GS LES BALLONS'SO.NDES

prétation abusive de formules abstraites, n'ayant point pour fondement une pratique sufiRsamment étendue. ■

On connaît des vernis beaucoup plus légers que ceux dont on fait usage jusqu'ici, mais ils ont l'inconvénient d'attaquer la fibre de soie. 11 y aurait donc lieu de voir si Ton ne pourrait employer (les étoffes en fils métalliques dont la flexibilité serait suffisante, de résistance égale ou supérieure à celle de la soie, exigeant un vernis moins pesant et qui n'exercerait aucune action de nature à altérer leur résistance.

Toutes ces études sont inutiles, en apparence, si l'on se borne à construire des ballons météorologiques de basse région, c'est-à-dire allant de 'lOOO™ à 5000"». Mais ces appareils, qui deviendront vulgaires dans les observatoires météorolo- «j^iques, bénéficieront des progrés accomplis dans le lancement des aérophiles de haute région, ainsi que dans leur construction et dans celle des enregistreurs dont ils sont chargés.

Il y a, du reste, un élément capital dont ces théoriciens ont négligé de tenir compte, dans le calcul de leurs colonnes d'Hercule atmosphériques. Cet élément, c'est la valeur de lu radiation solaire, dont personne ne pouvait deviner Timporlance, quoique Ton sache depuis longtemps que le gaz ou l'air atmosphérique renfermé dans un bal-

THEORIE DK LASCENSIO^ D'U^ BALLOX-SO.NDE.

Ion prenne une température de beaucoup sup« rieure à celle de rair ambiant. On se rappelai» que cet effet est si puissant qu'on a tu un aérostai rempli simplement d'air atmosphérique s'enlever de lui-même et emporter un enfant accroch»» à la soupape, comme l'aurait fait une montgolfière. Mais on n'était point préparé à apprendre que la différence de température entre l'air ambiant et le gaz confiné dans l'intérieur de l'aérostat pourra dépasser, peut-être, celle qui sépare la température de l'eau bouillante et de la glace fondante.

C'est ce qui fait que pour s'éloigner le plus possible de la surface des mers, il faut exécuter les ascensions au milieu de la journée, en s'arrangeant pour que le ballon-sonde arrive à sa culmination vers midi.

Le calcul suivant montrera, du reste, l'étendue des variations d'altitudes que l'on peut obtenir avec le même ballon, suivant les circonstances atmosphériques qui ont présidé au lancer.

Le poids de I™*^ d'air au niveau de la mer est de

t étant la température et h la hauteur barométrique.

Si l'on suppose t = -+- 30'', h — 740, le poids du

mètre cube devient dans une ascension exécutée en été par un temps orageux

Si l'on suppose au contraire t =^ — 20*", /iz= 780, le poids du mètre cube d'air augmente lorsque Ton opère en hiver par beau temps et un froid vif.

1 292 X lï — ikg 414.

La force ascensionnelle du gaz subit les mêmes alternatives. Supposons que la densité du gaz Soit de 0,300, elle sera de 0,700 du poids de Tair, ce qui représente en été 794»'" par mètre cube et en hiver 0,987. Le gain est donc de. 143,5 pour un ballon de 500™^

Comme le gaz est recueilli sur Teau, on peut admettre que chaque mètre cube contient environ 30"' de vapeur d'eau dont la densité est double de celle du gaz qu'elle remplace. La force ascensionnelle de l'été peut être réduite à 7848'', c'est-à-dire de lO^'par suite de cette circonstance; quant à celle de l'hiver, il n'y a pas à la diminuer de ce chef, le gaz étant très sensiblemeût sec dans les conditions indiquées.

Si l'on suppose que le ballon-sonde ait un volume de 500™*' et pèse 50^», l'ascension aura lieu

THEOBIB DE f ASCESSIO^S I»'U?K B A LL . ?f - « .• M' t. T!

jusqu'à une couche où la force ascenr-îjnnell-? d:: gaz soit de 100*', ce qui suppose une pressior: de flf en été et de {{^ en hiver de ce q'CL'eWe e?: à 1 1 surface de la Terre.

Par conséquent, en ne prenant que le j»reii:ier

terme de la formule de Laplacer 18336 x loi: t? 1 ^^ titude obtenue sera :

En été, 18336 x log 7,84 = 1S336 x O.Sî^îj: : En hiver, 18336 x log 9,87— 1S336 x O.C^9432.

La différence des altitudes est donc de 1SS3*.

Pour que le calcul fût exact, il faudrait tenir compte de l'effet de montgolfière, ce qu'il n'est pa^ possible de faire dans l'élat d'ignorance on nous nous trouvons actuellement sur la constitution de la haute atmosphère. En effet, si le> bailonssondes s'élèvent au-dessus de la région des cirrus. et s'il n'y a pas des nuages d'une autre nature dans le voisinage des frontières du ri je planétaire, s'il n'y a pas une liquéfaction de l'air, quelque circonstance inconnue dont nous ne soupçonnons pas même la nature, les rayons solaires agissent sur les ballons-sondes avec une énergie croissante à mesure que lair qui les supXiorle se raréfie. Dans ces conditions un nouvel élément surgit, c'est la valeur linéaire du rayon vecteur du Soleil, qui est de loi au solstice d'été et de 146

'il LES BALLONS-SONDES.

seulement au solstice d'hiver, de sorte que sa valeur calorifique varie comme (151)* : (146)*, soit on nombre rond de 21 à 23.

Afin d'atteindre la couche limite la moins dense possible, on serait donc conduit à tenter au solstice d'hiver des ascensions de ballons-sondes dans l'hémisphère austral. Cette condition n'a rien qui paraisse difficile à remplir puisqu'il y a main» tenant dans cette partie du globe des Etats, comme la République Argentine, possédant de grands observatoires, et des plaines immenses se prêtant admirablement aux expériences de ballons-sondes.

Dans les limites des expériences exécutées par les ballons-sondes français, l'intervention de la chaleur solaire a déjà produit des effets assez considérables pour que cette circonstance ait été notée par MM. Hermite et Besançon, dans les expériences dont nous avons présenté le Tableau. Il n'est pas sans intérêt d'examiner ce que l'on peut raisonnablement attendre de cette ressource.

Supposons, ce qui n'a rien d'exagéré, que la (liflërence de température entre l'air ambiant et le gaz des ballons ait été de 60^0. à la cote de lOS*»" de mercure, et que le ballon-sonde ait été gonflé avec du gaz d'éclairage à 770«'de force ascensionmille à 0** et à 760"™" au niveau de la mer. La force ascensionnelle du mètre cube de gaz sera de 111»' à cette altitude, mais le coefficient de dilatation du

TUÉORIB DE l'ascension D'UN B A L L O N - S O N D E. 73

gaz étant de 0,0036 par degré, les 60° G. l'allégeront dans le rapport de 1210 à 1000, la force ascensionnelle du gaz chaud serait donc devenue 135«'. Si le ballon était rempli d'hydrogène pur à 1 lOO»' de force ascensionnelle, et que l'aérostat fût parvenu à la pression de 4-, cet hydrogène pur n'aurait qu'une force ascensionnelle de IST^*" s'il n'avait pas subi l'influence de la dilatation solaire. Si l'ascension avait lieu pendant la nuit, il n'aurait qu'une force bien peu supérieure à celle du gaz d'éclairage chauffé par le soleil.

Il résulte de ces observations et de ces calculs que, pour atteindre c«^em paribiisune culmination maxima, il faut opérer en plein jour.

En effet, supposons que le soleil agisse sur le gaz hydrogène pur à la pression de j, il augmentera la force ascensionnelle dans le rapport de 1210 à 1000.

De 157 elle passera donc par le fait de réchauffement à 180. Si l'on suppose que le cube, la charge et l'étoffe soient combinés pour que la force ascensionnelle du gaz d'éclairage suffise pour amener l'aérostat à une aussi grande hauteur, la pression de 4 pourra être diminuée dans le rapport de

Tôr-f elle sera donc réduite à 7777777 =0,125.

L'altitude, qui était 18336 log7==13 473, devient 18350 (loglOOO — log 125) — 15805™. Le bal-

Ion aura donc monté du fait de l'insolation de 2332°", dans des régions où Pair est déjà excessivement rare et où le moindre surcroît d'altitude ne s'obtient que d'une façon très pénible.

Il semble donc utile d'accélérer l'effet de montgolfière et de l'augmenter en teignant le ballon en noir, ce qui augmente prodigieusement l'effet

thermique dans certaines circonstances. La constatation de ce fait intéressant a failli me coûter la vie lors d'une ascension que j'ai exécutée aux arènes de la rue Monge, dans les derniers temps de TEmpire. J'ai consacré à ce récit un Chapitre assez curieux du Siège de Paris vu à vol d'oiseau.

Supposons que l'on soit arriyé à mener, sans dilatation, le ballon à l'altitude 18 336" avec la pression = -j^^, et qu'à cette altitude on ait un excès thermique de 100° G., la pression de la couche limite pourra être réduite de ce fait dans le rapport

de 100° à 1360, elle deviendra donc ^, =: 0,07-

La hauteur atteinte sera

18 336 X (2— Iog7)=2i200.

L'altitude gagnée par la chaleur du soleil sera de plus de 3000'".

Ces considérations, que j'ai développées à différentes reprises dans plusieurs publications, ont frappé les officiers russes qui font partie du Co-

mité international; ils ont commandé à Paris un ballon-sonde de couleur noire (*).

Mais par compensation, pendant la nuit, on aura la température de l'air, sans autre erreur que celle provenant de la paresse des thermomètres, élément susceptible de déterminations précises, comme nous le verrons plus bas.

Les ascensions nocturnes dans lesquelles on se proposera surtout d'étudier exactement la température doivent être exécutées en été, principalement à cause du peu de longueur de la période d'obscurité, qui permet facilement au ballon de rester en Tair jusqu'au retour de la lumière. Dans ce genre de voyages aériens, on n'a naturellement pas besoin de garnii' l'aérostat d'un panier parasoleil, bénéfice qui n'est point à dédaigner. En effet, dans la zone où l'hydrogène est réduit au y*g de sa densité normale, il faut près de 12'"*^ pour supporter le poids de l''^!

Mais il y a une limite où l'on ne peut plus augmenter le volume d'un ballon-sonde sans augmenter le poids de l'enveloppe dans la môme proportion que la force ascensionnelle totale ! Alors

(*) L'aéronaute chargé de la construction s'est borné à donner à l'aérostat une teinte brune avec du noir d'aniline. Dans notre ascension de 1870 le ballon avait été teint en bleu de Prusse, que Thydrogène sulfuré contenu dans le gaz avait changé en sulfure de fer.

Fig. 21.

Stt!5!>y'V^«W>î^ ,

Appareil Gailletet pour la prise d'air dans les hautes

régions atmosphériques.

Coupe verticale.

A, réservoir vide d'air. — F, tube conjonctif. — E, robinet. — i\ mouvement d'horlogerie. — B, boîte en bois renfermant racétate de soude en fusion dans son eau de cristallisation.

on est arrivé aux colonnes d'Hercule de l'aéroslatioQ en hauteur-

Jusqu'ici les ballons-sondes français sont les seuls qui aient emporté des appareils à prise d'air [flg. 21). C'est ce qui rend fort intéressant le succès obtenu dans l'ascension du 18 février dernier.

C'est à l'aide du secteur S {fig, 21 bis] agissant

Kip. 21 bis.

sur le pignon b que le robinet E s'ouvre et se ferme après être resté ouvert pendant un certain temps. Ce temps est déterminé par la durée de la rotation du secteur engrenant sur le pignon.

La lumière du robinet, construit et rodé avec le

plus grand soin, n'est point perpendiculaire à l'ax e , de rotation, mais creusée obliquement dans le boisseau. Cette disposition, très efficace, est empruntée aux appareils destinés à renfermer un gaz liquéfié. Tout le mécanisme est placé dans une caisse contenant de l'acétate de soude fondu dans son eau de cristallisation. Ce procédé est employé afin d'empêcher la congélation des matières lubrifiantes. La boîte et son contenu deviendraient inutiles si l'on obtenait la lubrification avec des substances incongolables, ou mieux si l'on opérait à sec, ce qui paraît possible.

L'emploi de cet appareil exige une série de précautions. Le vide doit être aussi parfait que dans les tubes à lumière cathodique, afin d'éviter que le résidu d'air emporté de terre ne se mélange à Tair emprisonné dans la haute atmosphère, et dont le volume ramené à la surface du sol est toujours assez minime. Les 7*^* qui remplissaient le réservoir de l'appareil Gailletet n'en donnaient pas un seul dans le laboratoire de M. Mûntz.Ilfaut que tous les tubes aient été stérilisés et débarrassés des poussières si l'on veut procéder à l'analyse micrographique. Enfin il est indispensable que l'on s'assure que l'oxygène capté n'exerce aucune action soit sur la substance du réservoir, soit sur celle des matières qui s'y trouvent accidentellement placées. En elle-même l'analyse de

Tair est une opération très longue et très minutieuse, mais elle est susceptible d'être exécutée avec toute la précision désirable dans des laboratoires outillés comme celui de l'Institut agronomique, où Ton est parvenu à déterminer exactement la quantité d'argon. Mais il faut que, comme la femme de César, Fappareil à prise d*air ne puisse pas même être soupçonné, pour que les résultats soient admis. En effet, beaucoup de savants sont persuadés, a priori, que l'air ne peul offrir aucune différence de composition, à quelque hauteur qu'on le puise. Us attribuent aux courants aériens le pouvoir d'effectuer un parfait mélange.

D'après le vœu exprimé par M. Bouquet de la Grye, président du Comité de Paris, la vérification de la loi de Laplace aura lieu à l'aide de clichés photographiques pris avec des objectifs à long foyer dont l'axe sera rendu vertical h l'aide d'une suspension à la Cardan. M. Cailletet a été chargé de combiner un appareil de ce genre, avec M. Gaumont, directeur du Comptoir général de la Photographie.

Les appareils sont construits d'après le principe du cinématographe et des combinaisons nouvelles permettant de photographier également les instruments météorologiques.

Les vues que l'on rapportera ainsi des hautes régions donneront des renseignements très eu-

80 LES BALLOIfS-SONDES.

rieux sur la vue de la Terre ou la forme des nuages qui empêcheront de l'apercevoir.

On aura des images de notre globe, nous montrant réellement la manière dont les astronomes de Vénus doivent l'apercevoir s'ils possèdent des lunettes astronomiques d'un pouvoir suffisant. Ces clichés nous donneront une idée des déformations subies par les objets que nous apercevons nous-mêmes à la surface de la planète Mars. En effet, nous savons, par les recherches de M. Janssen, qu'il y a dans l'atmosphère de ce corps céleste de la vapeur d'eau et, par conséquent, des nuages plus ou moins analogues aux nôtres.

Quel que soit le résultat de la vérification des hauteurs barométriques, il n'empêchera pas la loi de Laplace d'être suf fisan te pour que les altitudes déterminées en l'employant puissent être combinées avec les indications du dromo graphe de M. Hermite.

L'instrument est disposé de telle manière que le déplacement nécessaire pour suivre la variation d'altitude produit un mouvement correspondant d'une plume à encre rouge enregistrant une courbe sur le cylindre chronographique. Le mouvement autour de l'axe nécessité par le changement d'azimut se communique à un train d'engrenage et fait progresser une plume à encre noire traçant ses indications sur le même cylindre (f'Hh 22).

Pig. 22. — Coupe verticale du <iromographo, appareil

pour enregistrer les observations géod£siques.

A, aie de l'apparpil. — B, mouvement d'horlogerie. — II, cyliadro

lie l'enregialrenieot. — x, style de renreBistremcnl 'les azimuts.

laoles. — I, axe de la lunette. — n, cliaine de commun i cal ion It pour ronregislroment des aziimits.

L'appareil mis en observation dans l'ascension fig. 23.

Résultats obtenus avec VAérophile dans l'ascension du 5 août 1896 en comparant les résultats de l'observation faite à l'usine de la Villette avec les diagrammes barométriques.

du 5 août 1896 a produit des résultats très suffi-

THÉORIE DE L'aSCENSION D'UN lî A L L X-S O X D E. 83

sants pour se rendre compte de la marche du ballon-sonde pendant tout le temps qu'il est resté visible (/îp. 23).

Tous les triangles rectangles ont pu être résolus graphiquement en employant la hauteur métrique tabulaire fournie par l'enregistreur de VAérophile. Si le dromographe avait été placé au sommet de la tour Eiffel, on aurait certainement pu observer le ballon-sonde jusqu'à la descente.

Nous allons montrer, par un exemple choisi dans l'histoire des ascensions du 14 novembre, un fait saillant, qui prouve combien il est intéressant de viser les ballons pendant le plus long temps possible, en se plaçant avec une bonne lunette sur un point aussi élevé que la dernière plate-forme de la tour Eiffel.

Notre fig. 24 représente deux courbes tracées par les enregistreurs des ballons allemands. La petite appartient au Cirrus, de M. Assmann, et la grande au Strassburg, de M. Hergesell.

L'inspection de la courbe de Berlin montre que le ballon n'a pas fait explosion, comme le bruit en avait couru. S'il n'est point resté un temps appréciable au sommet de sa trajectoire, c'est probablementparce que Tétoffe caoutchoutée n'était pas imperméable. Racornie et fissurée par le froid, elle ne tenait point l'hydrogène.

Le ballon de Strasbourg, dont l'imperméabilité

était sufflsanle, a plané pendant quelques instants; mais, avant d'arriver au sommet de sa trajectoire, il avait épreuve un accident. II est probable qu'il avait traversé un nuage qui llottait à 4000" ou 5000"' de la Terre, et qui avait une certaine épais-

Courbes barométrii|ue3<ies ballons-sondes allemaods

dans l'eipârience du 14 novembre 1896.

La grande courbe est celle du SIrassburg et U petite

celle du Cirrus de Berlin.

seur. C'est à cette mauvaise rencontre que l'on peut attribuer les trois ondulations qui se retrouvent dans la branche descendante aussi bien que dans la branche ascendante. Du reste, le thermomètre a donné à ce moment des résultats parfaitement inexplicables sans cette circonstance,

car la température s'est brusquement élevée de — 30'àO»(^S-25).

Pour être complètement flxé à cet égard, il faudi-ait avoir suivi le ballon pendant tout le temps de l'asceasioD, ce que l'on peut faire facilement quand le ciel est à peu près pur.

Fig. 35.

Si aucun choc extraordinaire ne s'est produit, on doit attribuer purement et simplement la présence de ce trait vertical à un arrêt de l'horloge. Le diagramme ne s'élaut pas déplacé pendant quelques minutes, les variations de la température se sont inscrites suivant la même ordonnée. Elles ont donc paru avoir lieu en un temps nul, c'est-à-dire instantanément.

C'est ce qui fait qu'il est prudent de joindre toujours aux enregistreurs des instruments simples,

donnant des indications restreintes, mais d une marche sûre comme les thermomètres à minima photographiques, dont MM. Hermite et Besançon

Fig. 26.

Thermomètre à minimum, épreuve négative. La partie du papier sensibilisé, protégée constamment par le mercure, reste en blanc. Dans le reste de l'échelle, les graduations marquées en noir sur le verre restent visibles.

ont fait usage dans leurs premières ascensions, ainsi que l'avons rapporté. Gomme on le voit par le

dessin ci-contre (fig.2è), le poids de ces appareils ingénieux étant pour ainsi dire nul, il n'y a aucune raison pour ne pas les employer dans chaque ascension internationale, concurremment avec les appareils enregistreurs que nous avons décrits et dont le poids est beaucoup plus considérable, quoi qu'ils soient tous fort légers.

En résumé, les opérations aérostaliques exécutées par MM. Hermite et Besançon depuis qu'ils opèrent avec de grands ballons sont au nombre de dix, dont nous avons résumé les principaux résultats dans un Tableau synoptique (p. 88-89) faisant suite à celui dans lequel les premières expériences ont été résumées.

Si la détermination de la température à l'ombre offre un intérêt croissant, ce n'est pas, à proprement parler, celle de l'air de plus en plus rare, c'est celle du milieu planétaire dont on s'approche de plus en plus que l'on s'efforce de deviner.

Dans ces hautes régions il y a un autre élément également capital et que l'on ne peut déterminer que d'une façon tout à fait imparfaite sans l'usage des ballons, c'est la constante solaire, c'està-dire la quantité de chaleur que produisent les rayons solaires sur un objet qu'ils frappent directement.

La solution de ce problème a été confiée à M. Violle, professeur de Physique au Conserva-

Tableau des expériences exécutées dans les