FLAMMES SONORES OU CHANTANTES

complète, comme le prouvent les lueurs plus petites des intervalles obscurs, par des changements périodiques de hauteur et d'éclat. Quelquefois il n'est pas possible de voir aucun trait lumineux entre deux images consécutives.

Si l'on enfonce la flamme outre mesure dans le tube, ses agitations prennent une amplitude plus grande , et alors l'air, refoulant la flamme à l'intérieur du tube, finit par l'éteindre. Il arrive alors quelquefois, avec l'extinction de la flamme, une violente explosion pareille à un coup de pistolet'. L'explication de ce dernier phénomène est d'ailleurs aisée à comprendre. « Supposons, en effet, dit M. Maurat, que, dans la première partie d'une vibration, l'air rentre dans l'intérieur du bec en repoussant devant lui la flamme, mais sans la refroidir assez pour l'éteindre ; pendant la seconde moitié de la même vibration, ce n'est pas du gaz pur, mais bien un mélange de gaz et d'air qui sortira du tube, et son inflammation devra produire une détonation véritable \ »

Les expériences qu'on vient de décrire montrent donc que les flammes peuvent jouer le même rôle que les courants d'air ou de liquide à l'aide desquels on ébranle les tuyaux sonores ; par elles-mêmes, elles suppléent aux embouchures de flûte et aux anches, sans lesquelles les vibrations ne seraient point pro-

1. Avec un tube de 4", 50 de longueur et 1 décimètre de diamètre, et un grand bec à gaz de Bunsen à pomme d'arrosoir, Tyndall obtenait un son d'une telle intensité, qu'il ébranlait le parquet et les meubles de la salle d'expériences, et, ajoute le célèbre professeur, « mes auditeurs eux-mêmes sur leurs sièges ».

2. « Remarquons à ce sujet, dit le même savant, que le mélange d'air et de gaz se fait toujours plus ou moins complètement dans une flamme quelconque, même brûlant à l'air libre. Il n'a pas lieu seulement à la surface, mais dans une région très étendue, puisqu'elle comprend toute la partie éclairante. S'il ne se produit pas d'explosion, c'est qu'un équilibre s'établit entre l'arrivée du gaz et l'afflux de l'air extérieur, de sorte que les mêmes points de l'espace sont le siège d'un phénomène de combustion qui ne varie pas sensiblement d'un instant à l'autre. Il n'en est pas de même dès que le courant gazeux vibre fortement. Les vitesses, alternativement de sens contraires, dont sont alors animés le gaz et l'air environnant, favorisent beaucoup leur mélange. La combustion devient donc intermittente et instantanée, c'est-à-dire qu'elle se fait par une série de petites explosions. La dernière d'entre elles, celle qui produit l'extinction de la flamme, doit être pour cela même d'une intensité exceptionnelle, puisqu'elle est immédiatement suivie d'une diminution considérable du volume de la veine gazeuse, conséquence de son refroidissement subit. »

duites. On a donc eu raison de les nommer flammes sonores ou ch(mtcmtes. Seulement, isolées, elles ne produiraient pas une vibration assez intense pour être perçue par l'oreille, et le tube dont elles sont surmontées est indispensable pour renforcer le son et le rendre sensible.

La hauteur d'un son émis par un tuyau sonore dépend, nous le verrons bientôt, de la longueur du tuyau. Même chose arrive pour les flammes sonores. Si, après avoir pris l'unisson de la note musicale qu'on obtient avec un tuyau d'une longueur donnée, de 1 mètre par exemple, on fait résonner la même flamme dans un tuyau de 2 mètres, le nouveau son est précisément l'octave grave du précédent. Avec des tuyaux plus courts, on obtiendrait des sons plus aigus. Tyndall, dans ses charmantes expériences sur les flammes sonores, avait disposé une série de huit tubes, dont les longueurs étaient calculées de manière à donner, en résonnant, les sons d'une gamme, de l'octave grave à l'octave aiguë. A l'aide d'un tuyau mobile ou d'un curseur en papier dont il surmontait l'un de ces tubes, il influait à volonté sur la hauteur du son, qui devenait plus grave quand le curseur montait, c'est-à-dire allongeait le tube, plus aigu quand le curseur descendait.

Mais si l'on compare les sons des flammes chantantes à ceux que donnent les tuyaux d'orgue de même longueur, on trouve ceux-ci plus graves. La raison en est simple : la présence des flammes élève la température des colonnes d'air mises en vibration, et l'on sait que le nombre des vibrations croît avec la vitesse du son et par conséquent avec la température, pour une même longueur d'onde.

Du i-este, la hauteur du son dépend aussi des diminutions de la flamme : « En diminuant la quantité de gaz, dit Tyndall, je fais cesser le son qne la flamme rend actuellement. Mais, après un moment de silence, la flamme rend un nouveau son qui est précisément l'octave du premier. Le premier était le son fondamental du tube qui entoure la flamme, le second est le premier harmonique de ce même tube. » Yoici, d'après le même physi-

FLAMMES SENSIBLES. ' 671

cien, une autre manière de montrer rinfluence des dimensions des flammes sur la hauteur des sons qu'elles produisent. On fait rendre le même son à deux flammes, puis, en tournant un peu le robinet du gaz, on modifie légèrement la dimension de l'une des flammes. Au môme instant l'unisson est troublé, des battements se font entendre. Ou encore, on prend un tube de verre de 2 mètres de longueur, qu'on fait résonner au moyen d'une grande flamme d'hydrogène. On lui substilue un tube de longueur moitié moindre : on n'entend plus le son musical. « La flamme est trop grande, dit Tyndall, pour pouvoir s'accommoder aux périodes de vibration du tube plus court. Mais dès qu'on diminue la hauteur de la flamme, elle rend un son intense, à l'octave du son du premier tube. Enlevons le tube court, et recouvrons de nouveau la flamme avec un tube long. Ce long tube rend, non plus le son fondamental qui lui est propre, mais celui du tube plus court. Pour s'accommoder aux périodes vibratoires de la flamme raccourcie, la longue colonne d'air se divise comme dans un tuyau d'orgue ouvert qui rend son premier harmonique. On peut faire varier les dimensions de la flamme, de manière à obtenir, avec ce môme tube, une série de notes dont les vitesses de vibration sont dans le rapport des nombres 1:2:3:4:5, c'est-à-dire le ton fondamental et ses quatre premiers harmoniques. »

§ 5, FLAMMES SEMSIBLES.

Nous avons vu que la forme d'une veine liquide qui s'écoule est modifiée dès que les vibrations dont elle est la cause sont susceptibles de donner naissance à lin son ; de plus, la même modification s'observe si, dans le voisinage de la veine, on produit un son dont la hauteur soit presque égale à celle du son qu'elle rendrait seule. 11 y a là une sensibilité qu'on retrouve dans les flammes chantantes. C'est à M. Schaffgotsch qu'est due la première observation de ce dernier phénomène. Ayant sur-

monté une flamme de gaz d'un tube de faible longueur, cel expérimentateur remarqua que, si l'on émettait un son, soit à l'unisson, soit à l'octave supérieure de la note donnée par sa flamme sonore, celle-ci se mettait à s'agiter, à vibrer ; elle s'éteignait même , quand le son émis atteignait un certain degré d'intensité. Quelle est la cause de cette agitation singulière ?

Un autre fait, simultanément découvert par Schaffgotsch et par Tyndall, est celui-ci. Etant donnée une flamme encore silencieuse au sein du tube, si l'on élève convenablement le son de la voix, la flamme se met à chanter. Elle s'interrompt si la note sensible est interrompue, elle recommence en chantant à l'unisson si la voix reprend elle-même son chant. Voici, d'après Tyndall, les conditions de l'expérience : « Je recouvre, dit-il, cette flamme d'un tube de 50 centimètres de longueur, de manière qu'elle soit à 5 ou 4 centimètres de distance de l'extrémité inférieure. L'émission de la note convenable fait trembler la flamme, mais ne la fait pas chanter. Je baisse le tube de sorte que la distance de la flamme à l'extrémité inférieure soit de 7 centimètres, et à l'instant même son chant fait explosion. Entre ces deux positions, il en est une troisième, telle, que la flamme qu'on y place ne rompt pas le silence spontanément, mais telle aussi que, quand la flamme a été excitée et comme amorcée par la voix, elle chante et continue indéfiniment à chanter. »

Cette sensibilité des flammes, qui, outre le nom de flammes sonores ou cliantantes, leur a fait donner aussi celui de flammes sensibles, cette faculté de subir les mouvements vibratoires d'une certaine périodicité et de résonner à l'unisson des voix qui parlent dans leur voisinage, permet, pour ainsi dire, de les faire servir à l'analyse des sons composés.

Les flammes nues, c'est-à-dire brûlant à l'air libre sans être surmontées d'un tube, subissent la môme influence et manifestent la même sensibilité : c'est au professeur Leconte qu'est due la première observation de ce fait nouveau. Tyndall et

FLAMMES SENSIBLES

Barielt ont fait sur ce curieux sujet les expériences les pins variées. Bornons-nous à en citer quelques-unes.

Faisons d'abord observer que toutes les flammes nues ne sont pas des flammes sensibles. Leconte avait déjà remarqué que la flamme des becs de gaz sur laquelle portèrent ses observations ne se mettait à vibrer que lorsque la pression croissante l'amenait au point où elle est prête à ronfler. « Voici une bougie iillumée, dit ïyndall : nous pourrons, sans l'émouvoir, crier, claquer îles mains, l'aire retentir ce sifflet, battre cette enclume à coups de marteau, ou faire éclater un mélange explosif d'oxygène et d'hydrogène. Quoique, dans chacun de ces cas, des ondes sonores très énergiques traversent l'air, la bougie est absolument insensible au son. Il n'y a dans sa flamme aucun mouvement. Mais avec ce petit chalumeau je lance contre la flamme de la bougie un mince courant d'air, qui produit un commencement de frémissement, en même temps qu'il diminue l'éclat de la flamme. Et maintenant, dès que je fais retentir le sifflet, la flannne saute visiblement. »

La flamme en foiine de (pieue de poisson d'un bec de gaz ordinaire étant insensible à tous les sons émis dans son voisinage, il suffit de tourner le robinet et d'augmenter la pression pour qu'elle s'agite aussitôt sous l'influence d'un coup de sifflet : sa forme en éventail se change alors en une flamme à six ou sc[)t langues séparées (lig. 526).

Les flammes les plus sensibles doivent avoir une assez grande hauteur, de 25 à 50 et jusqu'à 45 centimètres; mais d'ailleurs, selon les circonstances, tantôt une flannne est allongée, tantôt elle est raccourcie par les vibrations sonores. Tyndall prend deux flammes, l'une longue, droite et fumeuse, l'autre courte, bifurquée et brillante. Le même coup de sifflet opère une trans-

Fig. 3ii(5. — Intluoiico du son sur les flammes.

formation singulière : la première flamme est ponr ainsi dire changée en la seconde, et réciproquement (fig..527).

Terminons ce sujet par la mention de deux autres expériences remarquables, que le célèbre physicien anglais a reproduites dans ses intéressantes conférences sur le son.

« La plus merveilleuse, dit-il, des flammes observées jusqu'ici est actuellement sous vos yeux. Elle sort de l'orifice unique d'un bec en stéatite, et s'élève à la hauteur de 60 cen-

Fig. 327. — Flaiiuues sensibles. Fig. 528. — Flamme sensible ;

expérience de Tjndall.

timètres. Le coup le plus léger, iVajipé sur une enclume placée à une grande distance, la réduit à 17 centimètres. Les chocs d'un trousseau de clefs l'agitent violemment, et vous entendez ses ronflements énergiques. A la distance de 20 mètres, faisons tomber une pièce de 50 centimes sur quelques gros sous tenus dans la main : ce choc si léger abat la flamme. Je ne puis pas marcher sur le plancher sans l'agiter. Les craquements de mes bottes la mettent en commotion violente. Le chiffonnemenl ou la déchirure d'un morceau de papier, le frôlement d'une étoffe de soie, produisent, le même effet. Une goutte de pluie

FLAMMES SENSIBLES

qui tombe la réveille en sursaut. On a placé près d'elle une montre ; aucun de vous ne peut en entendre le tic-tac ; voyez cependant quel effet il exerce sur la tlamme : chaque battement l'écrase; si on remonte le mouvement, c'est pour la flamme un effroyable tumulte. Le chant d'un moineau perché très loin suffît à l'abattre; la note du grillon produirait sans doute le même effet. Placé à 30 mètres de distance, j'ai chuchoté, et aussitôt la flamme s'est raccourcie en ronflant (fig. 528). »

Voilà pour la sensibilité extrême de certaines flammes brûlant à l'air libre. Voyons maintenant quel triage elles permettent de faire des notes prédominantes dans les sons composés, jouant ainsi le rôle des flammes manométriques de Kœnig et des résonnateurs d'Helmholtz (dont il sera question plus loin).

Considérant une flamme longue, droite, brillante, que le plus léger bruit réduit au tiers de sa longueur et dont l'éclat tombe en môme temps à celui d'une lueur pâle à peine perceptible, Tyndall la nomme la flamme aux voyelles. En effet , les différentes voyelles sont loin d'affecter de la même façon sa sensibilité. Ce n'est pas au son fondamental de chaque voyelle, mais à l'harmonique prédominant qui en constitue le timbre, que la flamme en question est sensible. « J'articule d'une voix forte et sonore la diphtongue ou, la flamme ne bouge pas ; je prononce la voyelle o, la flamme tremble; j'articule é, la flamme est fortement affectée. Je prononce successivement les mots boot (pr. bout'), bout (pr. bôt'), beat (bit'); le premier reste sans réponse, la flamme s'ébranle au second, mais le troisième produit sur elle une commotion violente. Le son ah! est encore beaucoup plus puissant... Cette flamme est particulièrement sensible à l'articulation de la consonne sifflante s. Que dans cet auditoire la personne la plus éloignée me fasse le plaisir de siffler, ou de prononcer hiss, ou répéter le vers : Pour qui sont ces serpents qui sifflent sur vos têtes, la flamme lui fera sur-lechamp un accueil sympathique. Le sifflement comprend les éléments les plus aptes à agir énergiquement sur elle... Je pose enfin sur cette table cette boîte à musique, et je lui fais jouer

son air. La flamme se comporte comme un être sensible, faisant un léger salut à certains sons, et accueillant les autres avec une courtoisie profonde. » {Le So7i, YI.)

§ 0. JINFLUEISCJ-; LU MOCVEMEKT SLR LA HAITEUR DV SON.

Dans un mémoire publié en 184'2 Sur les couleurs des étoiles doubles, Doppler étudia le premier l'influence que le mouvement peut avoir sur la sensation d'un observateur, quand la source des ondes sonores ou lumineuses s'approche ou s'éloigne de lui par le fait de ce mouvement. 11 examinait les deux cas où tantôt c'est l'observateur qui est immobile, la source se déplaçant dans sa pro})re direction, tantôt c'est l'observateur qui se meut dans la direction de la source, cette dernière restant iixe.

Sa conclusion était, en ne considérant pour le moment que les ondes sonores, que la hauteur d'un son s'élève dès que diminue la distance du corps sonore et de l'observateur ; qu'elle s'abaisse au contraire, si la distance augmente.

|] est aisé de se rendre compte de cette variation de la tonalité d'un son avec le mouvement du corps sonore ou de l'observateur, variation qui n'est en un cei'tain sens qu'apparente, puisque, par hypothèse, le corps sonore ne cesse d'effectuer le même nombre de vibrations par seconde.

Prenons un exemple propre à faire saisir rexj)lication du phénomène prévu par Do])pler.

Suj)])osons l'observateur immobile en 0 (iig. 521)), la source sonore en S. Admettons que la vitesse du son soit en ce moment de 540 mètres i)ai' seconde, et que la source marche vers 0 avec une vitesse dix fois moindre, ou à raison de 54 mètres par seconde. Au bout d'une seconde, la première onde sonore, partie de S, aura franchi la distance SA égale à 540 mètres, et le corps sonore sera venu lui-même en S', à 54 mètres de son point de départ. Pour fixer les idées, imaginons encore qu'il