CHAPITRE VII

Machine pneumatique. — Otto de Guericke, bourgmestre de Magdebourg, découvrit, en 1650, une machine avec laquelle il réussit à extraire l'air d'un récipient.

Principe de la machine. — La machine pneumatique se compose d'un corps de pompe cylindrique dans lequel on peut mouvoir un piston (fig. 76). A la partie inférieure, un orifice qui peut être fermé par une soupape, ou petite porte s'ouvrant de bas en haut, communique avec un canal deux fois recourbé qui se termine au-dessus d'une surface plane appelée platine. Le piston est traversé, dans sa hauteur, par un canal qui s'élargit à la partie inférieure et présente un orifice fermé par une petite plaque ou soupape, qui s'ouvre de bas en haut. Au piston est fixée une tige terminée par une poignée qui sert à le mettre en mouvement.

Jeu de la machine. — Sur la platine, plaçons une cloche ou récipient dont la contenance est 2 litres; supposons que le volume du corps de pompe soit 1 litre. Le piston, placé d'abord à la partie inférieure, est soulevé ; il se sépare de la partie inférieure du corps de pompe avec laquelle il était en contact : le vide se fait au-dessous du piston, la pression atmosphérique maintient la soupape du piston exactement fermée, mais l'air contenu dans le récipient presse au-dessous de la soupape inférieure qui

n'est pas pressée au-dessus et qui s'ouvre; l'air du récipient se répand au-dessous du piston ; lorsque celui-ci est arrivé à la partie supérieure du corps de pompe où il est arrêté par un obstacle, le volume de l'air qui remplissait le récipient égal à 2 litres est devenu 3 litres ; cet air, soumis d'abord à la pression de 76 centimètres, aurait pris une pression deux fois plus grande, ou 76 x 2, si son volume était devenu 1 litre ; si, maintenant, nous rendons le volume trois fois plus grand, la pression sera

trois fois plus petite, ou 76 x - = 5<K66 ; telle est donc la pression de l'air dahs le récipient et dans le corps de pompe .

Fio. 76.

Figure théorique pour expliquer le jeu de la machine pneumatique.

On abaisse le piston, l'air qui est au-dessous diminue de volume, sa pression devient plus grande que celle de l'air dans le Récipient, la soupape inférieure se ferme ; la force élastique de l'air dans le corps de pompe augmente de plus en plus, elle devient bientôt supérieure à la pression atmosphérique, l'air soulève alors la soupape du piston et s'échappe dans l'atmosphère, entièrement si le piston vient s'appliquer exactement ^ntre le fond.

Un nouveau coup double de piston rend la pression de l'air

dans le récipient les t de ce qu'elle est, c'esl-à-dire 76 x - X ;i

ou 76 {- ) , et ainsi de suite; par analogie, nous disons: la pression de l'air dans la cloche, après un nombre de coups doubles de piston égal à n, est égal à 7(i x ( - ) ■ La lettre n, écrite en

exposant, indique qu'il faut faire le produit d'un nombre n de

Facteurs égaux à -■ Apres dis coups de piston, la pression n'est

plus que 76 Xt = 76 X 0,0173 *= 1c,3.

Nous pouvons généraliser la formule précédente. Soient: V le volume du récipient, ti celui du corps de pompe, H la pression de l'air sous la cloche, n le nombre des coups doubles de piston ; K la pression finale, on aura

-«(tVJ-

la tige dans s descendre, oi nable.

La machine, telle que nous l'avons décrite, a été perfectionnée. Là soupape inférieure, quand la pression est devenue faible dans le récipient, ne peut plus être soulevée ; on eut l'idée heureuse de la faire ouvrir et fermer par le piston; à cet effet, on donne à l'ouverture du canal une forme conique, et à la soupape une forme semblable et des dimensions égales (flg. 77) ; la soupape est tenue par une longue tige qui traverse à frottement dur le pislon, et vient passer par une ouverture que porte le couvercle du corps de pompe ; une petite fiche, qui traverse cette tige vers le haut, vient butter contre ce couvercle, de manière que la soupape s'éloigne peu de l'ouverture qu'elle doit fermer aussitôt que le piston descend.

,omft Le piston peut glisser le long de la tige lorsqu'elle est arrêtée à l'une ou à l'autre de ses extrémités, mais il entraîne mouvement dès qu'il commence à monter ou à ; et ferme l'orifice inférieur au moment conve-

Fig. 78.

La soupape intérieure du piston est une petite rondelle métallique soutenue par une tige guidée dans son mouvement par un collier; un faible ressort à boudin appuie sur la soupape qu'il maintient fermée.

Baromètre tronqué. — Sur le canal qui met en communication le corps de pompe et le récipient, est fixée une éprouvette qui contient un baromètre à siphon tronqué (fig. 79); la branche fermée est plds courte qu'il ne faut pour mesurer la pression atmosphérique ; elle est d'abord pleine de mercure, mais si la pression diminue de plus en plus, le mercure s'abaisse dans cette branche et s'élève dans la branche ouverte; la pression de l'air dans le récipient se mesure par la -différence des niveaux. En un autre point du canal se trouve un robinet (fig. 78) qui, dans une certaine position, permet à l'air du récipient de pénétrer dans le corps de pompe, dans une po- „ , ,.

sition perpendiculaire interrompt cette ^Ï-Zr^u^ communication et permet de conserver mumcation du récipient aveo le récipient vide ; en outre, un canal l^rT de pompe ou ave\ courbe fermé par une tige de métal permet de faire rentrer à volonté l'air extérieur dans le récipient.

Nécessité de deux corps de pompe. — La manœuvre de la machine devient très-difficile lorsque la pression de l'air dans le récipient est devenue petite ; quand on soulève le piston, il faut, en effet, supporter le poids de l'atmosphère qui presse sur sa face supérieure ; dans ces conditions, cette pression est de 1 kilogramme environ par centimètre carré ; si le piston a 1 décimètre carré de surface, l'effort à faire de bas en haut est de 100 kilogrammes. Pour éviter cette difficulté, deux corps de pompe sont réunis par leur partie inférieure à un môme canal qui conduit au récipient (fig. 79). Les tiges des pistons ont été taillées en crémaillères, les dents d'une roue dentée dont l'axe est horizontal s'engagent entre celles des tiges; une manivelle avec deux manettes est fixée par son milieu à cet axe dont l'appui est solide.

Lorsque le vide est à peu près fait, la pression est faible sous chaque piston, elle est forte au-dessus de chacun d'eux et se mesure par deux poids à peu près égaux ; or, ces poids transmis

80 HESANTEUH.

aux extrémités du même diamètre de la roue se font équilibre, à peu près comme s'ils étaient placés dans les deux plateaux d'une balance, de sorte que pour mouvoir les pistons, il n'y a qu'un faible effort a faire, égal a la différence des pressions et à la somme des divers frottements.

Espace nuisible. — Avec la machine pneumatique ainsi modifiée, on peut raréfier l'air dans une cloche ou dans un ballon jusqu'à ce qu'il ne possède plus qu'une pression de 3 ou h mil-

limètres de mercure ; une des causes qui empochent de pousser plus loin la limite du vide, c'est qu'il existe toujours, entre le piston au plus bas point de sa course et le fond du corps de pompe, un espace nuisible contenant de l'air à la pression de

l'atmosphère qui se détend lors de l'ascension du piston, et conserve dans le corps de pompe qu'il remplit une certaine pression.

Perfectionnement de M. Babinet. — M. Babinet appliqua l'idée ingénieuse de faire le vide avec l'un des corps de pompe sous le piston de Vautre, pour diminuer la pression de l'air dans l'espace nuisible; on y arrive par un jeu de robinets, et ce perfectionnement permet de diminuer la pression de l'air dans le récipient jusqu'à 1 millimètre.

Expériences. — Aussitôt que la machine pneumatique fut découverte, Otto de Guericke l'employa pour démontrer la pression de l'atmosphère. Deux hémisphères métalliques de grandes dimensions, dont l'un présente un robinet et l'autre un anneau, furent rapprochés par deux bords élargis, bien dressés, enduits d'un corps gras : un effort faible pouvait les séparer; mais Otto de Guericke fit le vide avec sa machine, par le tube muni d'un robinet, et. vingt chjsvaux attelés, dix d'un côté et dix de l'autre, ne purent séparer les hémisphères main-

Fio. 80.

Hémisphères de Magdebourg.

FlG. 81.

Crève-vessie.

tenus parla pression atmosphérique. On répète la môme expérience dans les cours avec un appareil beaucoup plus petit (% 80). Si la surface d'un grand cercle de la sphère est 1 décin^lre carré, et que le vide soit fait jusqu'à ce que l'air ne possède P'us qu'une pression de 1 centimètre, la pression atmosphérique étant 76, sur chaque centimètre carré, une colonne de mercure de 75 centimètres pèse 75 X 13«r,59 = lk,019<-,sur 1 décimètre carré 101k,9. Tel est l'effort nécessaire pour séparer les hémi-

sphères. Sur un manchon de verre ayant la forme d'uncyUudrecreax(fig.81), on attache solidement, avec une corde, un morceau do vessie ou de baudruche; quand on fait le vide dans l'intérieur de ce vase, la vessie s'infléchit et se rompt, l'air rentre brusquement dans l'espace vide et produit une détonation.

Si, au lieu de fermer le vase par une membrane, on applique la main sur l'ouverture, aussitôt qu'on fait le vide, la peau se gonfle, devient rouge, le sang" qui supporte la pression de l'atmosphère qui lui est transmise par les surfaces extérieures et intérieures du corps, et possède une pression propre qui s'ajoute A la première, distend les vaisseaux, les congestionne; cl, si l'on continue longtemps l'expérience, le sang peut mÊme sortir des capillaires qu'il déchire.

mercure. — Un tube barométrique ABC, long de 1

mètre (fig.82), fixé contre une planche verticale, présente une chambre AB d'une capacité assez grande, de 200 centimètres cubes, par exemple. A la partie supérieure A on a

tube barométrique. — V, rùrerroLrA

soudé un robinet de verre à trois voies, qui permet d'établir une communication entre la chambre AB et un tube d vertical, et un troisième tube e horizontal, formant corps avec l'enveloppe du robinet. A la partie inférieure C on fixe un tube épais de caoutchouc que Ton maintient appliqué contre le tube avec un ruban de caoutchouc qui exerce une pression constante et forme une excellente ligature ; d'autre part, ce conduit flexible est fixé à la partie inférieure d'un vase V dont le fond est terminé par un tube assez large, et qui est supporté par des anneaux incomplets placés à différentes hauteurs. En e, on attache un tube de caoutchouc à parois très-épaisses fg9 qui ne s'aplatit pas lorsqu'on extrait l'air qu'il contient; à l'extrémité g on adapte un récipient dans lequel on veut faire le vide. Autour du tube d, un entonnoir assez large de verre est maintenu par un bouchon.

Manœuvre de l'appareil. — Le robinet à trois voies est placé dans la position (i) indiquée par la figure, le vase V à lahauteur de l'entonnoir. On verse du mercure dans ce vase jusqu'à ce que tout l'appareil soit rempli de ce métal qui doit s'élever jusqu'audessus du tube d, mais laisse le vase V à peu près vide. Tournons le robinet de 1/8 de tour dans le sens direct (sens de rotation des aiguilles d'une montre), la partie pleine du verre ferme les deux tubes d, e ; abaissons le vase V à la partie inférieure, le mercure descend dans le tube AB et se maintient à 76 centimètres environ au-dessus du niveau qu'il prend dans la cuvette inférieure, et la grande chambre barométrique AB est vide. Tournons de nouveau le robinet de 1/8 de tour dans le môme sens, nous le plaçons en troisième position ; l'air du récipient et du tube se répand dans la chambre AB ; son volume augmente, sa pression diminue ; si le volume de AB est le double de celui du récipient, l'air que celui-ci contient ne possède plus qu'une pression égale au tiers de sa pression primitive. Ramenons le robinet dans la position précédente, le tube e se trouve fermé ; soulevons le vase V jusque en haut, le mercure monte dans le tube CB, l'air est comprimé, et si nous plaçons le robinet dans la première position, le gaz s'échappe complètement au travers du mercure de l'entonnoir.

Après quatre ou cinq manœuvres semblables, qu'il est plus

long de décrire que de faire, nous obtenons dans le récipient

uû vide déjà très-approché ; après la cinquième manœuvre ,

ta pression primitive devient 76 - ) = — - = 0C,31, ou 3 mil-

limètres environ.

Avant d'employer cet appareil, il faut envelopper de rubans

de caoutchouc les divers points par lesquels l'air extérieur pourrait rentrer.

Cette machine à mercure, construite en Allemagne par M. Geissler, et employée bientôt pour l'extraction des gaz du sang par plusieurs physiologistes, est construite à Paris par M. Âlvergniat; elle présente de grands avantages sur la machine pneumatique ordinaire ; elle permet de pousser le vide plus loin, et de recueillir les gaz que Ton extrait ; elle garde le vide beaucoup plus parfaitement. Nous reviendrons sur les applications de cet appareil, qui est employé pour extraire les gaz du sang, et qui permet de résoudre une foule de questions qui se présentent au physicien, au chimiste et au physiologiste.