HAUTEUR ET FORME DE L'ATMOSPHERE

On a vu dans tout ee qui précède l'affirmation implicite d'un fait important, à savoir : que l'atmosphère est une enveloppe gazeuse propre à la terre, très probablement aussi aux autres planètes, ainsi qu'aux étoiles ou soleils, c'est-à-dire aux centres d'attraction, aux foyers de chaleur et de lumière des divers systèmes. Or cette affirmation peut sembler téméraire. On peut dire aux astronomes : « Vous confessez vos doutes sur l'existence des atmospbères planétaires (existence que vous tenez seulement pour très probable), et votre ignorance absolue sur leur nature et leur constitution; mais la chimie et la physique vous ont révélé la nature et la constitution de notre atmosphère. Vous reconnaissez qu'elle est composée de deux gaz incolores, invisibles, n'affectant aucun de nos sens. Ces gaz nous enveloppent tous tant que nous sommes; ils sont le milieu où nous vivons et mourons, où tous les êtres passés ont vécu et sont morts. Comment donc savez-vous qu'elle ne forme autour du globe terrestre qu'une couche d'une épaisseur limitée? Comment savez-vous si cet air n'est pas répandu dans tout l'univers, s'il ne remplit pas les espaces, s'il n'est pas un océan infini dans lequel nage l'infinie multitude des corps célestes? Et si l'air n'est point partout, qu'y a-t-il donc là où il n'est pas? Le vide, dites-vous, le néant, rien!... Terribles mots! Et qu'est-ce que le vide? qu'est-ce que le néant? L'esprit, comme la nature, en a horreur; il recule et se trouble devant cette sombre négation. » Ces objections n'ont rien d'embarrassant. Oui, l'astronomie et la physique, disons mieux, la science affirme que les atmosphères sont limitées à une faible distance autour de la surface solide ou liquide des corps célestes, et en particulier de la terre, et elle le prouve; car la science prouve tout ce qu'elle affirme. Elle le prouve d'abord par l'observation simple, directe, matérielle, si j'ose ainsi

dire, de tous ceux, savants et ignorants, qui ont gravi de hautes montagnes ou qui se sont élevés à l'aide d'aérostats jusqu'aux couches supérieures de l'atmosphère. Ils ont reconnu, à des signes qu'il ne leur était pas permis de révoquer en doute, qu'à mesure qu'on s'éloigne de terre l'air se raréfie; qu'à quelques kilomètres seulement il devient tellement rare, qu'on ne respire plus, qu'on éprouve un, intolérable malaise, qu'on sent et qu'on voit l'horreur de ce vide, de ce néant où la vie est impossible. La terrible catastrophe du Zénith, où Sivel et Crocé-Spinelli ont succombé, montre assez les dangers des explorations dans ces hautes régions. — « Mais, dira-t-on encore, ce n'est là qu'une présomption, l'effet de sensations dont rien ne nous autorise à tirer une conclusion absolue. Cela prouve qu'il y a plus d'air prés de la surface du globe qu'à une certaine hauteur; cela ne démontre pas que plus haut encore l'air manque totalement. » — Sans doule; et aussi la science ne se contente- t-elle point de cette preuve; elle en a d'autres tout à fait concluantes, tirées des propriétés mêmes de l'air, et qui ressortiront, je l'espère, avec évidence à l'examen que nous allons faire de ces propriétés 1 . Au surplus, je l'ai dit au début du chapitre premier, la science, en affirmant que l'atmosphère est limitée, bien que diverses raisons aient permis de regarder l'air comme indéfiniment diffusible, ne va pas jusqu'à prétendre qu'au delà l'espace est vide. Loin de là, elle incline à admettre, sous une forme et dans un sens différents, l'ancien axiome de l'école : Natura abhorret a viduo; à ne plus regarder comme une fiction poétique ou une rêverie philosophique cette substance indéfinissable que les philosophes grecs avaient nommé œther, et qu'ils plaçaient au-dessus de notre atmosplière». Mais c'est là un sujet sur lequel nous reviendrons un peu plus loin. Tenons-nous pour le moment dans des régions moins sublimes.

C'est par une concession aux habitudes du langage vulgaire que nous avons présenté d'abord la plupart des gaz, et notamment l'air atmosphérique, comme des substances impalpables, incolores, n'affectant point les sens , et dépourvues en apparence des attributs de la

1 Voir la suite du présent chapitre et les suivants.

2 J'ai cité plus haut ce passage d'Ovide :

Hcsc super imposuil liquidum, etc.

Lucrèce dit aussi :

Ideo per rara foraminz lerrsB l'artxbus erttmpens , primus se sustulït œther Ignifer, et multos tecum levis abstulil ignés.

« S'échappant par les rares fissures de la terre, l'éther enflammé s'éleva le premier, entraina-.t avec lui , grâce à sa légèreté , des quanlités de feux. »

matière. Nous avons démontré qu'en réalité ils participent aux plus essentiels de ces attributs, l'étendue et l'impénétrabilité, et que, comme tous les corps terrestres, ils sont soumis à l'action de la pesanteur, mais qu'ils doivent à la tendance constante de leurs molécules à s'écarter les unes des autres une fluidité, une expansibilité qui n'existent ni dans les solides ni dans les liquides. C'est en vertu de ces deux propriétés que l'air atmospbérique va se raréfiant à mesure qu'il s'éloigne de la terre. Cette raréfaction de l'air n créé de sérieux embarras aux physiciens qui ont entrepris de mesurer la hauteur de l'atmosphère, de déterminer la limite qui la sépare de ce qu'on est convenu d'appeler le vide.

« Pour connaître la hauteur à laquelle s'étend l'atmosphère , disent MM. Becquerel , il faudrait pouvoir calculer la densité de l'air à diverses hauteurs, abstraction faite des agitations accidentelles, et dans l'état moyen autour duquel oscillent ces perturbations... 11 faudrait encore, pour avoir une valeur exacte, tenir compte : 1° de la diminution de la pesanteur à mesure qu'on s'élève dans l'air, et en vertu de laquelle les particules sont moins attirées vers la terre; 2° de la variation de la force centrifuge suivant la latitude '. »

MM. Becquerel reconnaissent toutefois que ces deux variations se réduisent à peu de chose. Est -il donc possible d'arriver à une mesure approximative de la hauteur de l'atmosphère ?

« Cette hauteur, continuent les savants physiciens, est limitée, et même la valeur qu'on lui assigne est peu considérable. Si l'air n'avait pas d'élasticité, sa limite serait située aux points où la force centrifuge ferait équilibre à la pesanteur; mais comme cette condition n'existe pas, il est nécessaire que son élasticité soit équilibrée par une force quelconque; cette force est le poids des couches d'air qui sont supérieures à celles que l'on considère. Mais à mesure que l'on s'élève, l'air devient plus rare, et arrivé aux dernières couches, rien ne presse sur celles-ci; cependant, l'atmosphère étant limitée, comme le démontrent plusieurs phénomènes optiques dont nous parlerons, il est nécessaire que ces couches ne se perdent pas dans l'espace, et que, vu leur raréfaction et leur abaissement de température, leur état physique soit modifié de telle sorte que la force élastique soit nulle. »

Laplace a indiqué cette condition indispensable; Poisson l'a spécifiée en montrant que l'équilibre serait encore possible avec une densité limitée très considérable, pourvu que le fluide ne fût pas expansible ; enlin Biot, qui a résumé ces conditions (Astronomie physique), indique

1 Eléments de physique terrestre et de météorologie, en. îv.

très bien cet état des dernières couches atmosphériques non expansibles, en disant qu'elles doivent être comme un liquide non évaporable. L'atmosphère est donc limitée et son poids connu ; mais il n'en est pas de même de sa hauteur.

On a cependant calculé cette hauteur, en prenant pour base, soit la décroissance de la température, soit les phénomènes de réfraction lumineuse qui se produisent à l'aurore et au crépuscule. Mais on n'a pu arriver par ces divers procédés qu'à des résultats approximatifs, qui présentent entre eux de notables différences. La discussion des observations barométriques faites par Humboldt et M. Boussingault sur le €himboraço et l'Antisana a conduit Biot à une élévation de 20,679 mètres pour la hauteur de l'atmosphère au-dessus de l'océan Pacifique. Mais d'autre part le même physicien, prenant pour base de ses calculs l'accélération de la décroissance des températures, constatée par Gay- Lussac, jusqu'à une hauteur de près de 7,000 mètres, dans une ascension aérostatique justement célèbre, a trouvé un second chiffre qui s'écarte du premier de plus de 2,000 mètres : soit 23,000 mètres. Il ajoute que, si l'on veut, d'après la même loi d'abaissement progressif des températures , pousser jusqu'au bout les conséquences des observations de Gay-Lussac, on en déduit une limite de hauteur que l'atmosphère ne peut pas dépasser. Cette limite, où la pression serait nulle, assi CT nc à l'atmosphère une hauteur maxima de 47,347 mètres, avec une densité finale excessivement faible. D'autres savants sont arrivés, par des calculs non moins irréprochables que les précédents, mais basés sur d'autres lois plus ou moins hypothétiques, à des chiffres de 70,000 et de 72,000 mètres. Mairan allait jusqu'à 200 lieues, c'està-dire à près de 1 million de mètres. MM. Becquerel s'en tiennent aux évaluations les plus modérées. Ils pensent qu'en tout cas la hauteur de l'atmosphère n'est pas inférieure à 10 lieues; que, selon toute probabilité, elle est d'environ 16 lieues. « Cependant, ajoutent-ils, il peut se faire que des particules d'air très rares s'étendent au delà. Quoi qu'il en soit, on peut, selon eux, admettre par approximation, quant à présent, que la hauteur de l'atmosphère est à peu près -fa du rayon terrestre. Ainsi, en représentant par le nombre proportionnel 80 le rayon terrestre, qui a 1,500 lieues, l'épaisseur de la croûte solide et celle de l'atmosphère peuvent être représentées toutes deux par 1. »

A peine est-il besoin de faire remarquer que l'air n'existe pas seulement à la surface de la terre, mais qu'en vertu de son poids, et grâce à sa fluidité et à sa divisibilité, il pénètre partout où un accès lui est ouvert : dans les pores des corps solides et jusque entre les molécules ■des liquides. On le retrouve dans les tissus organiques, dans les eaux

douces et salées; le sable, la terre, les pierres même, pour peu qu'elles soient poreuses , en sont imprégnés. On est allé jusqu'à supposer que l'atmosphère extérieure n'était qu'une partie de la masse d'air condensé existant, depuis l'origine des choses, à l'intérieur du globe. Lucrèce croyait que l'air et les autres corps fluides s'étaient échappés primitivement à travers les interstices des éléments solides, comme l'eau est exprimée d'une éponge :

Quippe etenim primum terrai corpora quœque, Propterea quod erant gravia et pcrplexa, coibant. In medio, atque imas, capiebant omnia sedes : Quœ , quanta magis inter se pcrplexa coibant, Tarn magis cxpressere ea, quœ mare , sidéra, solem, Lunamquc cfficerent, et magni mœnia mundi '.

L'opinion beaucoup plus moderne dont nous parlons se rapproche , comme on le voit, de celle du poète philosophe , et elle n'est pas plus soutenable. Car, comme le font observer MM. Becquerel, l'élévation de la température due au foyer central s'oppose à la condensation des gaz, et doit limiter la présence de l'air aux couches peu profondes.

Si la hauteur de l'atmosphère est incertaine, on sait du moins dans quelle mesure cette hauteur varie sur les différents points du globe. Les observations barométriques répétées maintes fois, à des hauteurs diverses, dans tous les pays, et la connaissance des forces auxquelles obéit l'atmosphère, permettent de déterminer très exactement sa forme. Cette forme, ainsi que celle de la terre sur laquelle elle se moule, serait parfaitement sphérique, si notre planète était immobile ou animée seulement d'un mouvement de translation dans l'espace. Mais la rotation de la terre sur elle-même développe une force centrifuge qui , comme chacun sait, acquiert à l'équateur son maximum d'intensité, et va en diminuant jusqu'aux deux extrémités de l'axe, où elle cesse tout à fait. De là le renflement originel de la terre dans sa partie médiane et son aplatissement aux pôles. On conçoit aisément que cette sorte de déformation de la masse solide se fasse sentir bien plus en-

1 « En effet, les premiers corps de la terre étaient pesants et lourds, se portaient vers le centre et tendaient à gagner le fond; et plus ils s'amassaient ainsi, plus ils se pressaient les uns contre les aulres, plus ils laissaient échapper les principes qui devaient former la mer, les astres, le soleil, la lune, et les remparls de l'immense univers. »

On voit par ce passage , et par d'autres du même poème , que Lucrèce considérait les astres comme formés par la substance ignée et subtile qui, dansl'univers tel que les anciens le concevaient, occupait les plus hautes régionsde l'atmosphère.

core sur la masse fluide et mobile qui l'enveloppe; d'autant qu'à l'action de la force centrifuge s'ajoutent, entre les tropiques, la chaleur qui dilate considérablement l'air, et, vers les pôles, le froid qui le condense; en sorte que le sphéroïde atmosphérique est plus aplati que le sphéroïde terrestre lui-même. D'après les calculs de Laplace, l'axe polaire et l'axe équatorial de l'atmosphère seraient entre eux dans le rapport de deux à trois.

Après avoir considéré l'étendue, la hauteur et la forme de l'atmosphère, il nous reste, pour terminer cette étude de ses caractères physiques, à parler de sa couleur et de la pression qu'elle exerce sur les corps placés à la surface de la terre. Mais la couleur n'étant qu'un effet de la réflexion ou de l'absorption des divers rayons lumineux, c'est au chapitre où nous traiterons de l'action de l'air sur la lumière qu'il convient de renvoyer cette question. Quant au poids de l'air et à sa pression, c'est un sujet assez important et qui demande assez d'attention pour qu'avant de l'aborder nous prenions un instant de repos : — le temps de passer au chapitre suivant.