque jaillit. Le faisceau lumineux traverse une fente 0 que Ton voit grossie en 0', et les raies de l'or et de Tar-

* Les Mondes.

gent, projetées sur un écran dans une chambre noire, sont directement photographiées, comme l'indique notre gravure. Les photographies obtenues, comparées à celles que Ton a produites à l'avance sur les raies fournies par des alliages de composition connue, servent à déterminer la proportion de l'or et de l'argent associés dans le produit examiné. On sait, en effet, que la largeur et la longueur des raies varient en raison de l'abondance des corps entrant dans la composition de l'alliage.