tonnes

Si nous voulons donner de ce nombre une image concrète, nous chercherons le volume de cuivre qui aurait le même poids. Nous trouvons ainsi que le poids total de l'atmosphère est égal à celui de 585.378 cubes massifs de cuivre rouge, de densité égale à 9, et ayant chacun un kilomètre de côté.

La pression de l'atmosphère, sur un centimètre carré est donc égale, en moyenne, à 1V,033 : elle est, en chiffres ronds, de l'ordre de grandeur du kilogramme. Ce n'est pas beaucoup tant qu'on se borne à considérer son action sur un centimètre carré, mais dès que la surface pressée augmente d'étendue, la pression supportée devient considérable.

Le corps humain, en particulier, immergé dans l'atmosphère, en supporte donc la pression à raison de plus d'un kilogramme par centimètre carré. Comme la surface totale de notre corps est, en moyenne, de l'°*,3/4, ou 17.500 centimètres carrés, on voit que chacun de nous supporte extérieurement une pression de 17.500 kilogrammes. « Voilà, comrae disait malicieusement ilaUy, de quel poids étaient chargés les anciens philosophes qui niaieat sérieusement la pesanteur de l'air ».

o: ■,„.,^ „„ sommes pas écrasés par un poids aussi , c'est que l'air et les gaz qui remplissent

LA I>RESSION DE l'aTHOSPHÉHE 173

les cavités du corps humaio, et qui sont sensiblement à ia presssion atmosphérique, équilibrent cette dernière. C'est pour la même raison qu'une table n'est pas brisée par la formidable pression que l'atmosphère exerce sur elle, parce que cette même pression s'exerce par-dessous, et que les deux actions se contre- balancent l'une l'autre.

Ce n'est pas ici le lieu de décrire par le menu les expériences classiques que l'on fait dans les cours de physique pour mettre en évidence l'importance de la pression atmosphérique : il me suffira de citer les crève-vessie, les hémisphères de Magdebourg, par exemple, pour rappeler au lecteur ces expériences et les appareils qui servent à les réaliser. Mais les applications de la pression atmosphérique se font souvent sur une échelle plus grande, et, en particuher, toutes les machines à vapeur à simple effet, qui furent employées au début du xix" siècle, utilisaient la pression exercée par l'atmosphère sur la grande surface (l'un piston à large section sous lequel la vapeur était condensée, pour le faire redescendre au bas de sa course avant de le soulever de nouveau par l'effet de la force élastique de la vapeur.

Les effets de la pression atmosphérique peuvent se manifester d'une manière désastreuse pour les habitations lorsque, au passage de certains météores comme les trombes, ia pression diminue brusquement de valeur. L'air intérieur des habitations est, en règle générale, toujours à la même pression que l'air extérieur : c'est même pour cela que l'on peut, sans crainte de leur voir donner des indications erronées, installer à l'intérieur des appartements les baromètres destinés à nous faire connaître à. chaque instant la valeur de la pression de l'atmosphère. Il y a donc, en temps normal, équilibre entre la pression pression intérieure de l'habitation.

ibe arrive au-dessus de

174 LES PBOBLÉKES DE L'ATMOSPHÈHE

cette trombe est caractérisée par une baisse itutantanée du baromètre, baisse qui peut atteindre plusieurs centimètres, et qui, je le répète, est caractérisée par son arrivée subite. Supposons que cette baisse soit de 7,6 centimètres de mercure, soit un dixième de la pression atmosphérique. La pression intérieure est toujours de 76 centimètres, et n'a pas le temps de se. mettre, par les fissures des portes et des fenêtres, en équilibre avec cette dépression qui arrive si instantanément. II y aura donc, de l'intérieur vers l'extérieur, un excès de pression de 100 grammes par centimètre carré. Cela fait 100x10.000 grammes ou 1.000 kilogrammes par mètre carré. Dans ces conditions, les vitres et les toitures éclatent vers l'extérieur : c'est la caractéristique des dég&ts causés par les trombes qui ont comme spécialité de soulever les toitures : on comprend pourquoi. C'est pour le même motif que les pavés sont parfois arrachés de ne trombe.

u pression atmosphérique », la eut sufllsante, de sa valeur les physiciens et les iagénieurs lité industrielle, les pressions à. vapeur, dans les récipients areils où l'on comprime des été mesurées en atmosphères.

létriques ont été, au début, t quand un de ces instruments de 7 atmosphères 1/2, cela vousion était équilibrable par une une hauteur égale à 7 fois 1/2

ms intransigeants du système redire à cette unité de preslient pas assez « décimale ».

r prévalu, tout au moins dans

LA PRESSION DE L'ATHOSPHÈnE 175

les essais industriels, et les épreuves de garantie de la résistance des chaudières mesurent aujourd'hui les pressions en kilogrammes par centimètre carré. Ponr los pressions faibles, cela ne change pas beaucoup, la colonne de 76 centimètres de mercure représentant la pression, un peu plus forte de 1",033, soit un excès de 1/30' seulement.

Mais une nouvelle crise est survenue lors de l'apparition du système d'unités désigné sous le nom de système C. G. S. Dans ce système, le gramme est ■ pris, non comme unité de force, mais comme unité de masie. Le rapport du poids, qui est une force, & la masse étant égal à l'accélération de la pesanteur, soit environ 981 centigrammes à Paris, il en résulte que l'unité de force sera 981 fois plus faible que la force représentée par le poida d'un masse d'un gramme, à Paris. Cette unité a reçu le nom de dyne.

Dès lors, on a cherché une unité C. G. S. de pression, et, cette fois-ci, l'entorse donnée aux résultats de l'observation a été moins grave que pour l'unité industrielle. La dyne ayant le défaut d'être trop petite pour qu'on put prendre comme unité de pression une dyne par centimètre carré, on a choisi un de ses multiples, le mpgadyne, soit 10" unités C. G. S. L'atmosphère C. G. S. est donc la pression d'une mégadyne par centimètre carré. La pression ordinaire de 76 centimètres serait mesurée en dynes par le nombre 1,0136 X 10^ ou encore la pression d'un mégadyne par centimètre carré équi- ^udrait à celle d'une colonne de mercure de 74"" ,978, c'est-à-dire, très sensiblement 75 centimètres. En adoptant cette nouvelle «atmosphère C. G. S.» à laquelle on avait proposé de donner le nom de barie auquel tend à se substituer le nom plus bref mais un peu ridicule de bar (substantif masculin), on ne ue de 1/76' la valeur de l'atmosphère

J -ir-TT

176 LES PROBLÈMES DE l'aTMOSP.HÈRE

anciennement usitée, et on reste dans la règle des unités internationales.

Seulement, les météorologistes « modem style », ceux qui ont Tardeur des néophytes, veulent aller plus loin; on ne devra plus, désormais, mesurer la pression atmosphérique en centimètres ou en millimètres de mercure, ce qui avait l'avantage d'être simple, clair et facile à réaliser: il faudra graduer nos instruments en « centibars » et en « millibars » pour satisfaire à leurs ambitions. De cette façon les mesures barométriques seront moins bien comprises du vulgaire qui, dès lors, admirera peut-être davantage ceux qui se servent d'unités qui, pour lui, sont choses de science hermétique. Je crois que pendant longtemps encore, nos baromètres resteront divisés en millimètres de mercure : cela n'empêche nullement d'adopter comme unité de pression la barie (ou le bar), qui, en somme est une unité à la fois rationnelle, décimale et pratique, et qui équivaut à la pression de 75 cent, de mercure. Nous reviendrons sur ce sujet au cours de ce chapitre.

Du moment que la pression atmosphérique résulte du poids de l'air qui repose sur la croûte terrestre, comme cet air, en sa qualité de corps gazeux, obéit aux lois de Mariotte et de Gay-Lussac, on peut s'attendre à ce que la pression qu'excerce le poids de ses couches successive aille en décroissant à mesure qu'on s'élève au milieu de ces couches et qu'on en laisse un plus grand nombre au-dessous de soi. C'est ce que l'expérience, faite à l'aide du baromètre, vérifie complètement, et, comme nous l'avons dit au début de ce livre, c'est ainsi que fut définitivement établie l'existence de la pression atmosphérique dans les célèbres expériences de Biaise Pascal, à la Tour Saint-Jacques et au Puy de Dôme.

La loi de la décroissance de la pression avec l'alti-

LA PRESSION DE l'aTMOSPHÈRE 177

tude est une loi qui, théoriquement, est simple, et qui, dans la pratique, est fort complexe, comme toutes les lois quantitatives qui intéressent Tatmosphère.

Si Tair conservait partout la même densité, s'il était incompressible, rien ne serait plus simple : la décroissance de la pression serait proportionnelle à la hauteur dont on se serait élevé. On peut, sans grande erreur, admettre qu'il en est ainsi dans les couches basses de l'atmosphère; on pourra donc, pourvu qu'on ne dépasse pas Taltitude de 200 mètres, tenir pour suffisamment exact que le baromètre baisse de 9°'",45 chaque fois qu'on s'élève de 10 mètres.

Mais, dès qu'on dépasse 200 mètres d'élévation, une cause de non-proportionnalité intervient, du fait que chaque couche est comprimée par le poids de celles qui la surmontent et échappe à l'action compressive de celles qui sont au-dessous d'elle. L'analyse de ce fait se traduit par l'énoncé que voici : Quand on s'élève dans l'atmosphère, les pressions décroissent en progression géométrique quand les hauteurs croissent en progression arithmétique. La loi de la décroissance est donc une loi exponentielle, par suite assez simple.

Cela serait, en effet, très simple si l'atmosphère était toujours à la température zéro, et si la pression atmosphérique^ au niveau de la mer, avait toujours sa valeur moyenne de 760 ™/m. Mais, la température varie sans cesse dans l'air : elle varie même, s'il n'y avait pas d'autre raison, précisément du fait de l'altitude. De plus, comme nous le verrons dans un autre chapitre, les masses gazeuses de l'atmosphère, au moins dans toute l'étendue de la troposphère, ne sont jamais en repos et ces mouvements sont l'effet ou la cause des différences de pression. En outre Tatmosphère subit, du fait de la plus ou moins grande abondance de la vapeur d'eau, des variations de densité.

178 LES PROBLÈMES DE L'ATUOSniËRE

On voit donc combien sont complexes les données du problème qui consiste à trouver la loi, quantitativement exacte, suivant laquelle décroissent les pressions quand augmentent les hauteurs auxquelles on s'élève : il faut en effet tenir compte des pressions à la station inférieure et à la station supérieure, des températures et des valeurs de l'humidité relative que l'on y observe. Ce n'est pas tout : le baromètre mesurant la pression par le poids d'une colonne de mercure, la densité du métal liquide dont cette. colonne est constituée est affectée par les variations de la température; et par les fluctuations que subit la gravité, aussi bien quand on s'éloigne du centre attractif du globe en s'élevant dans l'atmosphère que quand, en se déplaçant à la surface de la sphère terrestre, on passe dans des régions où l'intensité de la pesanteur a des valeurs différentes.

Laplace a eu ce grand mérite de résoudre le premier la question, et d'une façon tellement complète que sauf quelques modifications portant sur des coeffi-. cients qui ont, depuis ses travaux, été déterminés avec plus de précision, sa formule que l'on appelle formule de Laplace est encore aujourd'hui la seule qui puisse être employée quand on désire déduire avec précision de l'observation du baromètre la hauteur à laquelle on s'élève, soit sur une montagne, soit en aérostat ou en aéroplane.

Cette formule, très complexe, est donnée chaque année dans l'Annuaire du Bureau des Longitudes où se trouvent également des tables calculées d'avance pour en faciliter l'application. Elle est assez exacte pour que la hauteur qu'elle fournit ainsi pour les montagnes coïncident à deux ou trois mètres près, avec celles qu'on détermine par des opérations trigonométriques. Elle exprime donc bien la loi de décroissance des pressions avec la hauteur. Toutefois, les principes mêmes de la précision expérimentale ne

LA PRESSION DE l'aTMOSPHÈBE 179

permettent d'en accepter les résultats que dans la limite où elle donne des résultats identiques k ceux des mesures directes faites sur des montagnes : c'est donc jusqu'à 5.000 ou 6.000 mètres au plus qu'on peut l'admettre comme rigoureusement exacte. Pour des altitudes supérieures, comme celles qu'altet^ent aujourd'hui les ballons-sondes, elle donne une probabilité très grande mais non une certitude absolue.

Le problème de la mesure des hauteurs par l'observation de la pression barométrique prend, à l'époque actuelle, une importance de plus en plus grande, du ïait de la conquête de l'atmosphère par l'aérostat et par l'aéroplane. Il est essentiel, pour suivre les progrès de cette conquête, de suivre avec précision les hauteurs, de plus en plus grandes, des h records » chaque jour plus intéressants, battus par les navigateurs de l'air : il faut, pour cela, pouvoir en anthentiller rigoureusement les résultats et calculer aussi exactement que possible les altitudes atteintes par les navires aériens.

Les aéronautes emportent, à cet effet, des baromètres enregistreurs, dans lesquels la boîte plaie et vide d'air d'un baromètre anéroïde actionne une aiguille munie d'une plume qui trace sur un cylindre, tournant d'une façon isochrone, la courbe des pressions aux divers moments de l'ascension, on a ainsi ' un témoignage écrit de la pression minimum mesurée et, par suite, de la hauteur maximum atteinte par l'appareil.

Mais ces « barographes h, d'une remarquable perfection pour lés besoins ordinaires de la météorologie, présentent, quand on les applique à la mesure des un défaut inhérent au principe du ne : leur sensibilité décroit en proique avec la hauteur, c'est-à-dire aoment où elle devrait être plus

180 LES PROBLÈMES DE l'aTUOSPHËRE

grande, pour mesurer les petits gains des altitudeB qui constituent les records. La courbe de la figure 24 montre nettement ia loi de cette décroissance : on voit que, dès qu'on atteint des altitudes supérieures à 4.000 ou 5.000 mètres, la décroissance de la hauteur barométrique, pour une même élévation, devient de plus en plus petite. Si on calcule cette diminution pour chaque hectomètre d'élévation, on voit que,

entre et 200 mètres, par exemple, le baromètre baisse en moyenne de 9"°,4 par hectomètre; mais, entre 4.000 et 5.000 mètres, cette baisse n'est plus que de 5 centimètres, soit la moitié de la précédente. Cela se comprend de suite, si l'on réfléchit que raille mètres d'air à l'altitude de 5.000 mètres, supportanl en moins le poids des 5.000 mètres d"air qui sont au-dessous d'eux, sont moins comprimés et par suite mohis pesants que les mille mètres d'air qui, en contact avec le sol, supportent le poids de toutes les couches accumulées au-dessus d'eux. Aux grandes

TTT

LA PRESSION DE l'aTMOSPHÈRE 181

altitudes, l'écart est encore plus grand : ainsi, quand on monte de à 10.000 mètres, le baromètre baisse de 543 millimètres; mais si Ton fait cette ascension de 10.000 mètres, non plus à partir du sol, mais à partir de la « cote » 20.000 mètres, et qu'on monte de 20.000 à 30.000 mètres, le baromètre, au lieu de baisser de 543 millimètres, comme dans les premiers 10.000 mètres, ne baisse plus que de 44 millimètres. Alors que, dans les dix mille mètres qui se trouvent immédiatement au-dessus du sol, nous avions, pour les mesurer, une marche totale de 543 millimètres, soit, en moyenne, 54 millimètres par mille mètres d'ascension, nous ne disposons plus, pour mesurer notre route verticale entre 20 et 30.000 mètres, que d une marche de 44 millimètres, soit 4 millimètres, en moyenne, pour mille mètres d'élévation. On voit donc que la sensibilité, et par suite la précision de la mesure, est devenue plus de dix fois plus faible. Quant aux grandes altitudes, celles de plus de 60.000 mètres, par exemple, si jamais un ballon-sonde les peut atteindre, elles seront déterminées avec plus d'incertitude encore, car entre 30.000 mètres et 60.000 mètres, le baromètre ne baisse que de 17 millimètres, ce qui représente à peirte une sensibilité, bien faible, d'un demi-millimètre pour mille mètres d'élévation.

Dans ces conditions, la mesure de l'altitude devient incertaine : la moindre imperfection instrumentale suffit à rendre impossible l'acceptation du nombre indiqué par l'instrument, et l'épaisseur du trait qui constitue la courbe des hauteurs inscrite automatiquement par les ba^rographes est de l'ordre de grandeur des différences de hauteur à mesurer.

11 y a cependant un moyen d'avoir, pour mesurer les hauteurs, lin instrument de sensibilité constante. Je crois en avoir trouvé le principe, et je l'ai indiqué dans un travail que M. Deslandres, le savant directeur

IG

Tf--^^j-r\rr

182 LES PROBLEMES M l'aTSMW^PHÈRE

de l^Observatoire de Meudon, a présenté >à T Académie des Sciences en décembre 1908 : ce principe est ceLm au gravimèire.

Considérons, en effet, «n corps suspendu à un d}Tiamomètre sensible et précis, dont on puisse lire ou enregistrer à chaque instant l'indication : le dynamomètre indique, à un moment donné, le poids du corps à Fendroit où il se trouve, c'est-à-dire l'attraction que la terre exetrce sur lui. Mais cette attraction varie en raison inverse du carré de la distance ; si l'on fait le calcul de la diminution relative de cette attraction avec la hauteur, on trouve que cette diminution s'exprime par une formule simple, et qu'elle est proportionnelle à l'altitude atteinte, dans les limites où l'on peut négliger le carré du rapport de cette altitude au rayon de la Terre : jusqu'à 60.000 mètres, il en est ainsi, car à cette hauteur-là, le rapport de l'altitude au rayon terrestre est 1/100% et son carré est un dix-millième^ quantité qu'on peut négliger dans des mesures de cette sorte. A 10.000 mètres, la proportionnalité est exacte à moins de 1/300.000*. On a donc là le principe d'un appareil altimétrique de sensibilité constante. Pour donner une idée de l'ordre de grandeur des indications qu'il pourra fournir, je rappellerai que, de la base au pied de la Tour Eiffel, dont la hauteur est de 300 mètres, le poids d'un corps subit une diminution apparente de 1/10.000*. Cela donne, proportionnellement, 1/I.000^pour3.000mètres et 1/100*^ pour 30.000 mètres. On voit donc que la détermination gravimétrique des hauteurs, par un appareil de sensibilité constante, n'est pas impossible.

A 60.000 mètres de hauteur, la pression théorique ne doit plus être que 0™°',41, c'est-à-dire qu'elle est inférieure à un demi-millimètre. A cette altitude de 60 kilomètres, l'air est donc aussi raréfié qu'il l'est, dans un laboratoire, sous la cloche des machines

LA PRESSIOK HE l'atHOSPHÈRE 183

pneumatiques, quand celles-ci ont réalisé leur maximum de vide. C'est, comme nous l'avons vu, à une altitude de 75 à SO kilomètres que commence, d'après tes vues nouvelles des physiciens, la région de digcontinuilé dans la constitution de Tatmosphère; à cette hauteur, la pression totale de l'air qui s'y trouve n'est pas d'un quart de millimètre, et 50 % de cet air sont constitués par de l'hydrogène, A ftO kilomètres, on aurait, dans la dose in Uni tés i maie d'air que comporte cette altitude, 70 "/o d'hydrogène, et à 100 kilomètres, 99 1/2 "/<■ d'hydrogène, 4/10 "/„ d'hélium et 1/10 "/o d'azote : l'oxygène, à cette hauteur, doit faire complètement défaut. Les gaz » rares », comme l'argon, le néon, le krlpton, le xénon, étant donnée la valeur numérique élevée de leur poids atomique, ne peuvent plus exister qu'à l'état de traces infmitésimales à partir de l'altitude de 20 kilomètres, et disparaissent complètement à partir de 50 kilomètres.

Ces résultats, relatifs à la composition de l'air aux hautes altitudes, sont déduits de la théorie : nous avons déjà eu l'occasion de les mentionner au chapitre 11 ; mais il est utile d'insister sur l'intérêt puissant qu'il y aurait à les vérifier par l'expérience. Un ballon-sonde a déjà atteint l'altitude de ^7.000 mètres : serait-il donc impossible à un appareil semblable, sinon d'arriver à 100 kilomètres, du moins d'atteindre cette mystérieuse région de la haute atmosphère, région où commence « la tin de l'azote », et qui marque la limite supérieure de ce que j'ai appelé « l'atmosphère effective >■? Autrement dit, ne peut-on pas espérer avoir de l'air recueilli automatiquement à 70 on 80 kilomètres de hauteur? Alors seulement nous anrons des idées, basées sur des faits, relativement à la constitution gazeuse de ces régions élevées, et nous pourrons essayer des explications au sujet des phénomènes dont ces zones paraissent être le siège.

J'ai traduit en courbes {fig, 24) les résultats de la

184 LES PROBLÈUES DE l'atMOSPHÈRE

théorie relativement à la proportion, en centièmes, de l'hydrogène et de l'azote, aux différenles altitudes de l'atmosphère: l'azote passe par un maximum entre la hauteur de 20 à 30 kilomètres, et sa proportion

■ft

.fU^t*ti^m

nosphëriquF aui diirérenles alliludes.

■ jusqu'à la valeur zéro pour l'altitude s, à laquelle la proportion d'hydroraire, presque de 100 pour 100. Si accroissement de l'un et la dimÎDUle ces gaz soient continus, on voit rbes se doivent rencontrer. Or, c'est tant qui découle de l'examen de U

LA PRESSION DE L'ATUOStaÈltE 1S5

figure : le point d'intersection M des deux courbes, c'est-à-dire le point qui marque la hauteur k partir de laquelle le peu d'air qui reste est plus riche en hydrogène qu'en azote, se trouve précisément sur l'ordonnée qui correspond à cette altitude de 80 kilomètres, dont les phénomènes optiques et les phénomènes de réflexion sonores nous ont signalé les propriétés particulières!

Ainsi, voilà, dans l'atmosphère, une région que des phénomènes observés, d'une part, que des considérations théoriques, d'autre part, nous signalent comme singulière : sans doute, avons-nous dit, cette région marque-t-elle la Qn de notre « atmosphère efTective ». Son étude est donc du plus haut intérêt ; elle constitue un M problème » au premier chef, et ce ne sera pas trop de toutes les ressources de l'optique, de l'acoustique, du magnétisme et de l'électricité pour eu aborder la solution.

Mais, peut-être, serons-nous alors récompensés de nos peines par les lumières nouvelles que cette solution jettera sur bien des questions, actuellem.ent encore bien obcures. Et nous pourrons nous demander ce qui se passe au delà de notre atmosphère effective, dans les couches où il n'y a plus que de l'hydrogène et de l'hélium, et qui vont, par une décroissance du peu de molécules gazeuses qu'elles renferment, se raccorder avec le vide de l'Espace infini.

Nous avons dit, au commencement de ce chapitre, que les méléorogistes modernes proposaient, après avoir adopté comme unité de pression le bar ou atmosphère G, G. S. (749,78 millimètres de mercure), de ne plus employer les millimètres de mercure pour mesurer la pression, mais bien d'exprimer celle-ci en fractions décimales du bar : dëcibars, centibars, et millibars. Nous avons dit quelles difficultés présenterait l'adoption d'une telle proposition au point

186 LES PBOBLÈMES DE l' ATMOSPHÈRE

de Tue des usages Gonrants de la vie pratique, poor lesquels, a. précisémeot, été adopté le système des mesures métriques usuelles.

Il est juste d'ajouterque dans l'esprit du professeur Bjerimes, de Christiania, qui a pris l'initiative de cette proposition, c*est en vue des travaux des savants et des Instituts spéciaux qu'elle est faite. Or les publications de ces Instituts sont destinées aux spécialistes et non pas au grand public, et il y atout intérêt i leur fournir directement les données de pression sous ia forme la plus commode pour les calculs de dynamique atmosphérique, c'est-à-dire en unités C. G. S., ou en multiples ou sous-multiples de celles-ci; de cette façon, on n'introduit dans les calculs aucun coefficient parasite, à condition que toutes les quantités, autres que la pression, qui interviennent dans les calculs, soient elles-mêmes exprimées en unités C. G. S. correspondantes.

En ce qui concerne le public, le Carnegie Inslitute a publié déjà, sous la direction du D' V. Bjerknes, des tables de transformation permettant de faire par simple lecture la conversion des millimètres de mercure en millibars et réciproquement : ce ne sera donc que dans les mémoires originaux relatifs à la dynamique de l'atmosphère que l'on aura à faire usage des nouvelles unités proposées.

Mais il y a une seconde proposition du D"" V. Bjerknes qui mérite d'attirer l'attention des physiciens : le savant professeur demande également « que les hauteurs dynamiques qui représentent le potentiel gravitaire soient exprimées, non en mètres ordinaires, mais en mètres dynamiques ». Voici ce qu'il faut entendre dans ce sens : dans les études de dynamique atmosphérique, il est indispensable de prendre, en un point donné du globe , des axes de coordonnées qui soient choisis spécialement en vue de ces recherches. Deux de ces axes, perpendiculaires entre eux, seront dans le plan

LA PBBSSION DE l'aTMÛSPHÈRE ' 187

horizontal tangent, au point considéré, à la surface da géoMe; ie troisième sera perpendiculaire au plan des deux premiers. Mais, sur ce troisième axe, les hauteurs géométriques doivent être remplacées par celles qui correspondent à des surfaces équipotentielles au point de vue de la pesanteur : ces surfaces dans une petite étendue, peuvent être considérées comme des « plans équipotentiéls », et deux plans consécutifs seront, par exemple, à une distance telle, l'un de l*autre, que le travail de la pesanteur, pour faire passer l'unité de masse de Tune à Tautre, soit égal à 10^ unités C. G. S. ou ergs. C'est cette distance qui constitue Tunité métrique dynamique.

On voit immédiatement que la distance métrique de deux pians consécutifs, exprimée, cette fois, en mètres ordinaires, variera d'un lieu à un autre de la terre, et ne sera pas la même à Téquateur qu'au pôle, puisqu'en ce dernier point la pesanteur est plus forte qu'à l'équateur. On voit aussi que cette distance variera sur une même verticale : on aura donc là une unité de mesure essentiellement variable. Au point de vue dynamique, l'adoptionde cette unitéest parfaitement rationnelle, puisque dans les calculs de dynamique atmosphérique, ce qui intervient, c'est précisément le travail de la pesanteur pour faire passer Tunité de masse d'un plan équipotentiel à un autre. Mais au point de vue de la commodité pratique, il n'en est pas de même, et cette unité restera à l'usagé exclusif des savants spécialisés dans ce genre de recherches, et encore sous la condition qu'ils possèdent les tables de conversion des mètres dynamiques en mètres ordinaires.

Tout en reconnaissant l'intérêt de la proposition au point de vue scientifique, le professeur Lagrange, de Bruxelles, feit justement remarquer que le nom de 'ff^ètre dynamique ^diVdXiioTi impropre et peu logique. Pourquoi, dit-il avec raison, ne pas appeler cette unité

188 LES PROBLËUES DE l'aTUOSPHÈRE

dérivée de l'unité C. G. S. qui est l'erg et qui est égaie à 10° ergs, un centi-Joute ? ce nom lui convient essentiellement, puisque l'unité pratique de travûl adoptée par les électriciens, le Joule, vaut 10'' ergs.

Le fait de la diminution logarithmiquedespressions quand on s'élève dans l'atmosphère a les plus importantes conséquences au pomt de vue des conditions mêmes de la vie dans les couches supérieures.

Quand l'homme parvient à s'élever à une hauteur considérable, quand il atteint la hauteur de 10.600 mètres, comme l'a fait en établissant ainsi an «record du monde», le D' Berson, de Berlin, il ne respire plus dans les conditions normales : la pression atmosphérique à cette altitude n'est plus que le quart de ce qu'elle est au niveau du sol; l'air ne fournit doucauxpoumons, au maximum, que lequartde la dose d'oxygène qu'ils sont habitués à inspirerai» surface de la Terre.

Mais il ne leur fournit même pas cette ration, déjà bien réduite, d'un quart: è. 10.000 mètres d'altitude, en effet, l'oxygène n'entre plus que pour 18 "/„ dans la composition de l'air atmosphérique, alors que l'aiote y est pour près de 82 */„, que l'hydrogène s'y trouve en petite quantité mesurable et que l'hélium commence à y apparaître : ce n'est donc environ que la cinquième partiede la dose coutumière d'oxygène que l'air, à 10 kilomètres de hauteur, offre à nos poumons.

Il n'est, dès lors, pas surprenant de voir ceux qui cherchent à atteindre les fortes altitudes éprouver des malaises qui, lorsqu'ils ne sont pas combattus par des mesures préventives efficaces, peuvent amener la mort, comme cela s'est vu, notamment dans la catastrophe du ballon \e Zénithoii deuxaéronautessar trois, Sivel et Crocé-Spinelli, périrent, du fait même de la raréfaction de l'air dans la région que leor "''""'■'"* — ■* atteinte.

mes morbides étaient connus, de toat

LA PRESSION DE l'aTMOSPBÈRE 189

temps, de ceux qui faisaient des ascensions à pied, et l'eusemble de leurs manifestations avait reçu le nom A^ mal des montagnes. Ce mal commence à se faire sentir à des hauteurs qni sont variables suivant le tempérament des divers individus, variables aussi sui- Tantle climat de la région où se trouve la montagne dODt on fait l'ascension. Dans nos climats, dans les Mpes françaises ou suisses, par exemple, on en éprouve les premiers effets vers l'altitude de 3,000 mètres, alors que dans les montagnes de l'Amérique du Sud, on en est souvent exempt aux altitudes de 4.000 mètres.

Longtemps, on a attribué à la fatigue musculaire de l'ascension la venue du mal des montagnes: mais il' faut se demander si cette fatigue spéciale est, dans le cas qui nous intéresse, une cause ou un elTet. Des voyageurs ont été transportés, sans avoir d'efforts à faire, jusqu'à près de 4.000 mètres de hauteur, et, du seul fait de l'altitude et de la diminution de pression de l'air, leurs mouvements se trouvaient ralentis : on conçoit donc que, si la fatigue de l'ascension prépare l'arrivée du mal, inversement, le défaut de pression, en rendaut les mouvements moteurs plus ditficiles,accroît la fatigue que l'excursionniste éprouve à les exécuter.

D'ailleurs, une démonstration de ce que nous venons de dire nous est fournie par les voyages en ballon, voyages au cours desquels l'aéronaule, emporté par son Téhicule aérien, n'a pas à développer d'efforts moteurs. Eh bien! en ballon aussi, le mai des montagnes se manifeste nettement, seulement il n'apparaît, sans doute en raison de l'absence d'une fatigue concomitante, qu'à partir de 5.000 ou BiOOO mètres d'altitude, alors que dans les Alpes, on en sent les effets dès qu'on atteint la hauteur de 3.000 mètres.

Les progrès de la navigation aérienne ont deviné une grande importance aux études relatives à l'in-

fluence de la diminution de pression sur les condiiic»» de la respiration et de la vie. Des expériences très remarquables ont été faites dans des ascensions scientifiques effectuées par des médecins et des physiologistes en compagnie d'aéronautes expérimeûtés. Le D*" J. Soubies, qui a étudié très à fond cette question, a même pris son brevet d'aéronaute et se trouve ainsi qualifié au premier chef pour ce genre d'études. Il a décrit, d'une façon aussi précfôe que saisissante, les symptômes du «mal de balloû»; voici le tableau qu'il en en trace :

« Dès qu'il atteint une altitude supérieure à 4.000 mètres, l'aéronaute s'aperçoit vite que sa force musculaire a diminué, qu'il se fatigue et que la manœuvre du lest, si simple près de terre, devient un travail pénible. En même temps, il commence à ressentir des bourdonnements d'oreilles, des battements aux tempes : s'il examine son pouls, il le trouve accéléré. L'altitude augmente-t-elle? La faiblesse croît, la tête est lourde, les articulations des genoux deviennent douloureuses; il y a des palpitations cardiaques, de la congestion de la face, enfin, la torpeur est plus manifeste et les membres inférieurs s'engourdissent. Si le ballon s'élève encore, les nausées et les vomissements apparaissent vers 7.000 mètres, l'impotence fonctionnelle s'étend aux membres supérieurs; le seul fait de se baisser suffit à déterminer une syncope, suivie d'un long évanouissement. Vers 8.000 mètres, en moyenne, la somnolence s'accentue, la langue se paralyse, l'aéronaute est pris de tremblements et une sensation de froid l'envahit; son esprit est encore lucide, mais déjà le jour s'obscurcit, la nuit devient complète. Si le ballon monte toujours, des filets de sang s'écoulent par les narines et les commissures des lèvres, la face est violacée et les lèvres sont tuméfiées et bleues; la paralysie est complète, le rythme respiratoire

LA F-BBSSION DE l'aTMOSPHÈRE 191

ins^ïsible. Alors, cet engourdissement total, cet onïAi des choses extérieures se transforment en un sommeil invincible qui peut, dans des cas heureusement rares, lentement, progressivement, faire place à la mort »^.

Tels sont les effets que produit graduellement sur les organes rabaissement progressif de la pression à mesure qu'on s'élève dans Tatmosphère. Evidemment, le défaut de pression n'est pas la seule cause qui intervienne pour produire cette «torpeur» et cette «invincible somnolence» dont parle le D"" Soubies : la température de Tair diminue très vite, à mesure que l'altitude augmente; vers 10.000 mètres de hauteur, on rencontre des températures de 30® au-dessous de zéro et même davantage. On sait que le froid seul peut provoquer un engourdissement suffisant pour paralyser les efforts moteurs : les désastres de la retraite de Russie en sont un exemple historique.

Cependant, le froid, s'il collabore activement à l'apparition de ces redoutables malaises, est loin d'en être la cause unique : le manque d'oxygène est un des principaux facteurs de ce terrible « mal de ballon». Paul Bert, en même temps qu'il l'a prouvé par des expériences indiscutables, a, du même coup, indiqué le traitement à suivre pour y remédier; cela consiste à pratiquer des inhalations d'oxygène pur à partir du moment où l'on dépasse l'altitude de 4.000 mètres : un dispositif de masque nasal et buccal permet de réaliser facilement la chose. C'est en suivant rigoureusement ces prescriptions qu'ont pu être faites les ascensions de grande hauteur de MM. Balsan, Soubies, Senouque et Bienaimé, qui détiennent le record français de l'altitude en ballon sphérique par le chiffre de 9.800 mètres (D avril 1911), de

1- Dr Jacques Soubies, pilote de TAéro- ^'ÀéronautCf 1 vol. in-8». Paris, Steinheil,

Club : Physiologie de

i92 LES PROBLÈMES DE l'âTMOSPHÈBE

MM. Berson et Sûring, de Berlin, qui détiennent le « record du monde», avec l'altitude de 10.600 mètres qu'ils ont atteinte le 30 juillet 1901.

Indépendamment du manque d'oxygène, l'abaissement de la pression peut déterminer des arrêts sanguins dans les vaisseaux des poumons, et peut occasionner également, par un défaut de fonctionnement du rein, des accidents d'urémie. Ajoutons que l'acuité de la vision est très accrue aux grandes altitudes. En revanche, comme nous l'avons dit en parlant de l'acoustique de l'atmosphère, l'émission de la voix est faible, étant produite dans un milieu de petite densité, et l'audition y est altérée : d'une façon générale, la sensibilité est fortement réduite.

Si, au lieu de voyager en ballon, où il n'a que peu d'efforts musculaires à faire, le navigateur aérien voyage en aéroplane, les conditions sont absolument différentes : il lui faut une attention de tous les instants pour assurer la direction et même l'équilibre de son oiseau artificiel; il doit dépenser une énergie musculaire appréciable pour manier son volant et ses leviers; il est donc indispensable que sa sensibilité demeure intacte, il est' essentiel que ses «réflexes» ne soient pas ralentis.

Mais l'aviateur a contre lui, outre le double effort de tête et de muscles qu'il a à dépenser, une autre cause de mal : c'est la rapidité de son ascen^on ou de sa descente, c'est-à-dire la rapidité avec laquelle il passe d'un milieu à pression normale à un milieu où la pression est faible, et inversement. Aujourd'hui que l'altitude de 4.000 mètres a été souvent dépassée et que celle de 6.000 mètres a été atteinte, ces considérations deviennent plus importantes que jamais, surtout si l'on réfléchit qu'un aviateur met à peine 30 minutes à descendre de 4.000 mètres au niveau du sol.

Aussi, pour toutes ces causes, indépendamment des

LA PRESSION DE l'âTMOSPHÈRE 193

bourdonnements d*oreilles, qui sont les mêmes que ceux qu'on éprouve en ballon, Taviateur éprouve-t-il une angoisse et un essoufflement particuliers ; la sensation du froid est beaucoup plus pénible qu'en sphérique, à cause de la vitesse propre de Tavion, vitesse qui dépasse couramment 100 kilomètres à l'heure. A la descente en vol plané, où la distance parcourue verticalement atteint 500 mètres à la minute, l'angoisse augmente, ainsi que les bourdonnements d'oreille; les battements du cœur sont plus énergiques et la somnolence devient parfois tellement grande qu'il faut à l'aviateur une volonté presque surhumaine pour en triompher. La torpeur, la somnolence, le mal de tète subsistent après l'atterrissage : on est parfois obligé de « porter » les aviateurs à leur descente d'aéroplane, et l'on peut alors constater chez eux une augmentation considérable de la tension artérielle.

Indépendamment de l'action provoquée sur l'organisme de l'aviateur par la diminution de la pression extérieure, il faut considérer son action sur le fonctionnement de l'avion lui-même. Le vol de l'oiseau artificiel, en effet, dépend étroitement de l'air ambiant et de sa constitution : quand la pression n'est plus que la moitié de ce qu'elle est au niveau du sol, l'air ne fournit plus au moteur, pour en assurer les explosions, que la moitié de l'oxygène qu'il mettait à sa disposition au moment du départ.

De plus, dans les couches élevées de l'atmosphère, par suite de la diminution de pression, il y a diminution de densité de l'air, et, par conséquent, diminution de sa résistance. Les conditions d'équilibre dynamique des machines volantes sont, dès lors, changées. 11 y a là toute une.série de recherches à faire tant au peint de vue théorique qu'au point de vue expérimental, pour arriver à la solution complète du problème de la navigation aérienne.