CHAPITRE V

De la pression atmosphérique et du Baromètre .

Avant que la physique fut devenue une science d’expérience, c’est-à-dire, jusqu’au temps de Galilée , on s’imaginait qu’aucune partie de l’espace ne pouvait être vide de matière , et l’on exprimait cette impossibilité en disant que la nature a horreur du vide. Ainsi , lorsqu’on voyait l’eau monter clans des pompes à l’instant où on élevait le piston, on disait que le piston en s’élevant tendait à faire un vide dans les tuyaux de la pompe , mais que la nature , cpii avait horreur du vide , s’empressait cl’y faire monter l’eau pour le remplir. Personne ne s’avisait de demander comment la nature, qui n’est que l’ensemble des phénomènes, pouvait ainsi se personnifier et se transformer eii un être susceptible de passions. A cette époque le doute n’était pas inventé. Un jour des fonteniers de Florence ayant construit une pompe très-longue dans le dessein d’élever de l’eau à une hauteur plus grande qu’ils n’avaient coutume de faire , ils trouvèrent qu’elle montait dans le corps de pompe jusqu’à trente-deux pieds environ , mais qu’elle ne voulait pas absolument monter plus haut , quoique l’on continuât de faire marcher le piston. Fort étonnés de cet accident , ils allèrent consulter Galilée, qui leur dit , en se moquant d’eux, qu’apparemment la nature n’av.ait horreur du vide cpie jusqu’à la hauteur de trente-deux pieds. Déjà ce philosophe avait entrevu que ce phénomène, et d’autres semblables, étaient de simples résultats mécaniques produits par la pesanteur de l’air • mais il n’avait probablement pas arrêté ses idées sur un sujet si nouveau 3 et il aima mieux donner aux fonteniers cette défaite que de hasarder son secret. Il mourut sans l’avoir ffc.it connaître 3 et ce fut Torricelli , son disciple , qui , par une expérience extrêmement frappante et ingénieuse , mit cette découverte dans tout son jour. Il remplit de mercure un tube de verre long de trois pieds 3 et fermé par un de ses

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bouts ; puis, bouchant l’autre bout avec le doigt, il renversa le tube et le plongea par cette extrémité dans un vase ouvert où il y avait aussi du mercure; alors, retirant le doigt, il cessa de soutenir la colonne de mercure contenue dans le tube. Aussitôt on la vit tomber , laissant le haut du tube vide, mais elle s’arrêta bientôt; et, après plusieurs oscillations , elle resta suspendue en équilibre , n’avant plus qu’environ vingt-huit pouces de longueur, ce qui , dans nos divisions métriques , répond à peu près à om,y6.

D’après cela , il était évident que si , dans les pompes , la nature n’avait horreur du vide que jusqu’à trente-deux pieds, elle n’en avait horreur, dans les tubes pleins de mercure , que jusqu’à la hauteur de vingt-huit pouces. Cette conclusion était si ridicule, qu’il fallut bien enfin douter du principe , et renoncer à ce grand axiome : non datur vacuum in rer uni naturâ.

La cause réelle de ces phénomènes est simple et facile à découvrir ; mais il faut la déduire des propriétés mécaniques de l’air , c’est-à-dire qu’après avoir établi les propriétés de ce fluide, telles que l’expérience nous les fait connaître, il faut montrer que les phénomènes dont nous venons de parler en sont des conséquences inévitables. Voilà la marche de la bonne physique.

Le fluide rare et transparent qui nous environne de toutes parts, et que nous nommons l’air, est un corps qui jouit , comme tous les autres , des propriétés générales de la matière ) il est résistant , il est pesant ; sa résistance se fait sentir lorsque nous le pressons dans un espace fermé , dans une vessie , par exemple. Il est si bien un corps , que son choc mécanique met en mouvement une infinité de machines : c’est lui qui pousse les ailes des moulins et qui gonfle les voiles des vaisseaux. On peut même s’assurer de son poids en le pesant à la balance ; car si on l’extrait de l’intérieur d’un ballon de verre, comme on peut le faire par un procédé que nous ferons bientôt connaître , ce ballon fermé ensuite et pesé se trouve plus léger qu’auparavant. D’après cela , quand la surface d’un liquide , tel que l’eau ou le mercure ?

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se trouve librement exposëe à l’air , elle est rëellement pressée par tout le poids de la colonne d’air qui repose sur elle. Comme cette pression est égale sur tous les points de la surface liquide, elle n’y produit aucun mouvement j mais , supposez qu’ayant plongé dans le liquide l’extrémité inférieure d’un tuyau de pompe , on vienne à tirer en haut le piston , ou , pour prendre un exemple encore plus simple , supposez qu’ayant plongé ainsi le bout inférieur d’un chalumeau de paille , on aspire par l’autre bout l’air qu’il contient : dans l’un et l’autre cas les molécules de la surface liquide, qui se trouvent dans l’intérieur du tube, sont évidemment déchargées d’une partie du poids de l’air qui pesait sur elles, tandis que les parties de la surface qui sont hors du tube sont encore pressées aussi fort qu’auparavant ; alors le liquide doit nécessairement céder par le côté où la pression est moindre, c’est-à-dire qu’il doit monter dans le tube jusqu’à ce que le poids de la colonne de liquide élevée, joint à l’élasticité de l’air qui y était resté , forme une pression égale à celle de l’air extérieur. Quand cette égalité a lieu , tous les points situés à la surface du liquide sont pressés également’ il n’y a pas de raison pour qu’ils se mettent en mouvement d’un côté ou d’un autre , et , par conséquent , l’équilibre doit subsister.

On voit donc que s’il était possible d’ôtcr tout l’air contenu dans l’intérieur d’un tube , le liquide monterait jusqu’à ce que son poids seul fît équilibre avec le poids de l’atmosphère. C’est le cas de l’eau dans les pompes , c’est le cas de l’expérience de Torricelli.

Quoique cette conclusion soit de toute évidence , nous avons un moyen de la vérifier , et il ne faut pas le négliger ; car c’est en marchant ainsi des faits à leurs conséquences , et des conséquences à de nouveaux faits , que l’on avance avec sûreté dans l’étude de la nature. Je dis donc que si l’ascension de l’eau et du mercure est réellement déterminée par la pression de l’air, il faut que le poids de la colonne d’eau de trente-deux pieds , élevée dans les pompes , soit égal à celui eelui de la colonne de mercure de vingt-huit pouces , qui se

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soutient clans le tube de Torricelli , en supposant toutefois que les bases de ces deux colonnes soient égales. Or , il est bien aisé de voir si cela est vrai ou non. En effet , en pesant, dans des balances très-exactes , des volumes égaux d’eau et de mercure , à des températures égales , par exemple , des ballons de verre remplis successivement de ces deux liquides, on trouve que le mercure pèse , à fort peu de cliose près , treize fois et demi autant que beau. Ainsi , selon notre raisonnement , la colonne de mercure , élevée dans le tube de Torricelli, doit être treize fois et demi moins longue que la colonne cbeau des fonteniers. Or , celle-ci était de trentedeux pieds, qui font trois cent quatre-vingt-quatre pouces • si vous divisez ce nombre par treize et demi , vous trouverez pour quotient vingt-huit pouces : c’est en effet la longueur qu’a réellement la colonne de mercure dans l’expérience de Torricelli • et l’accord est si juste , qu’on aurait pu prévoir cette longueur , par notre calcul , tout aussi exactement qu’on la détermine par l’expérience même. Cette possibilité de prédire les phénomènes est le caractère de la certitude. Admettons donc que l’air est pesant , et que la pression de l’atmosphère est la véritable cause des phénomènes que nous venons d’examiner • mais cherchons à soumettre encore notre conclusion à d’autres épreuves • examinons tous les autres effets que cette pression peut produire, et voyons si l’expérience les confirme.

La pression de l’air , comme celle de tous les autres fluides pesans , ne doit pas s’exercer seulement de haut en bas * elle doit comprimer dans tous les sens les surfaces des corps que l’air touche. C’est ainsi, par exemple, qu’un navire qui flotte sur l’eau est soutenu et soulevé de bas en haut par la pression de l’eau qui l’environne. De là , il résulte que , lorsqu’un corps est exposé à l’air , chaque point de sa surface est pressé par cet air , comme il le serait par le poids d’une colonne d’eau qui aurait trente-deux pieds de hauteur, ou par une colonne de mercure haute de vingthuit pouces. On a calculé à quoi pouvait monter la totalité de cette pression sur toute la surface du corps d’un homme

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de moyenne grandeur , et on a trouvé qu elle surpassait trente-trois milliers de livres , ou environ seize mille kilogrammes.

On trouvera peut-être ce résultat bien incroyable, et l’on pensera qu’une pression si considérable devrait gêner beaucoup , ou même empêcher tout-a-fait nos mouvemens 3 mais en general, dans les sciences il faut raisonner avant de juger, et ne point se hâter de rejeter un résultat comme absurde, uniquement parce qu’il nous étonne. Yoici un autre exemple bien plus fort. Il y a dans la mer des poissons qui vivent habituellement à de très-grandes profondeurs. Les pêcheurs en prennent quelquefois à deux ou trois mille pieds au-dessous de la surface de l’eau. Ces poissons sè trouvent donc chargés pendant toute leur vie, du poids d’une colonne cl’eau de deux ou trois mille pieds , c’est-à-dire , soixantedix-huit ou quatre-vingts fois plus lourde que le poids de l’atmosphère 3 cependant ils 11e sont point écrasés par cet énorme poids. Non-seulement ils vivent , mais ils se meuvent en tous sens avec la plus grande agilité. Cela est encore bien plus extraordinaire que de nous voir supporter si aisément la pression de l'air. Mais tout le merveilleux disparaît si l’on fait attention que les poissons dont nous venons de parler , sont intérieurement remplis et pénétrés de liquides qui résistent à la pression de l’eau extérieure , en vertu de leur impénétrabilité 3 de sorte que les membranes de l’animal n’en sont pas plus altérées que ne le serait la pellicule la plus mince , que l’on descendrait à une pareille profondeur. Quant à la facilité des mouvemens , elle tient à ce que le corps du poisson est également pressé par-dessus et par-dessous , à droite et à gauche , de sorte que la pression se contrebalance d’elle-même 3 et ainsi il lui est aussi aisé de se déplacer que s’il nageait à la surface même de l’eau. Semblablement , pour nous qui supportons le poids de l’atmosphère , l’intérieur de notre corps et nos os mêmes sont remplis , ou de liquides incompressibles, capables de supporter toutes les pressions , ou d’air aussi élastique que l’air du dehors , et qui contre-balance son poids : voilà pourquoi nous n’en

B TJ EAROMSTRg.

Sommes pas incommodes ) et nous n’éprouvons non plus au-* cune difficulté à nous mouvoir, parce que la pression de l’air rSe contre-balance de toutes parts sur les diverses parties de notre corps , comme celle de l’eau sur le corps des poissons, 1N.OUS ne pourrions être écrasés par l’air extérieur , que si on détruisait en nous l’air intérieur qui lui fait équilibre , et au contraire nous souffririons beaucoup si l’on nous déchargeait tout à coup de cette pression , en nous plaçant dans le vide ; car alors l’air intérieur n’ayant plus rien qui lui résistât , se dilaterait , nous gonflerait et nous ferait périr infailliblement. Cela arrive à un grand nombre de poissons , quand on les retire du fond des abîmes de la mer , et meme seulement d’une profondeur de vingt ou trente mètres. La plupart d’entre eux ont , dans l’intérieur de leur corps , une vessie remplie d’air, non pas d’air atmosphérique , mais d’une espèce particulière de gaz. qui se trouve produite et sécrétée par un résultat de leur organisation. Tant que ces animaux restent à la profondeur où ils vivent d’ordinaire, l’air contenu dans leur vessie a le degré de compression et d’élasticité nécessaire pour supporter le poids de l’eau qui pèse sur eux • mais si tout à coup on les tire hors de l’eau , comme ils n’ont pas tous des conduits assez larges pour chasser promptement le superflu de cet air , et comme quelques-uns même n en ont pas du tout , il arrive que leur vessie se gonfle , se crève, et l’air qu’elle contenait , occupant un volume quatre-vingts ou cent fois plus considérable , remplit leur corps , renverse leur estomac en dehors, le force même à sortir par la gueule et les fait périr. Alors on peut les laisser sur l’eau , ils ne vont pas à fond , leur corps flotte sur la surface , soutenu par cet estomac rempli d’air , comme par un ballon.

En général la connaissance' de la pression de l’air donne la clef d’une foule de résultats physiques qui se répètent sans cesse sous nos yeux. L’emploi de cette pression comme moteur s’applique à une infinité d’usages. L’un des plus simples et des plus utiles aux physiciens , c’est l’usage qu’on en fait pour produire des courans constans d’eau , d’air ou de diffé-

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rens gaz clans les appareils appelés gazomètres. Y or. ïggXraile general.

L’appareil deTorriceîli a reçu clés physiciens le nom de ha~ r o mètre , qui signifie mesure de la pesanteur, parce qu’en effet il mesure la pression exercée par l'atmosphère dans le lieu ois. il est place'. ^Son usage est indispensable dans une infinité d’expériences 3 et l’on peut aisément prévoir cette nécessité. Car la pression exercée par l’atmosphère étant une fores comprimante qui se combine presque toujours avec les autres fo rces dont nous pouvons disposer , on conçoit qu’il faut y avoir égard pour obtenir des résultats exacts. Je dois donc, avant d’aller plus loin , expliquer en détail toutes les précautions qu’il faut prendre pour rendre le baromètre aussi parfait, aussi exact qu’on puisse le désirer.

La première condition pour y réussir , c’est d’exclure exactement l’air de l’intérieur du tube de verre où le mercure doit rester suspendu. Or, c’est une chose cpii demande quelques précautions. Pour exposer le procédé dans sa plus grande simplicité, je me suis d’abord contenté de supposer que Fou versait du mercure dans le tube, et qu’on le renversait ensuite en posant le doigt sur l’extrémité ouverte , pour empêcher le mercure de tomber 3 mais si l’on bornait là ses soins, on 11’aurait jamais qu’un baromètre fort imparfait. D’abord le mercure, comme tous les autres liquides, absorbe de l’air, s’en pénètre, le mêle, le combine avec sa propre substance. Cet air s’y trouve donc engagé par deux causes 3 l’attraction du mercure pour lui , et la pression de l’atmosphère qui s’oppose au développement de son élasticité 3 mais une fois placé dans le vide barométrique, la pression de l’atmosphère étant supprimée, il fait les plus grands efforts pour se dégager, et il s’échappe en effet en bulles qui traversent le mercure et viennent crever à sa surface. Alors, se répandant à l’intérieur du tube barométrique , il s’oppose à la pression exercée par l’air du dehors, la contre-balance en partie , en vertu de sa propre élasticité, et par conséquent oblige la colonne de mercure à descendre plus bas qu’elle ne descendrait si Fuite-

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rieur dlf> tube était parfaitement vide ; de sorte que la hauteur observée de cette colonne n’exprime plus la véritable pression de l’atmosphère, mais seulement l’excès de la pression du dehors sur celle du dedans. On voit donc que, pour connaître la pression véritable, il faut commencer par chasser tout l’air qui est ainsi engagé entre les particules du mercure * on y parvient en chauffant le mercure jusqu’à le faire bouillir* la chaleur, déterminant une augmentation d’élasticité de l’air combiné, le force à se séparer, et une fois dégagé des liens de l’affinité qui le retenaient, il s’échappe en huiles à travers le liquide; on ferme alors avec soin le vase qui contient celui-ci ; on le laisse refroidir , et on le garde pour s’en servir au besoin.

Ce n’est pas tout , l’expérience prouve que les molécules de l’eau et de l’air adhèrent très-fortement à la surface du verre; et comme il y a toujours de l’eau en vapeur répandue dans l’atmosphère , il arrive qu’une petite couche d’eau et d’air s’attache aux parois intérieures des tubes de verre, et y adhère très-fortement. Si donc on emploie un pareil tube sans préparation pour faire un baromètre , et qu’on y verse du mercure, lorsqu’on aura rempli le tube, qu’on l’aura renversé, et que la colonne de mercure sera descendue comme à l’ordinaire, la petite coüclie d’eau et d’air qui adhérait aux parois du tube ne së trouvera plus comprimée par l’atmosphère qui pesait auparavant sur elle. Il lui arrivera donc la même chose qu’aux particules d’air qui étaient combinées avec le mercure ayant qu’on l’eut fait bouillir; c’est-à-dire qu’une portion de cette couche échappera à l’attraction du verre, se réduira en vapeur élastique dans l’intérieur du tube, et contre-balancera, en partie, par son élasticité , la pression extérieure de l’atmosphère; de sorte que, par l’action de cette seconde cause, la colonne de mercure du baromètre se tiendra encore trop bas. La seule ressource que l’on ait pour chasser cette petite couche d’humidité , c’est de chauffer si fortement le tube , qu’on l’oblige à se dégager; et même il faut que cette opération se fasse après que le mercure a été introduit dans le tube; car, sans qela? l’eau et l’air y rentreraient pendant