V. — Appareils inscriptenrs
127. La traduction graphique des résultats d'observations devait naturellement conduire à leur enregistrement automatique (*]. Un phénomène
(*) M. le professeur Thurstox a récemment proposé un système de stéréogmmroes propres à figurer les variations d'un phénomène qui est lui-même fonction de trois' variables. On sait que si, d'un point quelconque, pris dans l'intérieur d'un triangle équilatéral, on abaisse des perpendiculaires sur les trois côtés, la somme de ces perpendiculaires est égale à la hauteur du triangle. Si cette hauteur, divisée on cent parlies égales, représente, par exemple, cent parties d'un alliage formé de trois métaux, chacune des perpendiculaires pourra être considérée comme représentant le nombre de parties de chacun des trois métaux dans la constitution de l'alliage. Ithaque point derinlérieur du triangle correspondra donc à un de ces alliages et ii un seul; et si l'on élève en chacun de ces points, perpendiculairement au plan du triangle, une ordonnée proportionnelle, soit à la limite d'élasticité, soit à la charge de rupture, soit à toute autre propriété de l'alliage correspondant, la surface topographique formée par les extrémités de toutes les ordonnées représentera la loi de variation de la propriété qu'on aura considérée. On pourra d'ailleurs remplacer le stéréograrame construit d'après ce principe par un plan à courbes de niveau cotées. (Voir le Génie civil, revue générale des industries françaises et étrangères, t. III, p. 36, i5 novembrc 1882.)
( ' ) Il faut remonter assez loin dans le passe pour trouver la première application de l'idée qui consiste à fixer sur une surface mobile la trace des variations auxquelles les phénomènes physiques sont soumis. Le marquis d'Ons en Brat a décrit, dans les Mémoires de Tancienne Académie des Sciences (i/S-J), un anémographe qui donnait la vitesse et la direction du veut et qui traçait automatiquement ces résultats sur une feuille enroulée autour d'un cylindre mobile. Un de ces instruments figure dans les galeries du Conservatoire des Arts et Métiers. Eu 176'J, Cummings construisait, d'après le système discontinu proposé par Coamgei'x {Journal de Physique, Chimie et Histoire naturelle, t. XVI, p. 335), un baromètre traçant les hauteurs du mercure sur un cadran conduit par une horloge. En 1783, Magellan faisait connaître les dispositions d'un métcorographe perpétuel destiné à inscrire, en un Jieu quelconque du globe, toutes les variations atmosphériques. Cet appareil comprenait un barographe, un thermographe, un anémographe, un hygroscope, un pluvioscopc et un atmidomètre. En 179^, Ri'TiiERFORD publiait, dans les Transactions d" Edimbourg, la description d'un ihcrmométrographe qui traçait sa courbe, au moyen d'une pointe mobile, sur une bande de papier noirci, animée d'un mouvement de translation. Un autre appareil du même genre est décrit dans les Annales de Gilbert. En 1806, V\'att imaginait son tube indicateur, dont le diagramme fait connaître, par une simple quadrature, le travail de la machine à vapeur. Chazalon a fait construire, vers i85o, un raaréograpbe propre à enregistrer les variations de régime des cours d'eau aussi bien que les oscillations des marées. Blondat a proposé, vers la même époque, un barographe, un thermograplie, un hydrographe et un anémographe (voir le Rapport au Minist4^re
APPAREILS INSCRIPTEURS. l83
^^ttirel est en gënëral soumis à des variations incessantes et les observations ^^r^cles, quelque fréquentes qu'on les suppose, ne déterminent que des l^^ints isolés de la courbe continue qui devrait en être l'expression . On rac-
^^* TniTauz publics, par une Commission composée do MM. Bommart, Cayalier et "■ ^ssGos, sur Futilité des instruments destinés à conserver la trace de certains phéno" "^f^es physiques et sur quelques instruments de cette espèce, présentés par M, Blondat, ^^Hs les Annales des Ponts et Chaussées, 3* série, i85i, i* semestre, p. 354). ^" 1857, *^<G3iARD a résolu, au moyen do rouages auxiliaires, la difficulté qui tenait à l'insuffisance de la force développée par certains phénomènes assujettis à effectuer leur P«t>pre enregistrement.
L'emploi des appareils enregistreurs a été successivement étendu à un très grand' *)oii||>re de recherches. En Mécanique, nous citerons : la classe nombreuse des dyna- '^Oinétres graphiques, qui dériveut plus ou moins directement de la conception de ^Att; les appareils, tels que l'odognipho de Maret, propres à écrire un grand ^OQibre de mouvements, et en particulier les variations de vitesse d'un train de chemin ^Q fer ou de tout autre véhicule; les divers instruments imaginés par Poncelet et Construits par le général Moaix; les appareils employés dans les expériences de Ba- 'ûiique, notamment les chronographes de Le Boulangé, de Scbultz et do Moisson; le ^HroDographe, le vélocimètre et le projectile inscripteur du colonel Slbert; rnccélé- ''o^raphe proposé par Deprez pour tracer la courbe des vitesses imprimées par la Poudre à projectile; le séismographe de Carlile, appareil enregistreur des mouve- 'neots relatifs des véhicules en marche et le wagon dynamomètre de la Compagnie ^^ chemins de' fer de l'Est.
Parmi les appareils automatiques employés en Météorologie et en Physique, nous ■Odiquerous : le baromètre et l'udomètre inscriptcurs de Brêguet; les anémomètres ^t girouettes à indications graphiques du même inventeur; les baromètres, anémo- 'nèirea et girouettes à double enregistrement automatique do Gibbons; le baromètre ^t l'anémomètre d'EccARo; l'enregistreur anémométrique de Jacquemier; les baro- ■Hêtres de Goicbard, avec indicateurs électriques; le thermomètre de Ricuard frères; Iq baromètre à balance, le thermoniètie, le thermographe, le dcclinomètro, rinclino- ^ètre, le bifilaire, l'auémographe, Télectrographc, ractinomètre et le psychromètre de Salleron; le thermographe de Pictet et Cellerier; l'anémomètre et le pfuviomètre ^'Hebté Mangon ; le baromètre et le manomètre de Boi:rdon ; le baromètre, le thermo- ■uèire, le psychromètre, l'hygromètre, Tévaporomètre, l'électromèlre de Kldier; l'éva- |K»rométre de Ragona; l'atmographe de TObservatoire de Montsouris; le limnomètre Oe Forkl; Tappareil de Noël pour les variations de niveau des liquides; le métcoro- |»raphe du P. Secchi; le météorographo de Theorell; le météorographo do van ilTSSBLBERGnE et Scul'bart; la série des instruments météorologiques enregistreurs Ue Hâsler et de Hipp; le niaréographc de Thomson; les maréographcs à cylindre hori- «ootal ou vertical de Collin; les fluviographes du même inventeur, dont un à cadran, «vec diagramme polaire, l'autre à trois crayons, inscrivant les variations de niveau ^ans une écluse et dans les deux biefs qu'elle raccorde; les fluviomèlres électriques <le Grivolas, de Mocqlery, de Scuaefkler et de Hipp; l'appareil do Bonneai: pour Tonregistrement de la direction et de la vitesse des courants sous-marins à toutes profondeurs; la sonde sous-marine do Rousset; les indicateurs électriques des niveaux d'eau et des pressions de gaz de Giillemard; l'appareil pour enrejistrer automatiquement la déclinaison, l'inclinaison et les variations diurnes de Gloesener; l'électromèlre de Lipphann; le phonautographe de Scott et Koenig; le phonographe d'EoisoN;
l84 CALCUL GRAPHIQUE. — APPENDICE DU TRADUCTEUR AU CHAPITRE V.
corde ordinairement ces points par des droites ou par des segments de courbes que les procédés d'interpolation permettent de déterminer. Mais cet artifice est inefiirace (piand les observations sont faites à longs inter-
Ics appareils de Lissajous, d'Hr.LBinoLTZ, de Villari, pour figurer la modalifc desonde^ sonores; rharmoni(;raphe de Tislet et Spiller ; l'appareil de CoR?fC pour cnrejp'strcr la TÎlesse de la liimiiTC; Tappareil de M. Napoli donnant le diagramme des attractions d*un aimant; les séismographes de Pai.mieri, Cavalleri, de Rossi. Rertelu, Cecchi, Galli; le panséismograplie de Guliami; les microséismographes ou tromométrographrs de Bertelli et de Ro.^si. pour l'observation des tremblements de terre; le chronographe astronomique de Fuess, etc.
L*emp1oi des appareils inscripteurs s*est aussi généralisé en Physiologie. On trouve les premières applications de ce genre dans le Kymographion de Litdwig, sorte d«* manomètre inscripteur pour l'étude de la pression sanguine, dans le Federkymogra phion de FiK {Untersuch. a. d. Zùrcher. phvsiol.Laborat., I, p. i ), dans les appareils de VoLKMASN, de Hklhholtz et de Vikrordt [ Vierordt et Ludwig, Beitràge zur Lrhrtvon dcn Athembc^^egungen {Arch. fur physiologhchc Heilkund^^ i855, t. XIV, p. 2.58 J pour figurer les phases de la circulation, de la respiration et de l'action musculaire. Les sphygmographes d'OzAXAH et de Mnsso {Fort eiiiigcn n^uen Eigenschaften der Gefàsswatidy Leipzig, iS^'i, et Mot'imentf dei ifasi sanguigni nelCuoino, Acad. scicnz. di Torino, 1875), le sphygmographe. le cardiographe, le pnenmographe, le myographe, le réographe, le dynamographe, le thermographe, le polygraphe de Maret, l'appareil construit par Franck, d'après Rnssox, pour écrire les variations de volume de l:i main, l'hémodomographe de Chauveav, l'anapmographe de Bergeroti, les appareils à explorations successives de Desprez et de Bloch, le périmètre de Meteb pour tracer la courbe des variations du champ visuel suivant les couleurs, les nombreux appareils inscripteurs appliqués par Maret au passage des ondes liquides, au passage des ondes musculaires, à la rumination, aux différentes allures de l'homme çt des animaux, à la locomotion aérienne des oiseaux et des insectes, les appareils de Rosapellt pour enregistrer le mouvement des lèvres, d'ARLOiiG et de Carlet pour inscrire les. mouvements de déglutition; le polygraphc électrochimique de Ragosine, donnant les courbes de pulsation, de respiration, etc.; telles sont les principales dispositions imaginées pour traduire graphiquement des phénomènes qui, par leur complexité, leur amplitude très restreinte ou leur dur(*c à peine saisissable, semblaient plus que tous autres devoir échapper à ce mode d'investigation. On trouvera la description de ces appareils, l'indication des expériences auxquelles ils se prêtent et Tintcrprétalion des résultats graphiques auxquels ils conduisent dans V Annuaire de rOhservatoire de Moutsouris (1878 et 1879); dans les Annales indttstrielies (7 juillet 1878, 3o novembre 1879, 23 octobre et 20 novembre 1881); dans les Annales des travaux publics (octobre 1881); dans les Annales des Ponts et Chaussées (décembre 1876, p. 606, et février 1881, p. 3.?5); dans la Nature (numéros des 5 et 19 novembre 1881); dans quelques-uns des écrits déjà cités (p. 100) et surtout dans le remarquable Ouvrage du D' Marey {La méthode graphique y etc.). Voir aussi : J! électricité et ses applications, exposé sommaire et Notices sur les différentes classes de l'Exposition internationale d'électricité, p. 10G-170, Instruments de précision^ par Marcel Deprez et Skdert. Paris, 1881. — Dollettino del Fulcanismo italiano de M. S. de Rossi. Roma, 187^- 1881. — La Meteornlogia endogena de M. S. i>E Rossi, Milano, 1879-1882. — Bericht aher die i^^issenschaft lichen Instrumente auf der lierliner Gev^'erheaussteUung im Jahrf^ 1879. Herausgegeben von D' L. Loewenherz. Berlin, 1880, p. 35-38.
APPAREILS INSCRIPTEURS. i8j
valles ou quand elles portent sur des faits susceptibles de brusques oscillations.
D'autre part, il est souvent utile de comparer des résultats fournis au même moment par divers instruments placés en divers lieux, et il ne suffît ]>as de multiplier les observateurs pour être assuré que cette condition do synchronisme est exactement remplie. Enfin l'observation directe, et la tra doction graphique des résultats numériques qu'elle fournil, portent avec elles les nombreuses chances d'erreur qui tiennent à l'imperfection de uns sens. Les appareils inscripteurs parent à ces inconvénients. Ils rendent l'expérimentation plus facile et plus simple; ils accusent par des tracés continus les vraies courbes figuratives des variations infinies auxquelles les phénomènes sont soumis; ils saisissent et exprimont simultanément un grand nombre de faits; ils mesurent les petites fractions de la durée qui échapperaient à l'observation directe et détaillent les phases de tous les mouvements, quelle qu'en soit la lenteur ou la rapidité; ils accumulent les données d'une infinité d'expériences avec une irrécusable fidélité et sous une forme claire et concise, très propre à faciliter la comparaison des faits et la déduction des lois qui les régissent.
Les manifestations statiques des forces sont constatées au moyen d'instruments plus ou moins précis, mais leur immutabilité même exclut toute idée d'enregistrement. Les manifestations dynamiques, au contraire, sont caractérisées par des mouvements dont la transmission, à l'aide d'organes appropriés, permet de conserver les traces écrites des phénomènes.
128. Qu'il s\')gisse, par exemple, d'enregistrer les variations de niveau d'un fleuve. Un flotteur transmet ces variations à un style guidé verticalement. Une bande de papier, maintenue dans un plan vertical, se déplace en regard du style, de telle sorte que, si celui-ci restait immobile, sa trace sur le papier serait une droite horizontale. Mais, h raison même des variations qu'on se propose d'enregistrer, le style monte ou descend et décrit un diagramme rapporté à deux axes rectangulaires : l'un horizontal, qui est celui des abscisses proportionnelles au temps pris comme variable; l'autre vertical, qui est celui des ordonnées égales ou proportionnelles aux changements de niveau.
L'horizontale parcourue par un point quelconque de la bande mobile est une circonférence décrite du point à Tinfini de la verticale qui sert de guid:^ au style. Si IVm prend le centre à distance finie sur cette verticale, les horizontales deviennent des circonférences concentriques, la bande mobile devient un cadran et le style décrit le diagramme en coordonnées polaires des variations de niveau.
lS6 CALCUL GHlPBlOUe. — APPENDICE DU TRADUCTEUit AU CIHPITBB V.
Tels sont tes principes communs a l.t plupiirt des ajipiireils inscripteurs. Toutefois, dans le système rectangulaire, la bande mobile est le plus souvent enroulée autour d'un cylindre qui pivote d'un mouvement uniforme snr sun axe et qui présente successivement ses génératrices à la pointe du style.
Dans l'uppareil bien connu de Poncelet et florin, le style est porte par un corps pesant qui tombe vcrlicalcment sous l'action de la pcsiioteur. La
pur^ibole tracée sur le cylindre pendant la chute caractérise le mouvenieni des graves et en déiei'mine lu loi.
L'indicateur de Wutt, qui constitue l'une des plus anciennes et des ])lus importantes iipplicatious de h méthode graphique, est un ap|tareil inscripteur du travail des machines à vapeur. Le style traceur, actionne par un tube ninnomélrique, décrit un diagramme dont les ordonnées sont proporlionnulles à la |ii'i'ssioti de la va|)Gur dans le cylindre de la machine; le cy-
mile de l'un des lirus D d'une biihmcc et maintenue en équilibi-e, duns un certaiui^LiC niovcn de l.i j)i'essii)n u[miis|iii(!ri(iiie, par un conlrc-poîds E fUco il luxlrt-iiiilc du secimd br.is. Suivant ([uc lu picssimi niigmenlc nu diminue, et que par suite une petite <]uanlitè de mei^-ure passe de U cuvette dins le tube baniinélrique ou du tube diins la cuvette, celle- <le9ceDd et les osnillutiona du fléau uux(]udles ces mouvements donnent lieu WDt lixiianiises à l'iii^tuille A qui les inscrit sur le cylindre mobile K.. Une pniate d'acier, ùxén ù l'urmature d'un électni-aimant, trace sur l'une des botes du cylindre une ligne de repère eiroulnire ijui devient, après le développemeiil du |M|iier, l'axe des abscisses de la cnui-bc. A chaque cunlact électrique dc'icr miné [uir une b'irloge, la poinlc s'euirte un instant de sa
l88 CALCUL GRAPHIQUE. ~ APPENDICE DU TRADUCTEUR AU CHAPITRE V.
position pour marquer une division du temps sur la ligne de repère. La même horloge agit sur les clectro-aimants de tous les cylindres inscripteurs et permet de comparer les résultats fournis aux mêmes moments par un grand nombre d'appareils.
La fig. 91 fait connaître la disposition adoptée à Montsouris pour enre* gistrer simultanément l'état hygrométrique de Tair, la température à la surface du sol et les variations de l'actinomètre (*). AB représente, à droite de la ligure, un tube de Bourdon, sorte de ruban creux à section elliptique, tordu autour de son axe en forme de spire très allongée. Ce tube, rempli d'alcool, est fixé à Tune de ses extrémités; l'autre extrémité, restée libre, porte une aiguille dont les mouvements angulaires accusent les divers étals de torsion du tube sous l'action de Talcool plus ou moins dilaté.
Un tube sec de cette espèce transmet par la tringle /, à travers les parois du kiosque, ses variations à Taiguille n® 2. Un second tube semblable, mais enveloppé de mousseline mouillée, agit sur l'aiguille n" 3. L'ensemble des aiguilles 'x et 3 constitue donc un psychromètre inscriptcur.
L'aiguille 5 est fixée à un troisième tube torse, couché dans un bain de glycérine FE et mis en communication, par un conduit capillaire, avec un réservoir tubulaire en méUil noirci, placé a la surface du sol. Les indications de Taiguille 5 sont le résultat complexe des effets produits par l'ensemble de ces tubes exactement remplis d'alcool. Pour défalquer l'action du tube torse et du conduit capillaire, et isoler celle du réservoir couché sur le sol, on fait agir sur Taiguille 4 un autre tube torse, couché aussi dans le bassin FE et prolongé, comme le précédent, par un conduit capillaire qui n'est pas en communication avec le réservoir. L'aiguille 4 donne ainsi directement les corrections \\ faire aux indications de Taiguille 5, et la variation de température du réservoir est j)roportionnelle à la différence des ordonnées des courbes tracées par ces deux aiguilles.
Les aiguilles 6 et 7 correspondent, l'une à un thermomètre blanc, l'autre à un thermomètre noir, placés tous deux dans le vide sec et mis en communication par des conduits capillaires avec les deux derniers tubes torses du bassin EF. Le degré actinomctrique est en rapport avec l'écartement variable (les courbes tracées |)ar les deux aiguilles.
L'aiguille i, commandée par l'élcctro-aimant, trace la ligne de repère
(*) Cet appareil, construit, comme le précé'lent, par M. Salleron, a fonctionné au Champ de Mars, dans le kiosque de l'Observatoire de Montsouris, pendant toute la durée de l'Exposition de 1878.
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commune à toutes les courbes et pointe les heures données par l'horloge commune (*).
(*) Nous devons montiotincr ici spécialement, à raison des applications {;raphiques auxquelles il donne lieu, le thermographe récemment ima{;iné par MM. Raoul Pictet «t G. Cellkrier (voir Méthode générale iV intégration continue dune fonction numé^ rique quelconque^ à propos de quelques théorèmes fournis par F Analyse mathématique appliquée au calcul des courbes d'un nouveau thermographe. Genève et Paris, Gauthier- Villars, 1879). Cet appareil présente un cas intéressant d'«i/ia/7io/y^/iojr^ géométrique^ mécaniquement réalisée au cours même de l'enregistration. Les inventeurs, se fondant sur les théories récentes de la Thermodynamique et sur un grand nombre d'observations, ont établi une relation générale entre la pression P de la vapeur d'un liquide et la température correspondante t. Les variations de P, accusées par le changement de niveau du mercure dans un tube manométrique, sont transmises par un flotteur et par un système de fils, poulies et contre-poids, au crayon chargé de les inscrire sur un papier animé d'un mouvement continu. Si la transmission avait lieu selon les procédés ordinairement adoptés, la courbe tracée donnerait des ordonnées é{;ales ou proportionnelles aux variations de P, et l'intervention du calcul ou des Tables numériques serait indispensable pour déterminer les valeurs correspondantes de t qui sont l'objet final de la recherche. Pour substituer à la courbe des pressions P la courbe directement tracée des températures t, il a suflî de placer entre le flotteur et le crayon, et sur l'axe même du tambour qui obéit aux mouvements du flotteur, une fusée de forme hélicoïdale, d'un pas très petit, sur laquelle s'enroule un second fil, directement attelé au crayon. La spire a pour projection, sur le plan du tambour qui lui est accolé, une courbe de réduction déterminée par la relation r = p (P). Il eu résulte que le second fil s'enroule ou se déroulesur la fusée, et que, |)ar suite, le crayon avance ou recule sur le plan du diagramme, de quantités égales pour des variations égales de t, La courbe transformatrice du mouvement est tracée par tangentes au moyen d'un procédé graphique très simple.
