MESURE D UN ECOULEMENT A L AIR LIBRE

La mesure d'un débit, c'est-à-dire de la quantité de liquide versé en un temps donné, se fait, en général, au moyen de vases ou d'éprouvettes gradués dans lesquels on reçoit le liquide qui s'écoule pendant un temps exactement connu. Deux ou plusieurs épreuves successives .montrent si l'écoulement est uniforme, c'est-à-dire si, en des temps égaux, les quantités versées ont été égales, ou si au contraire l'intensité du débit a varié.

Non-seulement celle méthode est lente, mais encore elle est peu précise, car il est difficile de mesurer exactement le temps pendant lequel l' eprouvette a reçu le liquide ; ce n'esl qu'en faisant cette durée très-longue qu'on rend négligeables les erreurs commises dans l'évaluation du temps. Mais alors on ne peut avoir qu'une confiance très-bornée dans la signification des volumes mesurés, relativement à la régularité de l'écoulement. On peut concevoir que, pendant deux épreuves, toutes deux de même durée, une même quantité de liquide ait été versée, ce qui ferait croire que l'écoulement a été régulier, et que pourtant la vitesse avec laquelle ce liquide s'est écoulé ait été très-différente" aux divers instants de ces deux expériences.

La méthode graphique permet d'éviter ces causes d'erreur,

en même temps qu'elle simplifie les procédés de mensuration d'un débit de liquide. Nous allons indiquer ces différents procédés.

A. Inscription des changements de niveau qui se produisent dans le vase où le liquide s'écoule. — Pour inscrire un débit de liquide, il suffit parfois de placer un flotteur sur l'éprouvette qui va se remplir et d'inscrire les phases graduelles de l'ascension de ce flotteur. Afin d'éviter les effets de l'agitation des liquides sous l'influence de l'écoulement et les trépidations qui s'ensuivraient du côté de la ligne tracée, il est avantageux d'employer deux vases communiquants dont l'un reçoit le liquide, tandis que l'autre contient le flotteur. Cette disposition est représentée figure 86.

Si la somme des sections transversales des deux vases correspond à un nombre simple de centimètres carrés, 20 centimètres carrés par exemple, une ascension de 1 centimètre éprouvée par le flotteur exprimera un débit de 20 centimètres cubes d'écoulement et ainsi de suite. Le déplacement du flotteur se transmet, à l'aide d'un fil, au chariot inscripteur de l'appareil déjà représenté (1). Quand le mouvement du flotteur est très-faible, comme cela arrive quand on se sert d'un flotteur à petite section, il faut un appareil inscripteur extrêmement sensible : nous allons décrire et représenter (fig. 86) celui qui nous a fourni les meilleurs résultats.

L'emploi de deux vases communiquants présente un désavantage dans le cas où le débit du liquide qu'il s'agit de mesurer est peu considérable. En effet, la portion du liquide qui est dans le vase muni du flotteur est seule active pour produire l'inscription de l'écoulement. Plus la surface de ce vase sera grande, mieux seront assurés, contre les résistances passives, les mouvements du flotteur et par suite ceux du style écrivant. Il est donc assez utile de faire le vase à flotteur assez large : de ne pas lui donner moins de 4 à 5 centimètres de diamètre.

Au contraire, l'emploi clés deux vases communiquants est très-précieux quand on doit mesurer un débit considérable ;; cette disposition constitue un excellent moyen de réduire, dans

(1) Voyez Ier volume, p. 264, figure 124.

un rapport connu, les indications de l'appareil inscripteur relativement au volume du liquide écoulé.

Supposons que le vase qui porte le flotteur fasse parcourir au style écrivant 20 centimètres de chemin pour un litre de liquide versé clans ce vase, si l'on met le vase à flotteur en

Fig. 8fi. — Flotteur inscrivant la courbe d'un écoulement de liquide. A et H vases communiquants; e orifice d'écoulement; n niveau graduellement croissant de l'eau dans les deux vases. Du (loueur qui remplit presque entièrement le diamètre du vase B, se détache un lil qui passe sur une large poulie d'alumi lium, et va actionner le style inscripteur représenté figure 87.

communication avec un autre de même forme cl de même rapacilé, il f;mdr;i un écoulement de deux lilres pour produire la même course ; en donnant au deuxième vase une sec-lion

•transversale 99 fois plus grande que celle du premier, il faudra un débit de 100 litres pour produire le même parcours du style écrivant. Ainsi, ce procédé permet en réalité désensibiliser ou de désensibiliser Tappareif inscripleur de l'écoulé^ ment d'un liquide et de régler les indications de cet appareil à une échelle convenable (i).

Un point important clans ces expériences, c'est d'assurer la liberté des mouvements du flotteur et d'empêcher celui-ci d'aller se coller aux parois de l'éprouvette sous l'influence de la capillarité, ce qui créerait des résistances notables à la transmission du mouvement. On obvie à ce danger en employant un flotteur percé d'un tube longitudinal que traverse un fil de métal fortement tendu. Ce fil sert de guide au flotteur qu'il maintient constamment au centre de l'éprouvette.

Une autre disposition pour inscrire les phases d'un écoulement de liquide est celle que Mosso a employée pour mesurer le déversement lie au changement de volume d'un organe immergé dans un liquide (2).

C'est clans une éprouvette flottante que le liquide est re-. cueilli. À mesure qu'elle s'emplit, l'éprouvette plonge davantage, cà la façon d'un aréomètre à volume variable; elle transmet son mouvement à un appareil inscripleur qui, en traçant la courbe duplongement de l'éprouvette, trace, par conséquent, la courbe de l'écoulement qui s'est produit. Tout en conservant l'emploi de l'éprouvette plongeante, j'ai substitué au mode d'inscription employé par Mosso, l'emploi du chariot horizontal qui trace sur le cylindre. Dans les expériences de ce genre, j'ai du atténuer autant que possible les résistances dues aux frottements, afin que les mouvements du style obéissent bien fidèlement aux changements de niveau du liquide qui les commandent.

Voici la disposition qui, jusqu'ici', me satisfait le mieux.

(d) C'est sur ce principe que sont établis -les flotteurs ■ destinés à inscrire }es niveaux des fleuves et les hauteurs dos marées. Le flotteur de ces instruments est placé dans un puits qui communique, par un tuyau latéral, soit avec te fleuve, soit avec la mer, de sorte que les'effets du courant ou 'ceux de l'agitatipn des vagues n'arrivent pas jusqu'à lui. .. ...

(2) Mosso, Von Einigcn neuen Eigens'-ltaftcu dcr Gcfasswand. — Arheiten aus Physiol. Lab. zu. Leipzig, 1875, p, 158. . .

Et d'abord, pour ne pas multiplier- les appareils, celui qui fout à l'heure servait de flotteur inscrivant (fi g'. 86) va devenir, au besoin, éprouvelte inscrivante. Ce flolteur,en effet, est ouvert par en haut et présente une capacité cylindrique clans laquelle, au moyen d'un tube spécial, on fait arriver- le liquide à mesurer. Le fil tendu qui traverse le tube intérieur de l'éprouvettela guide avec le moins de frottements possible.

Enfin, pour faciliter autant que possible les mouvements du style écrivant, je remplace le chariot déjà connu par un flotleur spécial qui glisse sur deux petits canaux, conduit par deux fils réfléchis sur des poulies semblables à celle de la machine d'Atwood. La figure 87 donne une idée de cette disposition qui peut s'appliquer à un très-grand nombre d'expériences ainsi qu'on le verra plus tard.

Fig-; 87.' — Style écrivant conduit sur deux canaux afin de réduire les frottements au

minimum.

On y voit, écrivant sur le cylindre, le stylo qui trace les mouvements du flotteur sous l'influence d'un écoulement de liquide, A droite de la ligure, on aperçoit le sommet du vase de wiTo 15 (f)g.';86) qui contienj le ('loi leur ; le fil qui s'attache on li.'inl do celui-ci, se réfléchit >\\v dne première poulie d'aluminium, puis sur une seconde, après quoi il redescend el soutien]) un contre-poiçls*

Chaque foisrque le flotteur s'o.lèytè d'une certaine quantité, le coiiin'-|ioi(ls descend d'autant, el lé fil, dans sa partie horizontale, se déplace, de droite à gauche, de La même

quantité, en faisant tourner les deux poulies qui sont extrêmement mobiles. Or, c'est dans ce mouvement que le fit entraîne le style inscripteur. Celui-ci fait partie d'un système flottant formé de deux tubes légers, fermés à leurs deux bouts et réunis l'un à l'autre par des traverses ; ces deux tubes sont placés exactement clans l'axe de deux canaux remplis d'eau sur lesquels ils flottent avec une facilité extrême. Entre les deux canaux est une longue fente par laquelle descend une tige verticale qui se détache des flotteurs conjugués pour aller porter la plume écrivante au contact du cylindre.

Dans la figure 87, on aperçoit seulement l'extrémité de la plume au moment où elle trace la courbe sur le cylindre. Avec celte disposition, . les frottements sont très-réduits, car les poulies d'aluminium tournent avec une extrême facilité et le glissement sur l'eau est aussi très-facile.

Pour que le style soit conduit en ligne parfaitement droite, il faut prendre certaines précautions: quand les parois des canaux et celles des flotteurs sont toutes deux mouillées par l'eau, il se manifeste, en vertu de la capillarité, une tendance à un déplacement latéral qui fait coller les flotteurs contre les parois des canaux. On supprime cette tendance en passant les flotteurs sur la flamme d'une bougie, afin de les enduire de noir de fumée; dès lors, ils ne sont plus mouillés par l'eau, et comme l'eau mouille, au contraire, les parois des canaux, les flotteurs se trouvent maintenus, par une répulsion liée à la capillarité même, dans l'axe des canaux sur lesquels ils glissent. Grâce à cette précaution, le style obéit, sans saccades, au changement de niveau de l'eau dans le vase où se trouve le flotteur et fournit des courbes tout à fait satisfaisantes.

Quel que soit le procédé qu'on préfère, qu'on se serve du flotteur ou de l'éprouvette plongeante, celte méthode suppose l'emploi d'un cylindre qui tourne avec plus ou moins de vitesse suivant la durée de l'expérience. La disposition la plus simple consiste à placer sur l'axe du cylindre une poulie de grand diamètre qu'une courroie sans fin relie à un moteur d'une vitesse convenable. Suivant la durée de l'expérience,

on prend, pour actionner la poulie, un moteur. qui fasse un tour en un jour, en une heure, en une minute, etc. (1).