IDÉES DES ANCIENS SUR L'AIR

à une conception de l'atmosphère considérée comme un tout, comme une enveloppe limitée de la Terre même. Ils se bornaient à distinguer Yair de Yéther; le premier, grossier, impur, hétérogène, est celui que nous respirons et où se produisent tous les phénomènes météorologiques proprement dits, vapeurs, nuages, pluies, grêle, tonnerres, etc.; le second, plus subtil, plus pur, est la matière où nagent les corps célestes. Il faut arriver jusqu'à Sénèque pour trouver au sujet de l'atmosphère quelques notions se rapprochant jusqu'à un certain point de celles que la science moderne est parvenue à acquérir. « L'air est une partie du monde, dit-il, une partie nécessaire. Car c'est l'air qui joint la terre et le ciel. Il sépare les hautes régions des régions inférieures, mais en les unissant; il les sépare comme intermédiaire; il les unit, puisque par lui tous deux se communiquent — L'air est contigu à la terre : la juxtaposition est telle, qu'il occupe à l'instant l'espace qu'elle

a quitté Son élasticité se prouve par sa rapidité et sa grande

expansion. L'œil plonge instantanément à plusieurs milles de distance ; un seul son retentit à la fois dans des villes entières ; la lumière ne s'infiltre pas graduellement, elle inonde d'un jet toute la nature1. » Sénèque, comme on le voit, faisait de

leurs, aucune idée de l'atmosphère limitée : « L'air, infini en grandeur, embrasse le monde entier. » Mêmes idées dans Diogène d'Apollonie. (V. la PJiilosopliie des Grecs, par E. Zeller, t. F, passhn.)

2. Quœslioncs naturelles, lib. II, 4, 6, 8. Sénèque dit encore, au sujet de l'air : « Il s'étend depuis l'éthcr le plus diaphane jusqu'à notre globe; plus mobile, plus délié, plus élevé que la terre et que l'eau, il est plus dense et plus pesant que l'éthcr. Froid par luimême et sans clarté, la chaleur et la lumière lui viennent d'ailleurs. Mais il n'est pas Je même dans tout l'espace qu'il occupe; il est modifié par ce qui l'avoisine. Sa partie supérieure est d'une sécheresse et d'une chaleur extrêmes, et par celte raison raréfiée au dernier point, à cause de la proximité des feux éternels, et de ces mouvements si multipliés des astres, et de l'incessante circonvolution du ciel. La partie de l'air la plus basse et la plus proche du globe est dense et nébuleuse, parce qu'elle reçoit les émanations de la terre. La région moyenne tient le milieu, si on la compare aux deux autres pour la sécheresse et la ténuité; mais elle est la plus froide des trois. » D'où vient, selon Sénèque, cette opposition ? De ce que la région supérieure reçoit la chaleur des astres dont elle est voisine, la région basse celle de la Terre : seule la région moyenne garde la température froide, parce que de sa nature l'air est froid. Ces citations nous semblent instructives, non pas tant parce qu'elles nous apprennent ce que pensaient les anciens, que parce qu'elles nous montrent comment ils arrivaient, par des conjectures tantôt ingénieuses, tantôt puériles, à se faire une idée de la raison des phénomènes.

l'air le véhicule du son, mais aussi celui de la lumière. Tout ce qu'il dit sur ce sujet est d'ailleurs un mélange assez confus d'idées vraies et d'idées fausses, d'observations fines et justes et d'hypothèses qui nous semblent aujourd'hui bien baroques, comme tout ce qu'ont dit les philosophes et les physiciens, jusqu'à l'époque où fut enfin décidément adoptée la vraie méthode scientifique, celle de l'observation expérimentale.

Laissons donc là les hypothèses des siècles passés, et arrivons aux données de la science contemporaine.

§2. POIDS DE L'ATMOSmÈRE ; DÉTERMINATION DE SA HAUTEUR.

Dès que l'expérience eut démontré que l'ascension du mercure dans le tube barométrique est due à la pression que les couches de l'air exercent sur la surface libre du liquide, on put calculer le poids de l'atmosphère et une limite inférieure de son élévation verticale. Au niveau de l'Océan, cette pression étant mesurée par une colonne de mercure de 780 millimètres environ, il en résulte que le poids total de l'air est équivalent à celui d'une masse de ce liquide qui envelopperait partout la Terre et dont la hauteur, au-dessus de ce niveau, serait précisément de 76 centimètres1. Chaque mètre carré de la surface terrestre supporte le poids de la colonne d'air qui s'appuie sur lui, ou d'une masse de mercure de 760 décimètres cubes, soit environ 10333 kilogrammes; d'autre part, on a vu que la surface de la

i. Rigoureusement parlant, il y aurait lieu de distinguer entre la pression, telle qu'elle est donnée par l'observation barométrique, et le poids des diverses couches d'air, tel qu'on l'obtiendrait si la pesée pouvait se faire pour chacune à ce niveau du sol. A mesure qu'on s'élève dans l'atmosphère en effet, on s'éloigne du centre de l'attraction terrestre, et l'intensité de la pesanteur diminue. Il en résulte que les couches atmosphériques de même masse exercent des pressions décroissantes à mesure que leur altitude est plus grande. Leur effet sur la colonne barométrique est moindre que si chacune se trouvait à la surface du sol. Le poids réel de l'atmosphère est donc plus grand que ne l'indique le calcul qui suit.

Une autre cause d'erreur, celle-là variable avec l'état hygrométrique de l'air, agit en sens opposé. En effet, la vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère ajoute sa propre tension à la pression de l'air considéré comme parfaitement sec. En supposant que la pression est de 760 millimètres au niveau de la mer, il faut donc admettre en outre, pour que notre calcul soit exact, que la tension de la vapeur d'eau est nulle, ou que l'air est parfaitement sec.

HAUTEUR DE L'ATMOSPHÈRE

Terre est de 510100 milliards de mètres carrés. En négligeant la portion du volume atmosphérique qui correspond au relief des continents, on trouve par un calcul facile, pour le poids total de l'atmosphère, 5269900 milliards de tonnes de 1000 kilogrammes, c'est-à-dire celui de 5209 900 kilomètres cubes d'eau à 4 degrés. Ainsi celle enveloppe diaphane, en apparence si légère, pèse autant que 460 000 kilomètres cubes de plomb, que 594000 kilomètres cubes de cuivre, que 730000 kilomètres cubes de fer fondu. Comparée à la masse de la Terre entière, la masse de l'atmosphère n'en est pas tout à fait la millionième partie1.

On peut partir de là pour avoir une limite inférieure de la hauteur de l'atmosphère. Il suffit pour cela d'admettre un instant que la densité des diverses couches d'air soit partout la même, cl de la supposer égale à la densité de l'air à la surface du sol, pour la température de zéro. Dans cette hypothèse, on peut calculer aisément l'épaisseur de la couche d'air qui serait capable de faire équilibre à une colonne de mercure de 76 centimètres de hauteur. On sait que les hauteurs sont alors en raison inverse des densités respectives des deux fluides. La densité de l'air sec à 0° est, sous la pression de 760 millimètres, égale à 1,2927 ; celle du mercure à la même température est 15,5960. Le rapport de ces deux nombres est 10,517. Par conséquent, pour chaque diminution de 1 millimètre dans la pression, il faudrait s'élever de 1 0' 1 ,517 dans une direction verticale. Enfin pour arriver à une pression nulle, c'est-à-dire à la limite de l'atmosphère ainsi constituée, il faudrait s'élever de 10m,517x760, c'est-à-dire de 7992'", 9, soit à peu près de 8 kilomètres. Ce n'est là, répétons-le, qu'une limite inférieure, puisque la densité des couches d'air va en diminuant avec

1. L'eau des rivières, des lacs et des mers tient de l'air en dissolution. Il en pénètre également à l'intérieur des couches solides de la Terre. D'après Saigey, « la portion d'air qui a pénétré dans les eaux de l'Océan et dans l'intérieur des terres est très faible relativement à la masse totale de l'atmosphère. C'en est à peu près la cent cinquantième partie, en sorte que si tout cet air rentrait dans l'atmosphère, il n'augmenterait sa pression que de 5 millimètres de mercure. » (Petite physique du globe, p. 37.)

l'altitude, et l'on sait déjà que l'atmosphère est considérablement plus élevée.

Une seconde limite est celle qu'on obtient en calculant l'effet de la force centrifuge, en, si l'on préfère, en cherchant à quelle distance de la surface de la Terre cette force est exactement contrebalancée par la gravité. On sait qu'à l'équateur, où la vitesse de rotation d'un point de la surface du globe est maximum, la force centrifuge est la 289e partie de l'intensité de la pesanteur. En s'élevant verticalement, en ce point, dans l'atmosphère, les molécules de l'air qui suivent le mouvement de rotation du globe avec la même vitesse angulaire, tendent à s'éloigner de la surface, en vertu de la même force qui va en croissant avec la distance au centre du globe; d'autre part, la force de la pesanteur, qui agit en sens contraire, va en diminuant d'intensité selon la loi connue du rapport inverse des carrés des mêmes distances. Il est facile de déduire de là que le rapport des deux forces va en croissant comme le cube des distances, et qu'elles deviendront égales ou se feront équilibre quand on aura atteint un point dont la distance au centre de la Terre sera égal à 6,6 fois environ le rayon de l'équateur1.

En résumé, s'il était possible de s'élever verticalement à une hauteur égale à 5 fois (et 6 dixièmes) le rayon équatorial, on serait parvenu à un point où la force de la pesanteur se trouverait annulée par la force centrifuge. Toute molécule qui dépasserait cette limite s'échapperait dans l'espace et abandonnerait notre globe. Telle est la limite supérieure à partir de laquelle aucune trace d'atmosphère ne peut plus exister.

1. En appelant R, g et fie rayon équatorial, l'intensité de la pesanteur et celle de la force centrifuge a l'équateur, R', g et /' la distance au centre de la Terre, la pesanteur et la force

centrifuge pour un point de l'atmosphère, on a d'une part de l'autre ^ .

D'où l'on tire et comme on vient de voir que - = il en résulte la rela-

tion tS-tt-, = s-- Si dans cette relation on suppose g' égal à f, c'est-à-dire l'intensité de la 289/' R'- il J ° "

pesanteur égale 'a celle de la force centrifuge, il viendra R'3 = 289 R5, ou enfin