LES OBSERVATIONS BAROMÉTRIQUES. USAGE DES INSTRUMENTS

S'il était possible que la chaleur rayonnée par le Soleil et les espaces célestes fût à tout instant répartie d'une manière uniforme sur tous les points de la surface terrestre, et dans toutes les parties de l'atmosphère, celle-ci serait dans un état de parfait équilibre. Les différents gaz dont elle se compose se disposeraient en couches de niveau, les plus denses étant les plus voisines du sol, et la densité de toutes les autres irait en décroissant depuis la surface jusqu'à la limite de l'atmosphère. En tous les points d'une même surface de niveau, ou, si l'on veut, pour une même altitude comptée du niveau de l'Océan, le baromètre marquerait une pression constante, égale au poids de la colonne aérienne reposant sur le mercure de sa cuvette.

On sait de combien il s'en faut qu'il en soit ainsi : la température varie à tout instant, et à la surface de la Terre, et dans les couches de son enveloppe gazeuse ; l'équilibre de ces couches est constamment troublé, et il en résulte pour la pression atmosphérique des variations qui se manifestent par la hausse ou la baisse du niveau du mercure dans le baromètre. A ces mouvements de l'air se rattachent, l'expérience le prouve, les divers phénomènes météorologiques dont l'ensemble constitue le temps qu'il fait, en une région, à une époque donnée.

Le baromètre est donc un instrument capital en météorologie; ce n'est pas seulement une balance, dans laquelle se pèsent les couches superposées de l'atmosphère; mais, comme l'a dit en termes excellents M. Marié-Davy, un dynamomètre qui fait connaître à chaque instant la force de ressort de l'air en mouvement. Les observations barométriques doivent être un des fondements les plus solides de la science.

Nous ne reviendrons pas sur la description du baromètre, sur les procédés qu'on emploie pour sa construction. Ce que nous en avons dit dans le premier volume du Monde physique demande seulement à être complété par quelques indications pratiques sur son emploi en météorologie.

Le baromètre normal, que représente la ligure 28, est généralement réservé aux observations de haute précision , telles que peuvent les exiger les recherches scientifiques proprement diles, et n'est guère en usage que dans les laboratoires de physique; il exige, on le sait, l'emploi du cathétomètre pour la mesure de la différence de niveau entre le sommet de la colonne de mercure du tube et celui de la double pointe qui affleure la surface du mercure de la cuvette. Cependant, dans les observatoires de premier ordre , le baromètre normal

. . , . Fig. 28. — Baromètre

trouve son emploi pour la comparaison et normal, la correction des autres baromètres de l'établissement ou de ceux qui sont présentés à correction : c'est le baromètre étalon par excellence.

Le baromètre Fortin est le plus communément employé, soit dans les stations météorologiques, soit en voyage. On sait que l'avantage principal de cet instrument réside dans la mobilité

du fond de sa cuvette (fig. 29); une vis qui appuie sur ce fond permet de faire à volonté monter ou baisser le sac en peau sur lequel repose le mercure, et de produire l'affleurement précis de la surface du liquide dans la cuvette avec la pointe en ivoire qui coïncide avec le zéro de l'échelle barométrique. De la sorte, ce niveau reste constant. De plus on peut, lorsqu'il s'agit de transporter l'instrument, relever le fond de la cuvette, jusqu'à ce que le mercure la remplisse tout entière ainsi que le tube. Après quoi, le baromètre renversé, la cuvette en haut, on n'a plus à craindre de le voir brisé par les secousses du voyage ou rendu inutile par la rentrée de l'air dans la chambre barométrique1.

Quand le baromètre devra être consulté à demeure fixe, on aura soin de le placer à la lumière du jour, près d'une fenêtre par exemple, mais à l'abri des rayons du soleil, et autant que possible dans une chambre sans feu, de façon à éviter les variations un peu brusques de température. On le suspendra dans une position verticale, position qu'il devra prendre de lui-même, et dans laquelle il pourra être maintenu à l'aide d'un anneau muni de vis calantes, embrassant la cuvette sans la toucher. Ce mode d'installation est d'ailleurs applicable à tous les baromètres à poste fixe.

Pour les observations en campagne, on se sert d'un support

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Fig. 29. — Cuvette du baromètre Fortin.

1. Arago, dans son Astronomie populaire, dit au sujet de ces accidents qui étaient fréquents avec les anciens baromètres : « Remplir un nouveau tube et le soumettre à l'ébullition semble alors le seul remède possible ; mais une telle opération est longue, pénible, difficile, et dans certains pays, comme dans l'intérieur de l'Afrique, complètement inexécutable. Mon ami M. Boussingault m'a raconté que pendant ses voyages dans l'Amérique centrale, c'est-à-dire dans un pays à demi civilisé, il n'avait pas cassé moins de quatorze baromètres. »

à trois branches, tel que le représente la figure 50, et qui est construit de manière à servir en même temps d'étui pour l'instrument. Une suspension à la Cardan assure la verticalité du tube, aussitôt qu'on fixe le trépied pour une observation.

Chaque instrument porte fixé, tantôt intérieurement au tube, tantôt sur la planchette contre laquelle il est suspendu , un thermomètre destiné à indiquer sa propre température. Quand on veut faire une observation, c'est par la lecture du thermomètre qu'on doit invariablement commencer. Après cela , on vérifie l'affleurement de la pointe d'ivoire avec le mercure de la cuvette, en examinant si l'image de cette pointe est bien en contact avec la pointe même. S'il existe un intervalle, c'est que le mercure est trop bas ; si la pointe pénètre dans le mercure, la dépression est aisée à constater, parce qu'alors l'image réfléchie d'une ligne droite se trouve déformée au voisinage de la pointe. Dans ce cas, le mercure est trop haut. En manœuvrant la vis de la cuvette, on amène aisément le mercure au niveau convenable pour l'affleurement.

Il s'agit alors de procéder à la lecture de la hauteur du baromètre. Nous avons vu qu'un vernier, mobile à l'aide d'un bouton de vis, permet d'apprécier des fractions de millimètre, ordinairement des dixièmes. Mais il importe de bien s'assurer que le bord inférieur du vernier qui porte la division zéro est parfaitement tangent au sommet du ménisque du mercure.

Fig. 50. — Installation du baromètre pour une observation en voyage.

Voilà pourquoi il importe que cette partie du baromètre soit bien éclairée. On facilite cet examen en fixant derrière le tube un petit miroir qui réfléchit la lumière de la fenêtre, ou en glissant par derrière un morceau de papier blanc. On lit le nombre entier de millimètres en notant la division de l'échelle barométrique qui est immédiatement au-dessous du ménisque ou du zéro du vernier. Sur la figure 32, c'est le nombre 761. La

Fig. 31. — Échelle du tube barométrique; Fig. 32. — Lecture d'une hauteur barométrique vernier. à l'aide du vernier.

fraction de millimètre est donnée par la coïncidence de la division du vernier avec celle de l'échelle. C'est la 7e : la hauteur barométrique est donc 761""\7. Il y a doute quelquefois, et deux divisions successives peuvent sembler pareillement coïncidentes; c'est le cas de la figure 31, où l'on pourrait écrire 760mm,7 aussi bien que 760mm,8. On prend alors la moyenne 760mm,75. Toutes les fois qu'on va faire une lecture, il faut avoir soin de donner quelques petits coups- secs au tube de l'instrument, afin de vaincre l'adhérence du mercure au verre et de ramener

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le niveau à sa hauteur normale, que cette adhérence peut altérer.

On voit que l'observation du baromètre Fortin ne laisse pas d'être assez délicate. Aussi, dans le but d'en supprimer la partie la plus difficile, celle qui a pour objet de bien établir l'affleurement du mercure à la pointe d'ivoire, M. Renou a-t-il fait construire par M. Tonnelot un baromètre à large cuvette (fig. 33), à fond fixe, où le niveau du mercure n'est dès lors plus constant. Mais comme la section de la cuvette est très grande par rapport à celle du tube, la variation de hauteur du mercure y est très faible. Si son diamètre vaut 10 fois le diamètre du tube, la surface sera 100 fois plus grande, la variation de niveau sera 100 fois plus faible dans la cuvette que dans le tube.

Nous dirons tout à l'heure comment on en tient compte.

Quant à l'installation du baromètre Tonnelot, à l'observation et à la lecture des

hauteurs, elles se font identiquement comme pour le baromètre Fortin. Mais il n'a point l'avantage qu'a ce dernier, de pouvoir être transporté sans difficulté et de servir aux observations en campagne : c'est un baromètre de station fixe.

L'emploi du baromètre à mercure sur les navires exige des

Fig. 33. — Baromètre à large cuvette.

Fig. 34. — Baromètre' a mercure pour la marine.

dispositions spéciales et un mode particulier de suspension. Pour éviter l'effet des mouvements de roulis et de tangage, qui produiraient une oscillation continuelle de la colonne de mercure et môme pourraient briser le tube en projetant le liquide contre le sommet de la chambre barométrique, on adopte un tube très rétréci par le bas, ou étranglé comme l'est le baromètre de Gay-Lussac modifié par Bunten. Puis on le suspend aux parois de la chambre où il est installé, à l'aide d'une suspension à la Cardan disposée comme le montre la figure 34. Les observations et la lecture ont lieu de la même manière qu'avec les baromètres précédents. Mais, en raison de la forme du tube, le baromètre marin est paresseux dans ses indications ; de plus, pour peu que la mer soit agitée, la lecture est difficile, de sorte qu'il sert surtout quand le navire est à l'ancre ou que le temps est très calme; pour les observations courantes, on emploie de préférence les baromètres métalliques ou anéroïdes.

Avant de dire un mot de ces derniers instruments, dont l'usage s'est extrêmement répandu depuis une vingtaine d'années, il nous reste à parler d'un point des plus importants pour l'exactitude des observations barométriques, de la comparaison des instruments et des corrections à faire subir à la lecture de leurs indications.

Il est rare qu'un baromètre à mercure, à cuvette ou à siphon ne soit pas en erreur constante avec un baromètre normal. Une double cause peut contribuer à ce résultat. D'une part, le zéro des divisions de l'échelle, s'il s'agit d'un baromètre Fortin, peut ne pas coïncider exactement avec l'extrémité de la pointe d'ivoire ; d'autre part, la capillarité détermine une certaine dépression du mercure qui dépend du diamètre du tube, dès que ce diamètre est inférieur à 2 centimètres. Pour connaître la correction constante à faire subir aux lectures par suite de cette double erreur, on observe l'instrument en même temps qu'un baromètre étalon ou normal, comme en possèdent les grands fabricants ou.mieux.les observatoires météorologiques.

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Celte comparaison du baromètre une fois connue, il est aisé d'en tenir compte dans les observations, en ajoutant ou retranchant des lectures la correction qu'elle a indiquée. Avec le temps cependant, cette correction peut varier et la comparaison doit être répétée.

S'il s'agit d'un baromètre Tonnelot, ou à zéro variable, la comparaison indiquera une certaine pression pour laquelle l'instrument sera exactement d'accord avec le baromètre étalon. Supposons que ce soit pour une pression de 756 millimètres. Pour toutes les lectures supérieures, on devra ajouter 1 centième1 de l'excès en millimètres sur 756, puisque le mercure a dû baisser dans la cuvette du centième de son ascension dans le tube. On diminuera dans la même proportion toutes les lectures de pressions inférieures à 756 millimètres. En pareil cas, on construit une table donnant immédiatement la pression corrigée, ce qui n'offre aucune difficulté et ce qui abrège les observations. On peut encore corriger l'échelle même, c'està-dire donner aux divisions une longueur plus petite d'un centième, et alors la comparaison de l'instrument ainsi gradué (ou baromètre à échelle compensée) avec le baromètre étalon n'exigera plus qu'une correction constante, comme nous venons de le dire pour le baromètre Fortin.

Les corrections indiquées par la comparaison de l'instrument avec un baromètre étalon sont constantes. Celles dont nous allons parler maintenant sont variables : elles sont nécessitées par les changements de la température ou de l'altitude du lieu de l'observation. Il est aisé de comprendre que, pour être comparables, les observations doivent être réduites à une même température fixe; le mercure se dilatant par l'effet de la chaleur, une même hauteur de mercure ne mesure pas une même pression si elle est observée à des températures différentes, puisque alors les deux colonnes égales n'ont pas même

1. Nous disons 1 centième, dans l'hypothèse que la section de la cuvette est 100 fois celle du tube. Cela pourrait être toute autre fraction.

poids. Mais la température ne change pas seulement le volume et par suite la densité du mercure ; elle modifie également la longueur des divisions de l'échelle, ordinairement en laiton. En tenant compte de ces deux causes d'erreur, on trouve que la correction à faire à une hauteur barométrique H, lue à la température de f, pour la réduire à la hauteur que la même pression donnerait au mercure si la température était zéro, est Hat, correction soustractive si la température est supérieure à 0°, additive dans le cas contraire (a est un coefficient dont la valeur dépend du coefficient de dilatation du mercure et de celui du métal sur lequel l'échelle est tracée). On a ainsi 1I0 == H(l zp at). Pour le laiton la valeur de a est égale à 0,000161, et l'on aH0 = H (1^0,000161*).

Pour éviter des calculs fastidieux, on a composé des tables de correction à double entrée1, donnant pour chaque pression et pour des températures comprises entre 0 et 35 degrés (limite approchée de la température dans nos climats), de cinquième en cinquième ou même de dixième en dixième de degré, le nombre de millimètres à retrancher ou à ajouter pour chaque

1. Voici un fragment de la table de réduction à zéro, pour les 20 premiers degrés et pour les pressions comprises entre 730 et 775 millimètres que donnent les Instructions du Bureau central Météorologique de France :

TEMPÉRATURES du baromètre en degrés centigrades.