TENSIONS DES VAPEURS

d'éther

àl2(y»

d'alcool d'acétone

de chloroforme

de chlorure de carbone

de sulfure de carbone

On voit de combien il s'en faut que les vapeurs saturées de liquides différents aient, à une môme température, la même tension maximum. Mais n'oublions pas qu'il y a un point, qui est celui de l'ébullition, où la vapeur de chacun d'eux a la même tension, celle de la pression atmosphérique au moment de l'expérience. Eh bien, des températures égales à partir de ce point, donnent approximativement la même tension maximum pour la vapeur des divers liquides. Par exemple, l'éther bout à 37^ De sorte que les températures de 100* et de 120% indiquées plus haut, marquent defe points éloignés respectivement du point d'ébullition, de

63* et de 83*. Pour la vapeur d'eau, les températures équidistantes et correspondantes sont donc 163^ et 183*. Or, à ces points, on trouve 4940"" et 7700"" pour la tension de la vapeur d'eau saturée; on voit que c'est, à peu près, les nombres qui mesurent les tensions de la vapeur d'éther à 100" et à no\

Dalton avait cru pouvoir formuler ce rapprochement de la façon suivante : Toutes les vapeurs ont la même tension, à une température également distante du point d'ébullition de chaque liquide. Mais ce n'est pas une loi rigoureusement exacte.

Formation de la Tapeur dans l'air : ses lois sont les mêmes que dans le vide mais le passage de l'eau à Tétat gazéiforme est beaucoup plus lent.

L'ébuUition de Teau est un phénomène qu'on peut généralement considérer comme artificiel, en ce sens que presque toujours il faut l'intervention de rhomme pour obtenir la température élevée nécessaire à sa production.

Au contraire, la formation de la vapeur par évaporation ayant lieu à toute température, est un phénomène qui se manifeste à tout instant dans la nature; et comme Teau se trouve pour ainsi dire universellement répandue à la surface du sol, Tétude de la vapeur dans Tair ou dans l'atmosphère embrasse un nombre considérable de phénomènes qui se renouvellent sans cesse. Ces phénomènes, il est vrai, sont du ressort de la branche de la physique à laquelle on donne le nom de météorologie. Hais bien que nous ayons ici en vue surtout les

applications mécaniques de la vapeur, il ne nous paraît pas superflu de jeter un coup d'œil sur cet ordre de faits, et de suivre ainsi la vapeur d'eau, depuis la chaudière des machines, jusque dans les profondeurs de Tenveloppe gazeuse qui entoure notre planète, et dans laquelle nous naissons, vivons et mourons. N'est-ce pas le cas de dire en parlant de l'air, comme ce Père de l'Église un peu entaché, croyons-nous, de panthéisme le disait en parlant de Dieu : In eo vivimusy movemur et sumus?

Rappelons deux circonstances de la formation des vapeurs dans le vide. En premier lieu, l'eau introduite dans l'espace vide s'y réduit spontanément en vapeur, et cela quelle que soit la température. En second lieu, la vapeur formée atteint aussitôt une force élastique maximum, variable avec cette température et croissant rapidement avec elle. Mais alors une condition nécessaire pour que la vapeur atteigne cette limite, c'est que, dans l'espace rempli par celle-ci, il reste encore un excès de liquide, si petit qu'il soit. A partir de ce moment, il cesse de se former de nouvelles vapeurs, l'espace étant, comme nous l'avons vu, saturé.

En cet état, il y a deux manières d'augmenter la force élastique ou la tension de la vapeur : la première consiste à diminuer la pression extérieure ou atmosphérique; la seconde, à accroître la température. Il est clair que, par les deux moyens inverses, l'augmentation de pression ou la diminution de température, le phénomène contraire se produira, c'est-à-dire la force élastique de la va-

peur deviendra moindre; mais alors une certaine portion de cette vapeur se condensera ou reprendra l'état liquide.

Maintenant, que deviendront toutes ces lois, si la vapeur, au lieu de se former dans le vide, se produit dans Tair?

Et d'abord, dans un espace limité?

L'expérience montre en ce cas que la vapeur se produit encore en se mélangeant avec l'air de l'enceinte. Mais la formation en est grandement ralentie, et le point de saturation n'est atteint qu'au bout d'un temps plus ou moins long, tandis que dans le vide il l'est instantanément. Seulement la loi reste la même : la tension maximum de lavapeur qui sature l'espace plein d'air est précisément la môme que dans le vide, toutes les autres conditions de pression et de température restant égales.

La vapeur d'eau à la surface du soL

L'eau à la surface de la terre : les mers, les lacs, les cours d'eau. — Evaporation continue ; nuages ; bruines et brouillards. — Il ne faut pas confou' dre la vapeur d'eau et les nuages; la véritable vapeur est invisible et par^ faitement transparente. — L'air humide renferme le plus souvent très-peu de vapeur.

Les trois quarts, au moins, de la surface du globe terrestre sont recouverts par les eaux de l'Océan. De plus, les continents et les îles sont euxmêmes sillonnés d'une multitude de fleuves, de rivières, de lacs qui exposent à l'air libre , à des températures très-diverses et très-variables, l'eau qu^ils renferment.

L'eau existe encore, sur la Terre, dans le sol luimême que les pluies, les ruisseaux périodiquement inondent. Cette humidité, il est vrai, ne demeure pas longtemps & la surface, et la partie qui est imbibée va s'infiltrer dans les couches plus profondes, où elle donne naissance aux sources et les entretient.

Que devient celle qui reste ainsi exposée à Tair?

Elle se réduit spontanément en vapeur avec une abondance qui varie selon la pression atmosphérique et la température des couches d'air en contact avec les couches aqueuses. Il y a même là un phénomène qui semble paradoxal, quand on le met en regard de la loi de formation des vapeurs. En effet, à la surface du sol, la pression atmosphérique que supporte nécessairement la surface d'un liquide dépasse de beaucoup ordinairement celle qui mesure la tension maximum de la vapeur aux températures ordinaires. Il semble donc que cette pression devrait empêcher l'évaporationdese faire. Mais il ne faut pas oublier que des gaz mis en présence comme l'air et la vapeur sont doués d'une expansibilité indéfinie, et qu'il en résulte pour eux une tendance à se mélanger qui, en effet, se réalise.

La vapeur qui se forme à la surface de l'eau des mers ou des rivières, se mélange donc à l'air, dont elle imprègne d'abord les couches les plus voisines. Si ces couches aériennes sont en repos, elles sont bientôt saturées de vapeur, et l'évaporation s'arrête alors, après s'être d'autant plus ralentie que le point de saturation approchait plus d'être atteint ; mais s'il existe un vent plus ou moins fort

qui renouvelle Tair, Tévaporation sera plus rapide, parce qu'à Tair mélangé de vapeur succède de Tair qui en renferme une moindre quantité. Ainsi s'explique la rapidité avec laquelle sèche le linge mouillé qu'on étend dans un courant d'air, ou le sol détrempé par une pluie à laquelle succède une brise un peu vive.

L'évaporation est d'ailleurs accélérée par l'élévation de température. L'action des rayons solaires est, sous ce rapport, d'une grande efficacité, et la sécheresse primitive de l'air n'a pas une moindre influence : pour que le vent produise au plus haut degré l'effet dont il vient d'être question, il importé qu'il soit le moins humide possible, c'est-àdire que les couches d'air qu'il amène avec lui et dont le mouvement le constitue contiennent le moins de vapeur possible, eu égard à sa température. Tout cela dépend, pour une même station à la surface de la terre, de l'époque ou de la saison de l'année, de. la direction du vent, de la température régnante, etc. Tel vent qui, chargé à son origine d'une grande masse de vapeur, arrive en une contrée après avoir traversé de longs espaces continentaux ou frôlé des chaînes de montagnes élevées, est un vent sec pour les régions qu'il visite en dernier lieu, parce que la vapeur qu'il portait s'est refroidie en route, s'est condensée en brouillard, en neige ou en pluie. L'air, saturé au départ, est de l'air sec à l'arrivée. Les vents d'est ou de nord-est ont ce caractère dans le centre et le nord de la France. Les vents d'ouest ou de sud-ouest qui nous arrivent de l'océan Atlantique sont au contraire des vents humides, chargés des vapeurs for-

mées à la surface de longues plaines maritimes, vapeurs qui se condensent en nuages épais sur le continent européen.

Les nuages, les brouillards, les brumes plus ou moins épaisses ou légères sont donc le produit de Tévaporation aqueuse à la surface du globe, des continents ou des mers.

Oui, cela est vrai. Mais il ne faut pas les confondre avec la vapeur d'eau elle-même, qui est toujours invisible dans l'atmosphère. Cette confusion, que les savants du dernier siècle faisaient encore, nous Tavons vu plus haut, existe toujours aujourd'hui dans l'esprit de bien des personnes qui n'ont pas une notion bien nette de la nature physique des gaz et de la vapeur, laquelle n'est autre chose qu'un liquide devenu gazeux sous l'influence d'un accroissement de température ou d'une diminution de pression.

La vapeur d'eau est un gàz d'une parfaite transparence, dont l'accumulation dans l'atmosphère ne produit immédiatement aucun trouble. Quand l'eau dont elle est formée devient visible sous l'apparence de nuages, de brouillards, c'est qu'une certaine quantité de cette vapeur s'est , pour une cause quelconque, condensée, a repassé à l'état liquide.

Il est vrai que, dans le langage ordinaire, le mot vapeurs s'entend fort bien de toute masse à forme indécise à laquelle sa légèreté spécifique permet de flotter dans l'air, comme la fumée. Ainsi le ciel est vaporeux quand il est chargé de nuages, ou quand l'atmosphère est troublée, dans sa transparence, par des brouillards. Par les temps froids,

LA VAPEUR d'eau DANS L'ATMOSPHÈRE. 67

rhaleine des personnes, celle des animaux laisse échapper une légère traînée qu'on prend pour de la vapeur, tout comme le panache blanchâtre qui s'échappe par bouffée de la cheminée d'une locomotive. L'idée qu'on se fait ainsi est fausse; elle provient d'une locution inexacte. Dans tous les exemples que je viens d'indiquer, c'est bien la vapeur d'eau qui a donné naissance à la nuée plus ou moins blanche et plus ou moins opaque qu'on observe; mais ce qu'on voit n'est plus, à dire vrai, de la vapeur. C'est la réunion d'une multitude de gouttelettes très-fines, de particules d'eau trèsténues, qui quelquefois s'évaporent à nouveau, et d'autres fois se réunissent, se condensent davantage, tombent en pluie plus ou moins fine, quand le poids de chacune d'elles est devenu assez fort pour vaincre la résistance de l'air qui jusque-là les a supportées.

Pourquoi, quand on chauffe de l'eau dans un vase, voit-on une buée s'échapper à travers les fissures du couvercle? N'est-ce pas là le phénomène lui-même de Tévaporation, que suit d'ailleurs la vaporisation proprement dite, dès que la température de l'ébullition se trouvera atteinte? Oui, mais ces nuages qui s'élèvent à la surface de l'eau ne sont plus de la vapeur ; celle-ci en traversant les couches d'air qui surplombent le vase, couches plus froides que l'eau, se condense immédiatement à cause du refroidissement qu'elle éprouve; elle se répand, en vertu de sa force expansive, dans l'espace environnant, où sa dissémination extrême la rend invisible. Mais alors, on peut observer le dépôt de gouttelettes humides sur les corps voisins,

et notamment sur la face interne du couvercle du vase ; elles s'y accumulent en gouttes plus grosses qui ruissellent.

Les remarques qui précèdent ont, pour l'explication et l'intelligence des phénomènes météorologiques, une grande importance. Ainsi encore, on croit généralement que les temps de brume et de brouillards sont ceux où l'air renferme la plus grande quantité de vapeur d'eau. C'est le plus souvent une erreur. Ordinairement, les brouillards coïncident avec une température assez basse, et c'est l'air froid qui en condensant la vapeur rend l'eau atmosphérique visible. L'air est très-humide, mais renferme fort peu de vapeur. Au contraire, en été, quand la température est élevée, la vapeur existe dans l'air en quantité considérable, comme il est aisé de le comprendre ; toute l'humidité, toute l'eau qu'il contenait s'est réduite en vapeur. Comme alors elle existe à l'état de gaz d'une transparence parfaite, le ciel est pur, les objets sont visibles au loin; l'air est sec, parce que, grâce à la chaleur, la vapeur d'eau est éloignée de son point de saturation et ne se condense pas sous forme de brume.

Voilà pour les régions inférieures de l'air. Dans les régions supérieures, au contraire, éloignées du sol et de la chaleur que le sol échauffé par le soleil communique de proche en proche aux couches aériennes, il arrive que la vapeur d'eau, qui en s'élevant de la terre, en se dilatant, s'est déjà refroidie, atteint des couches où la température de saturation existe. La condensation de cette vapeur produit les nuages, brouillards élevés qui sont

dans un état presque perpétuel de transformation. Tantôt ils se réunissent ou s'accroissent par une nouvelle condensation, selon les fluctuations incessamment variables des courants atmosphériques. De là, les pluies, tantôt douces et continues, tantôt abondantes et violentes, les phénomènes des orages, la formation de la grêle, où Télectricité vient alors jouer son rôle.

La vapeur d'eau régulateur de la température.

Quantité moyenDe de vapeur d*eau contenue dans l'air. — Cette quantité trèsfaible a une influence considérable sur les phénomènes météorologiques pluies tropicales. — La vapeur d'eau de l'atmosphère est un écran qui joue le rôle de régulateur de la température.

La quantité absolue de la vapeur d'eau que contient l'air en est toujours une très-petite fraction. Je viens de dire qu'elle varie beaucoup ; mais, si l'on considère la quantité moyenne, voici ce qu'elle est, d'après Tyndall. « L'oxygène et l'azote, dit-il, forment à eux seuls les 99 centièmes et demi de notre atmosphère (0.995). Sur les cinq autres millièmes, 45 centièmes sont de la vapeur d'eau (0.00225), le reste est de l'acide carbonique. »

Mais, quelque faible que paraisse cette proportion, il faut reconnaître que l'action de la vapeur d'eau atmosphérique est considérable. C'est à sa présence qu'est due la presque totalité de l'absorption de la chaleur rayonnante par l'atmosphère. C'est ce que le physicien dont nous venons de citer le nom, a mis en pleine évidence par une série d'expériences remarquables * Bornons-nous à

1. Voyez notamment la XI* leçon de son ouvrage sur la Chaleur.

citer les conséquences que Tyndall en tire pour Texplication de divers phénomènes de météorologie.

« Il importe, dit-il, de faire remarquer que la vapeur, qui absorbe si avidement la chaleur, doit aussi la rayonner abondamment. J'imagine que ce second fait doit jouer un très-grand rôle sous les tropiques. Nous savons que le soleil fait monter de l'Océan qui entoure Téquateur d'énormes quantités de vapeur, et que, immédiatement, dans la région des calmes, alors que le soleil darde encore ses rayons presque à plomb, la pluie, due à la condensation de cette vapeur, tombe à torrents» Jusqu'à présent, on attribuait ces pluies au relroidissement qui accompagne l'expansion de l'air ascendant, et il n'est pas douteux que ce refroidissement entre, comme cause réelle, et comme cause agissant proportionnellement à son intensité, dans l'effet de condensation des vapeurs tropicales. Mais je ne puis me défendre de penser que la radiation de ces mêmes vapeurs exerce aussi à son tour une influence considérable. Imaginez-vous une colonne d'air saturé s'élevant de l'Océan équatorial. Pendant un certain temps, ces vapeurs, mêlées à l'atmosphère, restent entourées d'air saturé. Elles rayonnent, mais leur radiation se fait de vapeur à vapeur ; et la vapeur est un écran particulièrement opaque pour les radiations issues de cette même vapeur. Donc, pendant un certain temps* la radiation de la colonne ascendante se trouvera empêchée ; ou, si l'on admet que cette colonne rayonne sa radiation lui sera rendue en grande partie par la vapeur environnante ; or, dans ces conditions,

LA VAPEUR d'eau DANS L'ATMOSPHÈRE. 71

la condensation en eau ne pourrait pas se produire. Mais la quantité de vapeur mêlée à l'atmosphère diminue rapidement à mesure qu'elle s'élève ; car il est prouvé par les observations de Hoocher, Strachy et Welsh, que la pression de la vapeur contenue dans l'air diminue beaucoup plus rapidement que celle de l'air, quand la hauteur augmente. Notre colonne d'air aura donc bientôt dépassé l'écran d'air saturé qui la protégeait, et qui, durant la première partie de son ascension, s'étendait au-dessus d'elle. Elle est maintenant en présence de l'espace vide, auquel elle cède sa chaleur sans obstacle ou sans compensation. Comment ne pas attribuer en partie à cette perte de chaleur la condensation de la vapeur et sa chute torrentielle en eau qui inonde la terre ? »

Tyndall rend, de la même manière, compte de la formation des cumulus sous nos latitudes ; de l'action des montagnes qui sont des condenseurs de la vapeur d'eau, parce que n'ayant pas leurs sommets préservés par un écran d'air saturé, elles rayonnent dans l'espace leur propre chaleur, qui se perd sans compensation. De plus, sur leurs flancs, se produisent des courants d'air humide et le travail d'ascension de ces masses s'accomplit aux dépens de leur chaleur ; quand, après ce premier refroidissement, les masses aériennes arrivent à une hauteur où leur rayonnement a lieu en toute liberté, elles se refroidissent encore.

La vapeur d'eau est donc pour l'atmosphère, par " sa propriété absorbante, un écran préservateur qui empêche le sol de se refroidir avec rapidité. Sans elle a la différence entre les maxima et les minima

mensuels de température deviendrait énorme. Les hivers du Thibet sont presque insupportables pour la même raison.... La seule absence du soleil pendant la nuit produit un refroidissement considérable partout où Tair est sec. La suppression, pendant une seule nuit d'été, de la vapeur d*eau contenue dans l'atmosphère qui couvre l'Angle terre serait accompagnée de la destruction de toutes les plantes que la gelée fait périr. Dans le Sahara, où le sol est de feu et le vent de flamme^ le froid de la nuit est souvent très-pénible à supporter. On voit, dans cette contrée si chaude, de la glace se former pendant la nuit. En Australie aussi, l'excursion diurne du thermomètre est très grande ; elle atteint ordinairement 40 à 50 degrés. On peut, en un mot, prédire à coup sûr que partout où l'air sera sec, l'échelle des températures sera très considérable. Une grande transparence pour la lumière est parfaitement compatible avec une grande opacité pour la chaleur ; l'atmosphère peut être chargée de vapeur d'eau sous un ciel d'un bleu foncé, et, s'il en est ainsi, la radiation terrestre serait interceptée malgré la transparence parfaite de l'air. »

On voit qu'ici Tyndall entend, par air seCy de l'air privé de vapeur d'eau, et il faut se rappeler que l'air très-chargé de vapeur est très-pur au point de vue de la transparence et nous semble sec, comme il l'est en effet au point de vue de la sensation produite au contact sur nôtre peau.

C'est le même physicien qui a fait sur la coloration bleue du ciel de belles recherches tendant à prouver que cette coloration est due à la vapeur d'eau atmosphérique.

Mais le but principal que nous avons en vue n'est pas d*éludier la vapeur dans les phénomènes auxquels elle donne naissance au sein de l'atmosphère ; c'est là une question qui intéresse la météorologie. C'estlavapeur considérée comme source de mouvement, ce sont ses applications à l'industrie humaine qui font l'objet de ce volume. Revenons donc à ce sujet important.