CHAPITRE VIII

. Dans le courant de ces leçons, nous avons eu besoin de faire le vide partiel ou total dans des récipients, et nous avons parlé de la machine pneumatique comme de l'appareil destiné à retirer l'air, soit dans l'expérience de la chute des corps dans le vide, soit dans l'expérience de Galilée pour démontrer que l'air est pesant, et dans d'autre cas encore ; le temps est venu , maintenant que nous savons suivant quelles lois varient l'élasticité et la densité des gaz, de donner la théorie et la description de cette machine, dont l'usage est continuel en physique et en chimie, et nous lui consacrons ce chapitre.

Théorie de la machine pneumatique. — L'invention

de cette machine date de 1650; elle est due à Otto de Guéricke, bourgmestre de Magdebourg. Dans son origine, elle était infiniment plus simple qu'elle ne l'est maintenant. Les perfectionnements sont arrivés petit à petit, au fur et à mesure que Ton reconnaissait les inconvénients des anciens appareils. Pour en bien faire comprendre la théorie, nous prendrons la machine telle que l'avait construite l'inventeur.

L'appareil d'Otto de Guéricke se composait d'un cylindre ou corps de pompe A, parfaitement alésé, c'est-k-dire ayant rigoureusement le môme diamètre dans toute sa longueur (fig. 74). Au fond de ce cylindre était abouché un tuyau deux fois recourbé à angle droit CDEF. Un robinet n pouvait fermer ce tuyau. L'extrémité F se terminait par un pas de vis sur lequel pouvait s'adapter un récipient à robinet B.

Dans le corps de pompe A glisse à. frottement un piston M, mis en mouvement par une tige à traverse ; ce pis-»

ton est percé d'une cavité fermée par un clapet, ou soupape, tournant sur une charnière et pouvant s'ouvrir de

bas en haut, de manière a établir une communication entre le dessous et le dessus du piston.

Prenons d'abord le piston au plus bas de sa course , c'est-à-dire en contact par sa face inférieure avec le fond du corps de pompe, la soupape m fermée par son Fi g 74 . propre poids, et les

robinets n et p ouverts ; et remontons le piston au plus haut de sa course. Les robinets n et p laissant le tuyau ouvert, l'air du récipient B qui tend toujours à occuper un plus grand volume se répandra , au fur et a mesure que le piston s'élève, dans l'espace tout entier qui lui est offert; et quand le piston sera arrivé au plus haut du cylindre, cet air occupera le ballon H jMe tuyau de communication, et le corps de pompe au-dessous du piston. Puisqu'il y a eu dilatation, il y a eu en même temps diminution d'élasticité et de densité dans un rapport facile à évaluer en appliquant la loi de Mariote. La soupape m est restée immobile, car elle supporte sur sa face supérieure la pression, atmosphérique, et sur sa face inférieure une pression moindre , puisque le gaz logé sous cette soupape a diminué d'élasticité par le fait de l'augmentation du volume. L'excès de pression étant sur la face supérieure, la soupape se trouve appliquée contre l'ouverture du piston, et la maintient fermée.

Fermons actuellement le robinet n et abaissons le piston. Le gaz logé sous le piston va se trouver renfermé dans un espace déplus en plus petit, aussi petit même que l'on

voudra, si la face du piston peut s'appliquer exactement sur le fond du corps de pompe sans laisser au-dessous d'elle le moindre vide; c'est-à-dire, d'après la loi de Mariote, que l'élastici té de ce gaz pourra devenir aussi grande que l'on voudra. Il y aura donc, à coup sûr, une position du piston telle, que l'élasticité du gaz logé au-dessous de lui sera égale à la pression atmosphérique, et que la soupape m sera pressée également sur ses deux faces. En abaissant davantage le piston, la pression de bas en haut l'emportera, vaincra la résistance due au poids de cette soupape, la soulèvera et livrera alors passage à l'air qui continuera à s'échapper par cette ouverture jusqu'à ce que le piston soit arrivé en contact avec le fond du cylindre.

Si nous fermons le robinet n , nous nous retrouvons dans les mêmes conditions qu'à l'origine; seulement une portion de l'air du ballon B a été enlevée, et l'élasticité, ainsi que la densité, y ont diminué.

Si le corps de pompe a une capacité d'un litre, et si le récipient B, en y comprenant le tuyau de communication , a en volume 4 litres, il est évident que le volume total du gaz, lorsque le piston est au plus haut de sa course , est de 5 litres. Le volume étant les \ de ce qu'il était primitivement, l'élasticité et la densité sont réduites au £ de leur valeur première; et le ballon séparé, par la fermeture du robinet n, du reste de la masse d'air, ne contient plus que les \ de la masse totale du gaz qui y était d'abord.

Une fois que le piston sera revenu au bas du cylindre, on ouvrira de nouveau le robinet n, et on ramènera le piston au haut de sa course. Alors l'air du ballon B se partagera entre la capacité de ce ballon et la capacité du corps de pompe, en prenant une élasticité et une densité encore plus petites (toujours dans le même rapport de 4 à 5); par conséquent la soupape m se maintiendra fermée. Puis, quand on abaissera le piston après avoir fermé n, on augmentera l'élasticité autant qu'on voudra, puisque le volume peut être rendu aussi petit que l'on

veut. Il y aura donc nécessairement une position du piston pour laquelle la soupape m sera soulevée; seulement, comme il y a eu affaiblissement dans l'élasticité du gaz au départ, il faudra, pour soulever la soupape, descendre le piston un peu plus dans ce second mouvement que dans le premier. Le piston étant revenu au bas de sa course , on ouvrira de nouveau n; puis on relèvera le piston et ainsi de suite indéfiniment, laissant, après chaque coup de piston, dans l'appareil B, les £ de l'air qui y était auparavant.

On voit, d'après cela, que, même en supposant la machine construite avec la plus rare perfection, la face inférieure du piston ne laissant au-dessous d'elle aucun vide quand le piston est au bas de sa course, de telle sorte que l'air du cylindre soit complètement expulsé, on n'arriverait jamais au vide absolu, puisque après chaque coup de piston on laisserait encore les f de l'air qui y était auparavant; seulement, quelque raréfié que fût l'air, on pourrait encore le raréfier davantage en donnant un coup de piston de plus.

Mais cette perfection est impossible à atteindre , même dans les machines modernes que nous décrirons tout à l'heure. Le piston ne s'applique pas complètement sur le fond du corps de pompe ; de plus ce piston , pour pouvoir glisser dans le corps de pompe, n'a qu'un contact imparfait avec les parois , ce qui laisse rentrer un peu d'air; enfin les diverses parties de l'appareil ajustées à vis ou par un masticage , laissent aussi rentrer un peu d'air ; de sorte que les meilleures machines ne font guère le vide au delà d'un millimètre, c'est-à-dire que la force élastique du gaz, restant dans le récipient, peut être équilibrée par le poids d'une colonne de mercure d'un millimètre de hauteur.

Il faut remarquer aussi que la manœuvre du piston devient d'autant plus difficile que l'air est plus raréfié dans le récipient, et par conséquent sous le piston quand celuici s'élève. En effet, pendant toute la durée de l'opération, la face supérieure du piston supporte la pression atmo-

sphérique, qui équivaut à environ 1 kilogramme par ceni timètre carré de surface. Dans l'origine, cette pression est ; équilibrée par la pression que l'air logé sous le piston ! exerce sur la face inférieure en vertu de son élasticité; mais au fur et à mesure que celte élasticité diminue, elle n'équilibre plus qu'une portion de plus en plus faible de la pression supérieure; et si l'on pouvait arriver à faire le vide complet, on aurait à vaincre, pour soulever le piston, cette pression tout entière.

Pour fixer les idées, supposons que la surface du piston soit de 1 décimètre carré, ou 100 centimètres carrés, la pression sur la face supérieure sera de 100 kilogrammes. Si l'air logé sous le piston n'a plus qu'une élasticité égale au 20 e de la pression atmosphérique, la pression exercée de bas en haut par cet air sur la face inférieure du piston équivaudra à 5 kilogrammes seulement. Il restera donc un excédant de pression de haut en bas égal à 95 kilogrammes.

Cet inconvénient n'existe plus dans les machines modernes, qui ont deux corps de pompe parallèles, dont les

I pistons sont munis de tiges à crémaillères, engrenant sur une route dentée qui les fait mouvoir alternativement, c'est-k-dire que l'une descend pendant que l'autre monte. Les deux pistons, ayant même surface, supportent

! des pressions égales. Ils se trouvent alors dans les mêmes conditions que les deux plateaux égaux d'une balance. Leurs charges s'équilibrent et produisent pour

I tout effet une pression sur les supports de l'axe de la roue.

j En outre, les pistons manœuvrant alternativement, le vide se fera deux fois plus vite,

Après avoir ainsi exposé la théorie du jeu de la machine, nous allons décrire les différentes pièces dont elle se compose , en la présentant sous divers aspects pour mieux juger des positions relatives. Les figures 75 et 76 représentent la vue de face et le plan de l'appareil ; la figure 77, la coupe du corps de pompe et du piston, ainsi que la disposition des soupapes.

i\C> MACHINE PNEUMATIQUE.

Les deux cylindres sont ordinairement en cristal, dressés verticalement entre un plancher solidement fixé sur une forte table en chêne et une sorte de caisse plate formant fronton, et qui renferme la roue dentée engrenant avec les crémaillères des pistons dont nous avons parlé plus haut Des colonnes fixées par de solides écrous rattachent Tune à l'autre ces deux pièces.

Le piston se compose de disques en cuir fortement serrés entre deux disques de métal formant l'un la face supérieure , l'autre la face inférieure. Les disques en cuir,

Fig. 75. Fig.76.

de forme annulaire , embrassent les parois métalliques d'une cavité creusée dans l'intérieur du piston et qui loge la soupape. Cette soupape est formée d'un petit bouchon conique en laiton, surmonté d'une tige; le bouchon est destiné k fermer une ouverture également conique percée dans la face métallique inférieure du piston. La tige passe dans une petite traverse horizontale évidée en anneau ; un petit ressort roulé en tire bouchon appuie d'un côté contre la traverse, de l'autre contre le cône, et aide à la fermeture de l'orifice.

Le robinet qui , dans l'ancienne machine d'Otto de

Guéricke, fermait ou ouvrait la communication entre le récipient et le corps de pompe, est remplacé par une soupape conique comme celle du piston; une tige métallique traverse à frottement dur la partie du piston garnie d'anneaux de cuir et porte à sa partie inférieure ce bouchon métallique. Elle traverse aussi la plaque de laiton qui ferme imparfaitement en haut le cylindre, et présente un petit renflement ou butoir qui , venant heurter contre les bords de l'ouverture par laquelle elle passe, limite à un demi-millimètre environ le mouvement d'élévation de la

Flg. 77.

soupape. De cette manière, dès que le piston monte, il soulève la soupape qui découvre l'orifice ; mais comme la tige est arrêtée par le butoir, le piston glisse le long de cette tige de bas en haut, la soupape restant ainsi suspendue à un demi-millimètre au-dessus de l'ouverture. Le piston vient-il, au contraire, à descendre, il entraîne avec lui la soupape, et fait fermer l'ouverture ; il continue alors son mouvement de descente en glissant de haut en bas le long de la tige.

La figure qui donne le plan de l'appareil montre un conduit en forme de T creusé dans l'épaisseur du plan-

Fig. 78.

cher métallique qui sert de support aux cylindres. C'est ce conduit qui fait communiquer la capacité des corps de pompe avec la cloche ou le ballon dans lequel on veut faire le vide.

Lorsqu'on a raréfié l'air à un degré déterminé, il faut pouvoir isoler le récipient des corps de pompe, et faire rentrer l'air à volonté sous ce récipient ou sous le corps de pompe. Ce résultat s'obtient à l'aide du robinet (fig. 78).

Il est percé de deux conduits : l'un qui le traverse de part en part perpendiculairement à son axe, de telle manière que lorsque la clef du robinet est placée horizontalement, la communication est établie entre les corps de pompe et le récipient par le conduit continu. Si, au contraire on place cette clef verticalement, les parois pleines du robinet ferment évidemment ce même conduit. Le second canal percé dans le robinet est, au contraire , dirigé parallèlement à l'axe et vient déboucher sur le côté, dans le même plan perpendiculaire à l'axe où se trouve déjà le premier conduit , mais à 90° de ses orifices. Il résulte de là que lorsque la clef est tournée verticalement, de manière à fermer la communication des

corps de pompe avec le récipient , l'orifice du conduit coudé vient s'ouvrir soit dans la partie du canal principal qui mène au récipient, soit dans la partie qui mène au corps de pompe, suivant qu'on a tourné à droite ou à gauche. Un petit bouchon métallique ferme du dehors ce conduit; on le retire pour laisser rentrer l'air,

Éprouvette manométrlque (fig. 79). —

La force élastique du gaz laissé dans le récipient se mesure à l'aide d'un petit ba- , 1 79 romètre à siphon établi dans une éprouvette en verre à parois épaisses, qui communique avec le conduit des corps de pompe au récipient. La branche pleine de mercure de ce baromètre a environ 0 m ,20 de hauteur.

On comprend que tant que Pair du récipient et de l'éprouvette aura une élasticité plus grande que 0 m ,20, le mercure restera tout entier logé dans cette branche. Mais dès que la pression descendra au-dessous de cette limite, le mercure commencera à descendre en s'élevantde l'autre côté. La force élastique sera mesurée par la différence de hauteur des niveaux. Cette différence se lit sur une petite échelle en millimètres tracée sur la tablette qui porte le baromètre. Si Ton pouvait faire le vide complètement , les deux niveaux s'établiraient sur un même plan horizontal. Nous avons déjà, dit que ce vide complet était impossible à atteindre. Avec une bonne machine on peut faire le vide à deux millimètres, c'est-à-dire que la différence de niveau dans les deux branches n'est plus que de deux millimètres. La force élastique de l'air ainsi raréfié produit donc encore sur une surface d'un centimètre carré une pression égale à celle que produirait par son poids une colonne de mercure de deux millimètres de hauteur ayant cette surface pour base; cette pression équivaut à 2* r ,7 environ.

On construit cependant des machines pneumatiques perfectionnées par M. Babinet, et avec lesquelles on peut pousser la raréfaction à un millimètre.

Le conduit d'aspiration vient se terminer en se recourbant au centre d'un plateau circulaire appelé la platine. Son orifice est entouré d'un pas de vis dont nous ferons tout à Theure connaître l'usage.

Il nous faut maintenant indiquer la manière d'opérer. Si* l'on a à faire le vide sous une cloche, on la pose simplement sur la platine, au centre de laquelle vient déboucher le conduit qui va aux corps de pompe. Il faut prendre une cloche à bords usés sur une surface plane, et enduire ces bords de suif pour déterminer le contact intime avec la platine, et empêcher l'air de rentrer au fur et à mesure qu'on l'enlève. Si Ton veut enlever l'air d'un ballon à robinet, on visse ce robinet sur le pas de vis de la platine.

La machine pneumatique va nous fournir de nouvelles

expériences à ajouter à celles que nous avons déjà citées, pour démontrer la pression exercée par l'air en vertu de son poids.

1° Lorsque la cloche est simplement posée sur la platine, le moindre effort suffit pour l'en détacher ; on n'a k vaincre que la faible adhérence établie par le suif entre les bords de la cloche et la surface plane sur laquelle ils posent. Mais si on retire l'air de la cloche, alors la résistance devient énorme; et l'on soulèverait avec la cloche la machine elle-même sans les séparer.

2° Si l'on prend deux calottes hémisphériques en laiton s'appliquant exactement l'une sur l'autre par leurs bords bien planés et enduits de suif, on les détache facilement l'une de l'autre. Mais si l'on visse sur la machine pneumatique le robinet dont l'une d'elles est garnie (fig. 80), et si l'on fait le vide dans l'espace qu'elles comprennent, alors elles adhèrent avec une force très -grande.

Cette expérience , qui montre que la pression atmosphérique s'exerce dans tous les sens , a été faite pour la première fois par Otto F 'g- 80 - Fis- si. de Guéricke. Elle

est connue sous le nom d'expérience des hémisphères de Magdebourg.

3° Si l'on tend sur le goulot d'un vase, sans fond une membrane de vessie (fig. 81), et si l'on pose ce vase sur la platine de la machine, tant qu'on laisse à l'air logé sous la vessie une élasticité égale à la pression extérieure, la surface de la membrane reste plane; mais si Ton fait • mouvoir les pistons, on voit immédiatement celte mem- , brane se creuser en dedans et bientôt s'enfoncer sous l'énorme pression qu'elle supporte, en produisant une détonation pareille à un coup de fusil Cette détonation

MACHINE PNEUMATIQUE. \<i\

est due à la rentrée brusque de l'air à l'intérieur du vase et a 1 ébranlement qui en résulte pour l'air extérieur

4° Si l'on remplit d'eau à moitié un petit flacon en verre (fig. 82;, puis qu'on le ferme avec un bouchon percé

d'un trou dans lequel passe un petit tube de verre plongeant dans l'eau ; quand on placera ce vase sur la platine, et qu'après l'avoir recouvert d'une cloche un peu haute, on fera le vide sous cette cloche, on verra l'eau s'élever en jet dans l'intérieur de la cloche sous l'influence de l'excès de pression de l'air resté dans le flacon avec son élasticité première.

Cette expérience a, comme on le voit, une relation intime avec l'expérience de Torricelli et la théorie du baromètre et des pompes. 1

Pompes. — Sans entrer dans aucun détail sur la construction des pompes, nous allons indiquer comment leur théorie se rattache à celle de la machine pneumatique.

Supposons un corps de pompe semblable à celui de la machine avec son piston à soupape A (fig. 83); son tuyau, fermé aussi par une soupape B, au lieu d'aller à la platine, plonge verticalement dans l'eau. Le jeu du piston a pour effet de raréfier l'air dans ce tuyau qui est alors lui-même le récipient. Cette raréfaction de l'air donnant la prépondérance à la pression atmosphérique, qui s'exerce extérieurement à la surface de l'eau, fait monter cette eau dans le tuyau. Bientôt elle arrivera jusqu'à la soupape B, la franchira et pénétrera dans le corps de pompe. D'après la position de la soupape B, on voit que, lorsque le piston monte , cette soupape est soulevée , soit par la pression de l'air logé au-dessous, soit par la pression de

PHYSIQUE. g

Fig. 82.

l'eau, poussée de bas en haut par le poids de l'atmosphère; mais que, quand le piston descend, cette soupape se trouvant fermée, l'eau ne peut plus redescendre; une fois entrée dans le corps de pompe elle arrivera au piston , et alors ce ne sera plus l'air, mais l'eau elle-même qui s'échappera par la soupape A.

L'eau n'arrivera jamais à la soupape A que si la distance du piston au niveau de l'eau dans le réservoir est moindre de 10 m ,30. Car, en admettant qu'il y eût le vide le plus complet sous le piston, la pression atmosphérique ne pourrait soutenir qu'une colonne d'eau de cette hau-

Fig. 83. Fig. 8t.

teur; encore cette condition ne serait-elle suffisante que si le piston arrivait en contact parfait avec le fond du corps" de pompe. Gomme il n'en est jamais ainsi, il faut établir un certain rapport entre l'étendue de l'espace que parcourt le piston , l'espace qu'il laisse au-dessous de

lui quand il est au plus bas de sa course, et les dimensions du tuyau d'aspiration.

On comprend qu'au lieu de faire sortir l'eau par la soupape A, on pourrait la chasser par une ouverture latérale au corps de pompe qui la conduirait dans un tuyau , ' (fîg. 84) ; le piston est alors plein ; cela ne change absolument rien à la théorie , et peu de chose aux conditions pratiques de construction.

Les premières espèces de. pompes s'appellent pompes aspirantes, les secondes pompes aspirantes et foulantes, quand elles ont uù tuyau d'aspiration, et pompes foulantes quand leur corps de pompe plonge immédiatement dans l'eau , comme on le voit dans la figure 84. La distinction n'existe réellement que dans les mots, car les premières sont aussi bien foulantes que les secondes.

Pompe de Gay-Lnssac. — On emploie assez souvent,

pour raréfier l'air dans de petits appareils, une espèce de

Fig. 85.

machine pneumatique très-simple, à un seul corps de pompe, qu'on appelle pompe de Gay-Lussac. La figure ci-jointe (fig. 85) fait voir la disposition du corps de pompe et du piston, en tout semblables, sauf les dimensions, à. ceux de la machine pneumatique elle-même.

L'un des deux petits tubes latéraux se met en communication à l'aide d'un tube flexible en plomb avec l'espace où Ton veut raréfier l'air et qui est, sur notre figure, un tube h analyse organique, placé sur un fourneau; l'autre N tube latéral s'ouvre librement à l'air extérieur. C'est par là que l'on rend à volonté l'air dans l'appareil où l'on a fait le vide.

Machine de compression. — La machine pneumatique, que nous avons décrite, a pour but de raréfier l'air, de faire le vide. Il existe d'autres espèces de machines pneumatiques appelées machines de compression, et qui servent au contraire à accumuler l'air dans un réservoir, de manière à y augmenter la densité et l'élasticité. La machine de compression est construite comme la machine h raréfier; la seule différence est dans la position des soupapes qui s'ouvrent de haut en bas, tandis que celles de la machine pneumatique ordinaire s'ouvrent de

soupape (fig. 86). Il n'y a de soupape qu'à la partie inférieure du cylindre; elle s'ouvre de dedans en de-

bas en haut. On conçoit alors que, quand le piston montera, l'air du dehors forcera sa soupape pour descendre dans le corps de pompe ; puis, quand le piston descendra, il comprimera cet air qui maintiendra fermée la soupape du piston et ouvrira la soupape établie au fond du corps de pompe, et qui permet à l'air de pénétrer dans le récipient. Le récipient est solidement établi et vissé sur la platine.

Pompe de compression. — Cet

appareil peut être remplacé par un autre beaucoup plus simple, qui est a la machine de compression ce que la pompe de Gay-Lussac est à la machine ordinaire. C'est un cylindre dans lequel glisse un piston sans

hors. Au haut du corps de pompe est pratiquée latéralement une petite ouverture a, placée de telle manière que lorsque le piston est au haut de sa course, il la laisse au-dessous de lui, ce qui permet à l'air du dehors de venir remplir le cylindre. Ce petit appareil , appelé pompe de compression, se visse sur le réservoir où l'on veut condenser l'air, comme, par exemple , la crosse d'un fusil à vent. Chaque fois que le piston est amené au haut de sa course, le cylindre se remplit d'air par la petite ouverture. Puis, quand le piston descend, il ferme cette ouverture. L'air emprisonné augmente d'élasticité à mesure que son volume diminue, repousse alors la soupape b et pénètre dans le récipient. Quand le piston remonte ensuite, comme il fait le vide sous sa surface, la soupape est poussée de bas en haut par l'excédant de pression de l'air condensé dans le récipient; par conséquent cet air ne peut s'échapper.

On peut remplacer la petite ouverture d'admission de l'air par un tube latéral soudé à la partie inférieure du corps de pompe et contenant une soupape qui s'ouvre de dehors en dedans pour laisser entrer l'air extérieur quand le piston s'élève, et se referme au contraire quand le piston s'abaisse. En adaptant sur ce tube un tuyau en plomb, on peut le rattacher à un gazomètre contenant un gaz quelconque.

La petite pompe de Gay-Lussac a été modifiée dans sa disposition de manière à pouvoir fonctionner à volonté soit comme appareil de raréfaction, soit comme appareil de compression. Le piston est plein et le fond du corps de pompe est percé de deux trous, l'un qui communique avec un des petits tubes latéraux, et sur lequel se trouve adaptée une soupape s'ouvrant de bas en haut; l'autre qui communique de la même façon avec le second petit tube, et qui porte une soupape s'ouvrant de haut en bas (fig. 87). Le jeu de ces soupapes s'explique sans peine. Il est facile de comprendre que, suivant que l'on ajustera l'un ou l'autre des deux tubes au récipient, le second tube communiquant avec l'air extérieur, le piston soutirera l'air

du récipient pour le rejeter au dehors, ou prendra l'air au dehors pour le refouler dans le récipient. Un robinet

établi entre les deux tubes sert k ouvrir ou k fermer la communication directe avec l'air extérieur.

Nous avons tout k l'heure montré l'eau jaillissant dans le vide par ce seul fait que Pair logé dans le flacon qui s la renferme a conservé son élasticité première, tandis que la pression extérieure F'g-87. q U i s'exerce dans le petit

tube a disparu , ou du moins a considérablement diminué. On obtiendra évidemment le même résultat, en

conservant intacte la pression extérieure et augmentant au contraire la pression intérieure. On prend pour cela un vase en métal construit comme le flacon qui nous a servi pour le jet d'eau dans le vide (fig. 88). L'extrémité du tube est munie d'un robinet et d'un pas de vis sur lequel on établit la pompe de compression. L'air refoule l'eau du tube et vient se loger dans la chambre au-dessus de l'eau. Quand on a accumulé une quantité d'air assez grande, on ferme le robinet, on enlève la pompe et on visse k sa place un petit ajutage conique percé d'un trou; quand on rouvrira alors le robinet, on verra l'eau s'élever en jet d'une grande hauteur.

Chemin de fer atmosphérique. — Une des plus

belles applications industrielles que Ton ait faites de la machine pneumatique, est sans contredit l'invention des chemins de fer atmosphériques. Le premier germe de cette invention se retrouve dans une expérience faite autrefois par Otto de Guéricke. Il avait fait dresser verticalement contre un mur un cylindre dans lequel glissait un piston plein ; une corde attachée au piston passait sur une poulie et était tirée par quatre hommes vigou-* reux (fig. 89) ; un tuyau muni d'un robinet était adapté

Fig. 89.

au fond du cylindre et communiquait par un tube avec la machine pneumatique. Les choses disposées de cette manière, Otto fit le vide sous le piston et alors celui-ci, poussé de haut en bas par la pression atmosphérique, descendit, entraînant avec lui les quatre hommes suspendus à la corde et tirant de toutes leurs forces.

Qu'on se figure maintenant le cylindre d'Otto de Guéricke couché horizontalement à une petite profondeur sous la voie, k égale distance des rails, et s'étendant ainsi

sur une longueur de plusieurs kilomètres. Admettons que son piston ait seulement un demi-mètre carré de superficie, c'est-à-dire 5000 centimètres carrés. Si au moyen d'une puissante machine pneumatique on fait le vide en avant du piston, alors la pression atmosphérique le poussera par derrière avec une force de 5000 kilogrammes. Il n'y a plus qu'à concevoir ce piston rattaché au convoi placé sur les rails et l'on aura alors une force motrice puissante, capable d'entraîner sur leur surface polie une charge énorme.

Il est bon de remarquer que la force n'a pas à faire équilibre à la charge, puisqu'elle repose sur un plan horizontal, mais à vaincre le frottement de roulement qui n'est jamais qu'une fraction très - faible du poids, un dixième au plus. Dans le cas actuel le piston pourrait donc entraîner dix wagons avec leur maximum de charge qui est précisément de 5000 kilogrammes environ.

La difficulté consistait à rattacher le piston au premier wagon sans établir de communication nuisible entre le cylindre et l'air du dehors, car il faut évidemment que le vide soit possible. Pour cela le piston offre deux têtes distinctes rattachées l'une à l'autre par une forte tige. Le tube est fendu dans toute sa longueur d'une fente rectiligne fermée par une bande de cuir (fig. 90). Dans la partie du cylindre qui est en avant du piston, la pression étant diminuée au dedans par l'action de la pompe, la pression extérieure applique la bande de cuir sur la fente et la ferme. En arrière du piston, au contraire, il n'y a aucun inconvénient à ce qu'il y ait communication avec le dehors ; cette communication doit même exister pour que le piston supporte à sa face postérieure la pression

atmosphérique. Aussi à la tige qui rattache les deux têtes du piston on a fixé une autre tige perpendiculaire, qui passe par la fente en soulevant la soupape de cuir, et va s'attacher au wagon qui tient la tête du convoi. Des galets roulant en arrière sur la bande de cuir, la remettent en place après le passage du piston.

Siphon. — Lorsque Ton a à faire passer un liquide d'un vase dans un autre , sans déplacer le premier , on emploie un petit appareil appelé siphon. C'est un simple tube recourbé en forme de U et ouvert à ses deux extrémités ; Tune des branches plonge dans le liquide , l'autre reste suspendue dans l'air (fig. 91) ; le tube a été à l'avance rempli du liquide dans

toute sa longueur, par exemple, en exerçant une succion au point C. Si alors on abandonne le liquide à lui-môme, il s'écoulera par l'orifice C d'une manière continue, pourvu que le niveau MN soit au-dessus du point G. Ce mouvement d'écoulement s'explique facilement. En D la petite couche liquide, comprise à l'intérieur du tube, sup-

Fig. 91.

porte de bas en haut, à l'unité de surface, et par transmission, la pression atmosphérique, mesurée par une colonne H du liquide qui remplit le vase. — En outre, elle supporte de haut en bas la pression de la colonne DB , pression mesurée sur l'unité de surface par la hauteur verticale DE ou h. C'est donc en définitive une pression de bas en haut égale à la différence H — h; h est évidemment moindre que H, sans quoi le siphon n'aurait pu être amorcé. De même en C l'unité de surface supporte directement de bas en haut la pression atmosphérique, toujours mesurée par une colonne de hauteur H, du liquide qui remplit le vase. En même temps elle supporte une pression de haut en bas , exercée par la colonne CB , et mesurée en hauteur verticale par C¥=h\ Ainsi en C la pression résultante est une force de bas en haut égale à H — h*. — Si ces deux pressions à l'unité de surface étaient égales, le filet liquide ABC serait en équilibre : et c'est ce qui

arriverait si le point C était sur le niveau horizontal MN ; pourvu toutefois que l'orifice G ne soit pas assez large pour que l'air puisse diviser le liquide et monter enB. — Mais si le point G est au-dessous du niveau MN, comme nous l'avons supposé, h' est plus grand que /», alors H — h 1 est plus petit que H — h. La pression de bas en haut en D remportant sur la pression contraire en C, alors le filet liquide glissera dans le sens ABC. — La pression atmosphérique remplit la branche AB au fur et à mesure qu'elle se vide, et l'écoulement continue jusqu'à ce que la différence entre h et h 1 soit zéro, c'est-à-dire jusqu'à ce que le niveau MN soit arrivé à la hauteur du point G. Alors l'écoulement cessera, et de plus, si l'orifice C est assez large, l'air montera, comme nous l'avons dit , en se mêlant au liquide, jusqu'en B, et, pressant alors sur les deux colonnes liquides , rejettera la colonne BG au dehors, et la colonne BA dans le vase.

Les formes données au siphon varient légèrement, et les variations ont toutes pour but de faciliter l'amorçage que l'on ne

peut pas toujours opérer par succion ; car il y a souvent inconvénient à lais-

rser le liquide se mettre en contact avec les lèvres. On emploie alors des siphons dont les orifices A et C sont fermés avec des bouchons. — On les remplit par une ouverture placée en B que Ton referme après le remplissage.

— Puis on découvre les orifices A et G et l'écoulement s'établit. Ou bien encore on ferme l'orifice C avec le \ doigt ou un bouchon, et Ton aspire au c moyen d'un tube latéral établi en K, Fi&. 92. soit avec j a b 0 u Cne | soit avec une pe-

tite pompe à air. Cette dernière forme est représentée dans la fig. 92.

ACOUSTIQUE