PHÉNOMÈNES GÉNÉRAUX DE LA PESANTEUR
S ï. ACTION DE LA PESANTEUR A LA SURFACE DE LA TERRE. PHÉNOMÈNES D*ÉQUILIBRE ET DE MOUVEMENT.
Une pierre, qu'on abandonne à elle-même d'une certaine hauteur dans Tatmosphère, se précipite et ne s'arrête dans son mouvement qu'après avoir touché le sol ; un corps de forme arrondie, une boule solide roule le long d*un plan incliné à Thorizon ; une masse liquide , comme celle d'un ruisseau ou d'un fleuve, coule sur la surface en pente qui lui sert de lit; la fumée, la vapeur d'eau s'élèvent dans l'air; tous ces phénomènes et bien d'autres que nous allons passer en revue, sont des manifestations variées d'une même force
qui paraît universellcineiit répandue dans la nature, la Pesanteur.
Tous les corps, sans exception, qui existent à la surface de notre planète, dans les profondeurs du sol et dans les couches gazeuses dont est formée son atmosphère^ sont pesants. C'est un fait d'expérience qui, pour les corps solides et les liquides, n'a besoin d'être démontré à personne, et nous aurons bientôt l'occasion de prouver qu'il se vérifie de même pour les gaz et les vapeurs.
Ce n'est pas seulement par des phénomènes de mouvement que se montre à nous l'action de la pesanteur; cette action s'exerce aussi d'une manière incessante sur les corps qui nous paraissent en repos et qui, en réalité, ne sont qu'en équilibre*. La pierre qui a touché le sol, et dont notre œil a pu suivre le mouvement pendant sa chute, continue à peser sur les corps qui désormais la soutiennent; et cette pression, qu'on peut rendre manifeste par la tension constante d'un ressort (fig. 1), devient sensible à nos organes par l'effort que la main est obligée de faire pour soutenir la pierre. Un livre, posé sur une table, reste immobile, mais presse sur son appui, qui lui-même presse sur le sol. Une masse de métal suspendue à l'extrémité inférieure d'un fil, d'une corde flexible, tend le fil ou la corde ; cette tension, qui persiste tant qu'on ne coupe pas le fil suspenseur, témoigne de l'action continue de la force sur le corps suspendu.
Ainsi, ne nous y trompons pas : l'immobilité n'est pas synonyme d'inaction, et nous pouvons assurer que, sur la Terre,
1. On ne connaît pas, dans l'univers, de corps qui soit dans un repos absolu.
Fig. 1. — Action de la pesanteur rendue manifeste par la tension d'un ressort.
aucun corps, aucune molécule matérielle solide, liquide ou gazeuse, n'est soustraite, en aucun instant de la durée, à l'action de la pesanteur.
L'astronomie nous enseigne que la Terre a la forme d'une boule à peu près sphérique, animée de deux mouvements d'ensemble, c'est-à-dire de d**ux mouvements auxquels participent à la fois toutes les portions de sa masse : Tun de rotation uniforme autoiu* d'un de ses diamètres, l'autre de translation, qui l'entraîne avec une vitesse variable le long d'une orfiite ayant le Soleil pour foyer. Mais ni l'un ni l'autre de ces mouvements n'affectent directement l'équilibre de ses diverses parties. Les masses solides qui constituent son écorce, le noyau probablement à l'état de fusion incandescente qui en forme l'intérieur, la partie liquide de sa surface ou les océans, l'enveloppe gazéiforme enfin qui entoure de toutes parts le sphéroïde, sont dans un état de stabilité relative, résultant des pressions mutuelles dues à la force de la pesanteur.
11 parait certain que la Terre tout entière a jadis été fluide, et que les diverses couches dont son intérieur est formé se sont rangées dans l'ordre même de leurs densités, c'est-à-dire les plus lourdes au centre, les plus légères à la surface, selon les conditions mêmes que l'expérience a démontré être nécessaires à la stabilité des liquides et à leur équilibre sous l'action de la pesanteur. Mais, pour ne parler que des parties accessibles à rob5er\aliun. ou voit que tel est précisément l'ordre de leur succession. A la base, la masse solide uu le sol; vient ensuite, sur les trois quarts de la surface, la partie liquide ou la mer ; puis au-Jessus des unes et des autres les substances gazeuses ou Vnir.
Ces diverses parties [lèsent les unes sur les autres.
Examinons le sol des continents ou des lies. Partout la forme de sou relief e^t telle que toutes ses parties se servent mutuellement d'appui. Dans les montagnes comme dans les plaines, la pesanteur agissant sur les dernières molécules a disposé les masses, de façon que l'équilibre ne soit pas, ou
du moins soit rarement rompu. Supprimez par la pensée Tactiou de la pesanteur, et les autres forces physiques, ne trouvant plus de résistance, bouleverseront les terrains, les rochers et les montagnes, et substitueront partout à Tordre qui provient de la stabilité des masses, le désordre et la confusion.
C'est pareillement la pression de la pesanteur que Thomme utilise pour édifier, à l'imitation de la nature , ses constructions les plus durables. La masse des matériaux, leur disposition verticale, ou mieux encore inclinée en talus, comme dans les pyramides d'Egypte, ont permis à quelques-uns des monuments construits par l'homme de défier l'action des éléments et des siècles. Nous aurons l'occasion de voir dans la seconde partie de cet ouvrage d'autres applications de la force de la pesanteur aux arts et à l'industrie.
La pesanteur maintient aussi les masses d'eau dans leurs lits naturels, les lacs et les mers dans leurs bassins, où ces masses resteraient en repos, si des forces extérieures ne venaient perpétuellement agiter leurs couches superficielles. Il arrive que, sous l'influence de causes irrégulières et d'origine terrestre, comme les tremblements de terre et les vents, auxquelles viennent se joindre les oscillations périodiques des marées, la mer soulevée à de grandes hauteurs sort parfois de ses limites. Mais bientôt elle se trouve ramenée à sou état habituel d'équilibre, soit par le propre poids de ses éléments, soit par les frottements qu'ils éprouvent, double cause de stabilité dont l'origine est également la pesanteur. Circonstance remarquable ! Laplace ayant cherché quelles sont les conditions nécessaires à la stabilité absolue de l'équilibre des mers, a prouvé qu'il suflisait que la densité des eaux de l'Océan fût moindre que celle de la Terre, condition qui est précisément réalisée dans la nature : plus légères, les eaux de la mer seraient dans un perpétuel état de mobilité ; plus lourdes, les écarts d'équilibre dus à des causes accidentelles pourraient ôtre considérables et occasionner sur les continents et les îles d'effroyables catastrophes.
Mais la continuité de l'action de la pesanteur n'a pas lieu seulement dans les masses qui composent le sol et les eaux ; les couches de lair y sont également soumises; sans cette pression qui les relient appuyées sur le sol, l'élasticité ou la force d'expansion t|ui est, nous le verrons bientôt, une propriété constitutive des gaz, se joindrait à la force centrifuge de la rotation de la Terre, pour dissiper l'atmosphère dans l'espace.
Tels sont, dans leur ensemble, les phénomènes dus à Taelion continue et latente, pour ainsi dire, de la pesanteur sur notre globe. C'est elle qui maintient partout l'équilibre, et qui le rétablit, quand il a été troublé par l'action des autres forces physiques.
Les phénomènes de mouvement dus à la même force ne forment pas un tableau moins intéressant ni moins grandiose.
L'inGltration des eaux dans le sol à diverses profondeurs est le produit de cette irrésistible tendance de tous les corps vers le centre de la Terre. Cette inGltratiou peu à peu désagrège les terrains et les roches, et, rompant l'équilibre, donne lieu aux éboulements ]ui dénudent les flancs des montagnes et des collines, et à la longue comblent les vallées. De tels phénomènes n'ont pas la pesanteur |>our unique origine, et nous verrons plus loin comment sou action se combine avec celles des autres forces physiques ou chimiques et notamment de la chaleur, [K)ur déterminer la pluf^art des mouvements dont la surface de notre globe et son atmos[»hère sont le perpétuel théâtre. Toujours est-il qu'à un moment donné, la gravité terrestre devient prépondérante.
Souvent le travail de désorganisation reste inaperçu jusqu*à Tînstant où éclate la catastrophe. Des masses de roches considérables, minées à leur base, tout à coup perdent leur équilibre, et glissent ou se précipitent, détruisant tout sur leur passage. Des montagnes entières ont ainsi recouvert de leurs débris des villages et des villes, et l'histoire a enregis-
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tré de nombreux exemples de ces terribles évéuemeuts. Au treizième siècle, le mont Grenier, dont le sommet domine encore les montagnes qui bordent au sud la vallée de Chambéry, s'écroula en partie, et ensevelit la petite ville de Saint- André et plusieurs villages : on montre encore les ahimes de Myans^ sous lesquels gisent les débris et tes victimes. En 1806, un éboulement non moins terrible précipita, des flancs du mont Ruflî dans la vallée de Goldau, une masse énorme de rochers qui ensevelirent complètement plusieurs villages et comblèrent une partie d'un petit lac voisin. Il serait superflu de montrer par des calculs quelle est la puissance destructive de semblables masses, précipitées par la pesanteur, d'une hauteur souvent prodigieuse, et dont la vitesse s'accélère avec la distance.
Les avalanches sont des phénomènes du môme ordre, d'ailleurs beaucoup plus fréquents que les éboulements de roches et de montagnes. Les masses de neige, accumulées sur le flâna incliné d'une montagne, ou sur le bord d'un précipice, glissent sous leur propre poids, puis se détachent et tombent, broyant tout dans leur chute. Souvent il suffit d'un faible choc, d'un coup de pistolet, d'un cri même pour déterminer la rupture de l'équilibre et provoquer le phénomène. Dans les ice-bergs, ou montagnes de glace des régions polaires, la pression des blocs les uns sur les autres donne lieu à des phénomènes analogues, où la force irrésistible de la pesanteur manifeste encore sa puissance. Les glaciers, ces fleuves de neige solidifiée, passée à l'état de glace compacte, descendent les pentes des montagnes sous la pression du poids des couches supérieures qui les forment : ce mouvement de progression lente est si énergique, que les roches latérales et sous-jacentes sont striées et polies par la masse cristalline et par les débris de pierres et de cailloux qu'elle entraîne*.
Dans les éruptions volcaniques, les forces explosives des
1 . Voyez les chapitres consacrés à la description des glaciers, dans le beau livre d'Elisée Reclus, La Tbrre.
gaz intérieurs projettent souvent dans Fatmosphùrc des cendres, des fragments de pierre et de véritables rochers. Mais, si ces masses semblent un moment soustraites à l'action de la gravité, la lutte des deux forces n'est pas de longue durée, et les projectiles obéissent à l'invincible loi de tous les corps terrestres, ('/est cette même loi qui détermine la chute de la grêle, de la pluie, de la neige, c'est-à-dire des particules de vapeur aqueuse que leur condensation a rendues plus lourdes que les couches où elles s'étaient élevées, sous les influences combinées de la chaleur et de la pesanteur même.
Voilà pour la chute proprement dite des corps dont l'équilibre s'est trouvé rompu par une cause quelconque. Mais il est, à la surface de notre planète, toute une série d'autres mouvements où la pesanteur joue le premier rôle, et dont la continuité produit une admirable circulation, sans laquelle la vie elle-même serait bientôt éteinte.
L'incessante évaporation des masses liquides donne lieu à la formation des nuages, et c'est la diff*érence de pesanteur de l'air et des molécules de vapeur dont ils sont formés qui cause leur mouvement ascensionnel. Les eaux des pluies, dues à la chute de ces mêmes masses liquéfiées et condensées, gagnent sous l'action de la gravité terrestre les lieux les plus bas, forment les ruisseaux, les rivières et les fleuves : suivant alors la pente naturelle du sol, les masses fluviales gagnent les bassins des mers, tantôt coulant avec une majestueuse lenteur, tantôt roulant avec plus de vitesse et de fracas sur un lit plus accidenté. Parfois, arrêtées par des obstacles naturels, les eaux s'épandent sous la forme de lacs; ou bien, arrivant au bord d'une paroi de rochers, elles se précipitent en cascades : telles sont les chutes du Rhin à Schaflbuse , du Niagara dans l'Amérique du Nord, et les cataractes du Zambeze, dans l'Afrique australe.
Les courants ne sont pas particuliers à la partie solide de la surface de la Terre : l'Océan est sillonné par de véritables fleuves dont les mouvements réguliers sont déterminés par la
pesanteur^ bien qu'ils aient pour origine les variations d'un autre agent physique, c'est-à-dire de la chaleur. C'est encore la pesanteur qui régit tous les mouvements de la masse gazeuse atmosphérique, en combinant sa puissance, qui jamais ne se repose, avec l'action des autres forces naturelles.
En résumé, il n'est pas un phénomène terrestre, où la pesanteur n'intervienne à tout instant, tantôt pour concourir à l'équilibre, tantôt pour engendrer le mouvement. Alors même qu'elle semble détruite ou contrebalancée, elle agit, perpétuellement présente partout où se trouve une molécule, en apparence invariable, autant dire d'après les notions que l'expérience nous a données de la matière , indestructible , éternelle.
S n. LA PESANTEUR DANS LES ESPACES CÉLESTES; GRAVITATION UNIVERSELLE.
Tous les phénomènes, dont nous venons d'esquisser un tableau d'ensemble, sont dus à l'action d'une même cause, ou d'une même force, puisqu'on est convenu de donner cette dernière dénomination à toute causé susceptible de produire le mouvement d'un corps, de modifier ce mouvement, ou encore de concourir à l'état d'équilibre.
Quelle est l'essence de cette force? C'est là un problème que la science ne cherche point à résoudre : elle se borne à en étudier les effets, à trouver la loi qui les régit, et nous allons voir qu'elle y est complètement parvenue. La direction de la pesanteur, c'est-à-dire la ligne suivant laquelle le corps pesant tend à se mouvoir et se meut en réalité, quand il n'éprouve pas de résistance, le point où la force est appliquée, et enfin son intensité, ou l'énergie avec laquelle elle sollicite chaque particule matérielle sont autant d'éléments très-exactement déterminés.
Occupons-nous d'abord de la direction de la pesanteur.
C'est de haut en bas, c'est-à-dire suivant la verticale du
