CHAPITRE III

EXPÉRIENCES GRAPHIQUES SUR LES VARIATIONS DE NIVEAU DANS UN VASE SOUMIS A UN AFFLUX ET A UN ÉCOULEMENT DIVER- SEMENT COMBINÉS.

Disposition de l'expérience ; moyen d'inscrire les changements du niveau des liquides. — Phases de l'élévation du niveau dans un cylindre quand l'afflux se produit sous charge décroissante. — Phases d'abaissement du niveau quand l'écoulement se produit sous charge décroissante. — Variations du niveau quand l'afflux et l'écoulement se font tous deux à la fois. — Variations du niveau lorsqu'un afllux intermittent se combine à un écoulement continu.

Pour bien se rendre compte des variations de pression qui résultent d'un afflux et d'un écoulement de liquide combinés de différentes façons, il faut donner à cet afRux, à cet écoulement et à la pression même, des valeurs déterminées. Nous choisirons donc les conditions les plus simples, à savoir un afflux sous charge connue, un écoulement sous charge également connue ; enfin, nous opérerons sur un vase de forme cylindrique, dans lequel par conséquent les niveaux, c'està-dire les pressions, s'élèveront proportionnellement à la quan* tité de liquide contenu dans le vase-

Pour cela prenons figure 48 un cylindre G muni inférieurement de deux ouvertures, l'une, pour l'afflux, recevant le liquide d'un réservoir à niveau constant R, par un tube A muni d'un robinet, l'autre pour l'écoulement, laissant déverser le liquide par un tube E dans un vase R duquel il déborde, par le conduit D, ce qui constitue pour le lieu d'écoulement une position toujours la même.

Si nous fermons le robinet d'écoulement E, et si nous laissons le vase se remplir sous la charge duréservoirR, la réplétion ne se fera pas sous charge constante ; car a mesure que le niveau s'élèvera dans le cylindre G, la charge, c'est-à-dire la

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différence de hauteur entre le niveau constant du réservoir R et celui du cylindre diminuera. L'afflux s'arrêtera quand les deux vases auront le même niveau.

D'autre part, si nous fermons le robinet A du tube d'afflux, quand le cylindre sera rempli, et si nous laissons Técoulement se faire seul, le niveau s'abaissera dans le cylindre C, mais l'écoulement ne se produira pas sous charge constante, car la charge sous laquelle il s'effectue est la différence toujours décroissante qui existe entre le niveau dans le cylindre C et celui du vase à écoulemement R.

Inscrivons d'abord les phases de chacune de ces variations de niveau: celle qui se produit par l'afflux seul et celle qui a lieu par l'écoulement seul.

• Pour cela, nous plaçons sur le liquide du cylindre un flotteur guidé par unlîl vertical (1) et nous inscrivons les déplacements verticaux de ce flotteur sur un cylindre qui tourne d'un mouvement uniforme.

On obtient d'excellents résultats avec la disposition suivante r Un bambou / d'environ 3 mètres de long est articulé en C, et porte à son court bras de levier un poids P qui, non seulement fait équilibre au grand bras, mais tent à le soulever avec un excès de force. Attachons au levier un fil qui le relie au flotteur et tous les mouvements de celuici seront fidèlement suivis par le levier. Munissons enfin l'extrémité libre du levier d'une plume contenant de l'encre formée de glycérine et de rouge d'aniline et nous pourrons inscrire indéfiniment, sur le cylindre tournant 0, les mouvements d'élévation et d'abaissement du flotteur.

Grâce à la longueur du levier, l'arc de cercle tracé par la plume écrivante se confondra avec une ligne droite, a a dans la figure 49 et nous pourrons le négliger.

I. Phases de l'élévation du liquide dans un cylindre quand l'afflux se produit sous charge décroissante. — Quand le cylindre est vide et que le niveau du liquide est tombé à zéro, on ouvre le robinet d'afflux A et l'on voit s'écrire la courbe A (fig. 49). Cette courbe n'est ni une parabole ni une hyperbole, l'équation en serait très compliquée; bornons-nous

(1) Pour la disposition du flotteur, voir La Méthode graphique^ p. 216.

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à y voir l'expression d'un mouvement diminué, indiquant que la pénétration du liquide devient de plus en plus lente à mesure que la différence est moindre entre le niveau du réservoir et celui de l'eau contenue dans le cylindre.

IL Phases de rabaissement du niveau du liquide dans le cylindre, sous Vinfluence de Vécoulement seul. — Lorsque le cylindre est rempli et que la courbe a atteint son niveau le plus élevé, fermons le tube d'afllux et ouvrons celui d'écoulement. Il se produira une courbé E, inverse de la précédente, montrant que l'écoulement se fait comme l'afflux avec une vitesse décroissante. La courbe E, est très sensiblement semblable à la courbe A. Les mêmes conditions se rencontrent de part et d'autre, mais agissent en sens inverse.

Dans l'un et l'autre cas, la différence de pression entre le niveau du cylindre et ceux des réservoirs d'afflux ou d'écoulement décroît du commencement à la fin de l'expérience, et, avec cette différence de niveau, décroît la quantité de liquide qui entre dans le cylindre ou en sort en un temps donné.

III. Changements de lapression dans le cylindre sous l'influence de l'afflux et de Vécoulement se produisant tous deux à la fois. — Quand le cylindre est vide et que la plume inscrivante a été amenée à zéro (fig. 49), ouvrons à la fois les deux robinets, de manière que l'afflux et l'écoulement se produisent en même temps. Nous verrons le niveau du liquide s'élever suivant la ■courbe A E (ascendante), et le niveau finira par s'arrêter ;en une position qui exprimera que l'afflux et l'écoulement se €ompensent d'une manière exacte à un moment donné. Le niveau auquel s'établira ce régime régulier du mouvement •du liquide correspondra à la partie moyenne du réservoir, si l'afflux et l'écoulement se font avec une abondance égale.

Cette courbe montre que la pression ou niveau s'élève •d'abord assez vite, car le vase, étant vide au début de l'expérience, se trouve dans les conditions de maximum de différence de charge en faveur de l'afflux et de minimum en faveur de l'écoulement. Mais, à mesure que Me cylindre se remplit, non seulement la charge qui produit l'afflux diminue, mais celle qui produit l'écoulement augmente. Ces deux charges, variant en sens inverse, arrivent nécessairement à être égales. A ce moment, il n'y a aucune raison pour que le

niveau du liquide varie dans le cylindre, puisque celui-ci perd exactement par Técoulement autant de liquide qu'il en reçoit par l'afflux.

Si nous répétons la même expérience à partir du moment où le cylindre est plein, nous avons la courbe E A (descendante) qui exprime que Técoulement l'emporte d'abord sur Tafflux, puisque les conditions initiales du niveau lui sont très favorables, tandis qu'elles s'opposent àTarrivée du liquide du réservoir R. Mais, peu à peu, les deux influences s'égalisent et le régime régulier des courants se produit; la courbe atteint alors le niveau qu'elle occupait dans Texpérience précédente (1).

IV. Variations duniveaii dans un ajlindre^ lorsque des afflux intermittents se combinent à un écoulement continu, — Ici nous nous rapprochons des conditions de la circulation du sang, car l'intermittence des afflux du sang envoyé par le cœur va être imitée. Pour cela, ouvrons et fermons alternativement le robinet du tube d'afflux; tandis que l'écoulement s'effectue d'une manière continue. Nous aurons ainsi des ondées intermittentes comme celles que le cœur envoie, et un écoulement continu comme celui qui se fait à travers les vaisseaux capillaires (2).

Si Texpérience se fait à partir du moment où le vase était vide, nous obtiendrons la courbe ascendante qui, dans la figure 49 porte la suscription afflux intermittent. Dans cette courbe, on voit que le niveau du liquide s'élève d'abord beaucoup dans les premiers afflux, puis de moins en moins vite. En outre, pendant les périodes de compression du tube, le niveau éprouve d'abord un simple arrêt dans son élévation, puis

(1) Ce niveau n'est pas rigoureusement atteint dans la figure 49, cela lient, d'une part à ce qu'il faut un temps très long pour que cet équilibre entre l'afnux et récoulement s'établisse, et d'autre part à ce que, dans mon appareil, certaines influences do capillarité empêchaient la parfaite obéissance du flotteur aux variations du niveau du liquide.

(2) Un assez bon moyen de régler l'intermittence des afflux, c'est de laisser ouvert le robinet d'afflux ot de pincer entre ses doigts le tube d'une manière intermittente. On régularise le rythme des compressions et relâchement du tube en se réglant sur le bruit d'un métronome. J'ai plus récemment employé un appareil électro-magnétique pour obtenir ces intermittences avec une précision absolue,; la précision qu'on obtient avec la main est suffisante pour une expérience de ce genre.

redescend d'une manière deplusen plus sensible jusqu'à ce que les deux phases de la saccade, celle d'ascension et celle de descente soient devenues égales. Le régime régulier du mouvement du liquide est alors obtenu. Vers la fin de la figure, on supprime entièrement Tafllux et Ton voit s'inscrire la courbe d'écoulement seul avec la forme que nous lui connaissons depuis l'expérience IL

Répétons la même expérience en partant du moment où le cylindre est rempli d'eau ; nous obtiendrons la courbe descendante: afflua: inlermitlent. Celte courbe, analogue à la précédente, mais inverse, ira rejoindre la première, quand le régime régulier du phénomène sera établi. Cessons de comprimer le tube d'afflux et nous verrons se produire, vers la fin de la figure, la courbe d'afllux et d'écoulement continus, s'exerçant simultanément comme nous Tavons déjà vu dans la ligne A E (ascendante).

L'étude de ces courbes ou l'afflux est intermittent, présente un grand intérêt, puis qu'elles nous conduit directement à l'interprétation de ce qui se passe dans la circulation du sang, lorsqu'aprôs une perturbation passagère, le régime de la pression tend à reprendre sa régularité.

Une première remarque frappe le lecteur en présence de la figure49, c'est que les courbes ascendantes et descendantes de Vafflux intermittent atteignent leur régime régulier à un niveau inférieur à celui où ce régime se produit, quand Tafflux et Técoulement sont tous deux continus. Cela s'explique aisément par ce fait, qu'il y a toujours prédominance des influences de Técoulement qui dure toujours, sur celles de l'afflux qui est intermittent.

Nous voyons aussi que les deux courbes , par une conséquence nécessaire de cette inégalité des deux influences antagonistes, expriment un changement inégalement brusque du niveau général du liquide. La courbe ascendante s'élève avec lenteur; la courbe descendante tombe très vite. En efl'et, la force qui tend à faire baisser le niveau est toujours, en vertu de sa durée, dans des conditions plus favorables que la force qui tend à l'élever. Si l'on regarde ce qui se passe à l'origine de la courbe afflux intermittent descendante, on voit que la chute de cette courbe est d'abord

à peine interrompue par les phases d'afflux, parce que celles-ci s'accomplissent dans des conditions de très faibles différences de niveau ; plus tard, à mesure que la charge du réservoir R prend de la valeur, les afflux ont plus d'importance.

En somme, les ascensions du niveau ne se font jamais comme si la charge du réservoir agissait tout entière, car • la pénétration du liquide est toujours en partie compensée par l'écoulement qui se fait dans le même temps. Cette compensation est parfaite quand le régime régulier est atteint.

L'inverse se produirait si, procédant d'une manière contraire, on rendait les écoulements intermittents, pendant que les afflux seraient continus. C'est ce qui a été réalisé dans des expériences faites, l'une à partir de la vacuité et l'autre à partir de la plénitude du cylindre. Les courbes obtenues portent la suscription écoulements intennittejits. Il est inutile de décrire plus longuement leur signification, d'autant plus qu'elles s'écartent des types que nous fournit l'étude de la circulation du sang. Nous ne les avons données que pour rendre plus intelligible la manière dont sont produites les variations du niveau, ou de la pression, quand les afflux sont intermittents.

Chacune de ces courbes onduleuses pourrait être construile a priori, étant données, la courbe de l'afflux avec l'écoulement A E, et celle de l'écoulement seul E, ainsi que le rythme des intermittences.

En effet, prenons le cas où, le réservoir étant vide, nous ouvrons en permanence le tube d'écoulement, tandis que nous ouvrons et fermons tour à tour, de seconde en seconde, le tube d*afflux. Traçons sur le papier des divisions équidislantes qui, portées sur l'axe des x, correspondent à des intervalles d'une seconde. Il est clair que si nous ouvrons à l'instant o, le tube d'écoulement, le niveau s'élevant sous l'influence combinée de l'afflux et de l'écoulement suivra la direction déjà connue d'après la courbe A E (ascendante) et que la l*"* partie de la 1'^ oscillation sera parallèle et superposable à la portion de la courbe A E qui correspond à la 1"* seconde.

A partir de l'extrémité supérieure de cet élément de la courbe, l'écoulement s'exercera seul pendant une seconde; le

niveau baissera donc suivant la pente que présente à ce niveau la courbe E déjà connue, et celte courbe continuera à descendre jusqu'à la rencontre de la division qui correspond à la 2* seconde. A cet instant, une nouvelle ouverture du tube d'afflux fera de nouveau monter le niveau du liquide suivant la pente que présente au même niveau la courbe A E, et cette élévation, moins rapide que la précédente, durera jusqu'à la 3* division des secondes, où elle fera place à une phase descendante, pareille à la portion correspondante de la courbe E.

Bien que la figure 49 ait été faite en réduisant les courbes originales par la photographie, puis en gravant ces courbe s réduites, on n'y trouve pas ce parallélisme, aussi complètement que dans les tracés originaux (1).

Ces expériences jettent un grand jour sur la signification des tracés obtenus en mesurant les variations par lesquelles la pression du sang reprend son régime régulier lorsqu'elle a éprouvé une perturbation passagère. Elles nous permettent de lire presque couramment les courbes manométriques obtenues pendant la compression et le relâchement de l'aorte, soil qu'on , explore la pression en amont (fig. 44) ou en aval (fig. 43) de la région comprimée.

Et pourtant, nous n'avons encore abordé le problème que dans des conditions incomplètes. Nous nous sommes systématiquement éloigné des conditions de la circulation, en faisant, dans notre réservoir, la pression proportionnelle au volume l'eau qui pénètre ou qui s'écoule, tandis que la connaissance

le nous avons des caractères de l'élasticité artérielle nous

>ntre que plus les artères sont remplies, moins il faut de [ng nouveau pour y produire une élévation de pression égale

aux ellévations qui se sont déjà produites sous l'influence fes ondées précédentes.

(1; Il s'agit ici du parallélisme entre chaque élément de la courbe onduleuse et l'élément correspondant des courbes AE et E. Mais l'examen des tracés obtenus [dans mes différentes expériences m'a toujours montré que ce parallélisme existe. Toutefois, aux points extrêmes de Toscillation, Tinertie des pièces en mouvement, si petite qu'elle soit, déforme légèrement et arrondit les extrémités de ces oscillations. Celte déforqiation devient insigniflante si, en donnant aux intermittences des afflux une période plus longue, S à 4 secondes, on augmente rétendue de chacune des branches des oscillations.

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Il y aura donc lieu de se placer dans des conditions plus rapprochées de celle que la physiologie nous présente, en opérant sur des vases qui ne soient pas de forme cylindrique.

Imaginons, en effet, que le liquide dont ont inscrit les changements de niveau soit contenu dans un vase conique à base inférieure ; il faudrait beaucoup de liquide pour produire dans les premiers instants une certaine dénivellation, c'est-à-dire une certaine élévation de pressiez ; puis, à mesure que le vase se remplirait, son diamètre se rétrécissant, on verrait que des afflux égaux produiraient ces dénivellations de plus en plus importantes. Ainsi se trouveront fidèlement imitées les conditions mécaniques que crée la tension élastique des artères à titre de résistance à Teffort du cœur.

Mais les expériences qui viennent d'être décrites suffisent déjà pour montrer que les variations du niveau dans un vase soumis à la fois à des afflua intermittents et à un écoulement continu de liquide présentent de frappantes analogies avec celles qu'on observe dans la pression du sang, quand une perturbation quelconque en vient changer la valeur moyenne. La comparaison des tracés manométriques représentés cidessus avec les courbes obtenues dans des conditions purement physiques rend cette analogie évidente.

On verra, dans la suite de ce travail, que la manière dont s'établit la formation d'un nouveau régime régulier permet de discerner les cas où la force du cœur reste constante de ceux où l'effort de cet organe se modifie pour s'adapter aux résistances qu'il doit surmonter. (A suivre.)