DU BAROMÈTRE, DU SYMP1ÊSOMÈTRE ET DU THERMOMÈTRE
Le Baromètre est un instrument de physique destiné non seulement à faire connaître les variations qui arrivent à la pression exercée par l’atmosphère dans le lieu où il est placé, mais encore à en donner la mesure exacte. L’immense utilité de cet instrument en a fait une découverte importante qui immortalisera le nom de Torricelli.
On ne savait pas quelle était la force qui faisait monter l’eau dans le corps des pompes aspirantes et qui l’jr soutenait, et dans l’hypothèse du plein, on prétendait que la nature ne pouvant souffrir le vide qui se serait trouvé entre le piston et l’eau, était forcé de le suivre dans son ascension ; mais un fait particulier fit connaître la limite de cette force : les fontainiers du Grand-Duc de Florence ayant eu besoin de pompes de 4<> ou 5o pieds , lorsqu’on les mit en jeu on ne put jamais faire arriver l’eau à leur extrémité. Galilée, s'étant assuré de la hauteur à laquelle elle s’arrêtait, la trouva d’environ trentedeux pieds , et cet esprit aussi sage que transcendant , qui avait reconnu et démontré la pesanteur de l’air, put aisémeut soupçonner que s’était le poids de la colonne atmosphérique qui faisait équilibre aux trente-deux pieds d'eau restés en suspension dans le corps des pompes. Cependant ou ne pouvait guère espérer de celte idée des résultat!
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bien utiles , lorsque plus tard ( en t6,3) Torricelli s’en empara et la développa d’une manière heureuse. Voulant répéter en petit et d’une mauière plus commode l’expérience du vide qui se fait dans les pompes au-dessus de la colonne d'eau , il imagina de substituer A l’eau un fluide quatorxe fois plus pesant , le mercure , présumant qu’une colonne nuatone fois plus courte ferait ainsi équilibre à cette force qui soutenait trentedeux pieos d’eau. Ayant donc rempli on tube d’environ trente pouces ( o” ,8) , fermé hermétiquement à l'une de ses extrémités , il boucha l’autre avec un doigt , et l’ayant retourné et plongé dans une cuvette remplie de mercure ; il retira le doigt ; alors le mercure du tube y descendit jusqu’à la hauteur d’environ vingt-huit pouces au-dessus du niveau de celui de la cuvette , comme le physicien l’avait présumé ; telle fut l’origine du Baromètre. Si Galilée, si Torricelli ont reconnu, ainsi qu’on l’a dit, la cause de ce phénomène , il était réservé à Pascal de la constater irrévocablement Ce fut lui qui imagina de faire porter le tube de Torricelli à différentes hauteurs dans l’atmosphère , et qui établit ainsi , d’une manière incontestable , que la pression atmosphérique était bien la cause de la suspension du mercure , puisqu’il s'abaissait dans le tube , à mesure que cette pression diminuait C’est cette belle expérience qui se répète toutes les fois qu’on mesure des hauteurs par le moyeu du baromètre. C’est encore par elle que les observations multipliées et suivies du baromètre sur divers points d’uuc contrée, et la connaissance de sa hauteur moyenne , qui en est la suite , peuvent donner leur différence de niveau. L’invention du baromètre , cette idée si simple mais si ingénieuse , est un des plus grands services rendus à l’astronomie , la physique et la chimie : avec de tels instnimens , devenus comparables par les progrès de nos sciences et de no? arts , les expériences peuvent se répéter en les ramenant aux mêmes circonstances ; le calcul peut leur être appliqué , et les lois des phénomènes naturels peuvent en être déduites
avec quelques certitudes. Cet instrument, qui donne avec tant de précision, dans tous
les moments , la mesure exacte de la pression atmosphérique , est devenu aussi nécessaire et aussi indispensable que le thermomètre aux sciences expérimentales. Comment
Galilée , après sa remarque sur les pompes de Florence , u’a-t-il pas imaginé l’expérience de Torricelli ? Comment Tnrricelii n’a-t-il pas imaginé les expériences conlirmatives de Pascal ? Il semblerait , au premier coup-d’iErl , que tout le monde aurait pu faire ces rapprochemcns si simples ; mais l’histoire des sciences nous apprend à ne nous point étonner de voir d’excellens génies manquer des découvertes auxquelles ils touchaient La vénération de Torricelli pour Galilée , et son extrême modestie , lui firent presque regretter que l’idée si simple de sa découverte ne fut pas venue à ce grand homme , comme une conséquence toute naturelle de la remarque qu’il avait faite sur la suspension de l’eau dans les pompes. On était loin d'avoir perfectionné les moyens de faire le vide , et Torricelli venait de produire le vide le plus parfait dans l’espace de quelques pouces abandonnés par le mercure à l'extrémité de son tube ; ce vide a conservé son nom , et la physique en a su tirer un grand parti pour ses expériences les plus délicates , comme la mesure exacte de la tension des vapeurs.
Ce tube de Torricelli était un véritable baromètre, très-imparfait à la vérité, parce que à cette époque on négligeait un grand nombre de précautions nécessaires à sa construction.
En effet , pour obtenir un bon baromètre , dont on puisse regarder les indications comme la vraie mesure de la pression de l’atmosphère , il ne sufbt pas de former d'un seul jet une colonne de mercure renfermée dans un tube de verre d'environ 81 centimètres ( 3o ponces ) de longueur , ayant au moins a millimètres ( i ligne ) de diamètre , scellé à son extrémité supérieure et plongé par l'autre , qui est ouverte , dans une cuvette ou bouteille pleine de mercure , et de placer ce tube entre deux échelles , l’une divisée en centimètres et millimètres, l'autre en pouces et lignes, et d'y adapter même des verniers donnant les dixièmes de millimètres. Cette construction vicieuse , employée généralement parles marchands ambulans, ne donnera jamais un instrument de précision.
Pour rendre le baromètre aussi parfait, aussi exact qu’on puisse le désirer, il faut exclure exactement non seulement l’air absorbé par le mercure , mais encore les molécules de l'eau et de l’air coulenus dans l’intérieur du tube et qui adhèrent trèsfortement à la surface du verre.
Pour chasser tout l’air qui se trouve engagé entre les particules du mercure , il faut Je chauffer dans un yase de fer , jusqu’à le faire bouillir ; la chaleur déterminant une
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augmentation d'élasticité île l’air combiné, le force à se séparer, et une fois dégagé des liens de l'affinité qui le retenaient , il s’échappe en bulle à travers le mercure ; on ferme ou couvre alors avec soin le vase qui le contient ; on le laisse se refroidir et on le garde pour s’en servir an besoin.
Pour purger la petite couche d’eau et d’air attachés aux parois intérieures du tube de verre déjà scellé à l'une de ses extrémités , c’est de le chauffer fortement pour l'obliger à se dégager ; celte opération , qui au premier abord peut paraître très-difficile , devient très-facile en s’y prenant avec précaution de la manière suivante : ayei un petit fourneau de terre échanrré par un bord ; mcttci-y du charbon allumé , disposé de manière cependant à ne pas former de flamme ; puis présenter le tube vide sur ce feu , de loin d’abord , puis d’un peu plus près , puis de plus près encore , jusqu’4 ce qu'enfin on l’échauffe très- forte ment : en même temps on le fait tourner sur lui-même entre les doigts , pour qu'il s’échauffe de tous les c6tés , et on le promène sur le feu dans toute sa longueur. Le tube étant ainsi bien séché, on y verse du mercure déjà bouilli, non pas asses pour le remplir tout entier , mais seulement asses pour y occuper une longueur d’environ 5 centimètres ( a pouces J ; alors on présente de nouveau le tube sur le feu, mais encore avec plus de précaution qu 'auparavant: on le chauffe graduellement de plus en plus jusqu'à ce que le mercure se mette à bouillir. Après quelques instans d’ébulition , l’on retire le tube, on le ferme avec un bouchon, de peur que l’humidité de l'air ne s’y introduise et on le laisse refroidir. Cette opération doit se faire dans une chambre dont les fenêtres soient ouvertes , pour que les v apeurs qui s'exhalent du mercure bouillant n'incommodent pas celui qui opère. Quand le tube est refroidi , on le reprend , on y verse une nouvelle quantité de mercure à peu près égale à la première, on le fait de nouveau bouillir, et l’on répète ainsi l’expérience jusqu’à ce que le tube soit presque tout plein. On ajoute alors la petite portion de mercure qui manque ; mais on ne la fait pas bouillir dans le tube , parce que l'ébullition la chasserait dehors ; cela fait on pose le doigt sur l’orifice ouvert du tube , en prenant bien garde de ne pas laisser d’air entre deux ; on le renverse , et on le plonge dans sa cuvette comme à l'ordinaire : la colonne s'abaisse , et, comme il n'y a pas du tout d’air ni de vapeur élastique au-dessus d’elle , sa longueur mesure exactement la pression de l’atmosphère.
Pour connaître avec précision la longueur de la colonne , le tube de verre est lui-même renfermé dans un tube de cuivre servant à le protéger , et qui est fendu dans sa longueur , afin que l’on puisse apercevoir la colonne de mercure. La cuvette dans laquelle le tube plonge , a un fond mobile qui s’élève ou s’abaisse à volonté par le moyen d’une vis , re qui fait monter ou descendre lo niveau intérieur du mercure dans la cuvette de manière à le faire toujours correspondre avec le xéro de l’échelle indiqué par une poiute d’ivoire très-fine , qui est fixée verticalement dans l’intérieur de lappareil.
Un petit thermomètre à mercure , d’une très-grande sensibilité , est enchâssé dans la monture du baromètre , et est destiné à faire connaître la température de la colonne barométrique. Un anneau curseur embrasse la monture et est muni d’un veniier au moyen duquel on apprécie les dixièmes de millimètres , ou des plus petites divisions de l’échelle tracées sur le tube de cuivre. L’anneau dont il s’agit entraîne en outre deux petits plans de cuivre parallèles entre eux , et dont les arêtes inférieures sont exactement perpendiculaires à l'axe du tube.
Ce baromètre , rendu portatif, se suspend à un pied à trois branches qui , étant réunies , lui servent d’étui. Lorsqu'il se trouve ainsi dans une situation verticale , on fait monter la surface du mercure contenue dans la cuvette, jusqu’à ce qu’elle soit parfaitement en contact avec la pointe d’ivoire, et c’est ce qui a lieu quand cette pointe et son image réfléchie paraissent coïncider.
Pour mesurer ensuite la colonne de mercure , on fait mouvoir le vcmier jusqu'à ce que les arêtes des deux petits plans dont nous avons parlé soient exactement tangentes à la convexité supérieure de cette colonne ; alors le nombre marqué par l’index du vcmier sc trouve à la hauteur qu’il s’agissait de connaître. Si l’on élevait le baromètre à JL?" 5 au-dessus de sa première position , la colonne de mercure diminuerait d'un millimètre environ ; il est donc indispensable de faire usage d’un bon yernier et de prendre beau^'uip de précaution pour rendre les erreurs de lecture aussi petites qu’il
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est possible ; on doit voir aussi que si le baromètre est destiné à fournir les élémens nécessaires à la correction des réfractions moyennes , II doit être toujours placé dans le lieu des observations astronomiques , ou au moins que s’il u’eu est pas éloigné , le niveau de sa cuvette doit être le même que celui de ce lieu.
Le thermomètre du baromètre ne faisant connaître exactement que la température du mercure , on mesure celle de l’air avec un thermomètre libre ou sans monture , dont les divisions sont tracées sur le tube même : si les observations sont faites eu rase campagne, ou l'attache à la hauteur de deux mètres (6 pieds) environ, à un biton fiché en terre et incliné de manière que son ombre se projette sur le tube; par ce moyen l’instrument est préservé de la chaleur directe des rayons du soleil , et lair circulant autour de lui l’amène bientôt à sa température.
Avant de remettre ce baromètre ( qui est celui de Fortin ) dans son étui , on a soin de faire monter le mercure à peu de distance du sommet du tube , à l’aide de la vis du fond de la cuvette , afin d’éviter un trop grand choc de la part du mercure , qui , sans cela , se précipiterait avec rapidité dans cette partie vide , quand on renverserait le baromètre , et qui pourrait occasionner une rupture ou laisser introduire de l'air le long de la colonne.
Il est essentiel de faire des observations correspondantes et simultanées de quart d’beure en quart d’heure , avec deux baromètres de cette espèce , lorsqu'on veut déterminer, avec toute l’exactitude que comporte les instrumeus, la différence de niveau de deux stations ; mais avant tout , il faut comparer les baromètres et les thermomètres dont on doit faire usage et tenir note de» petites différences qu’ils peuvent présenter , afin d’y avoir . égard dans les calculs. Les nombreuses et utiles applications qui ont été faites de la méthode barométrique , indiquent le milieu du jour comme l 'époque la plus favorable à l’observation , surtout si l'atmosphère est calme , et si le baromètre et le thermomètre, placés à l’ombre, à l’abri de toute cause accidentelle de chaleur , resteut longtemps stationnaires.
Le baromètre marin est à cuvette comme le précédent , et se remplit de mercure avec les mêmes soius et les mêmes précautions , mais employé à la mer, il est construit et installé de manière à ce que les mouvemens imprimés au bâtiment , quelquefois très-violeus et très-brusques , ne puissent pas donner au mercure des oscillatiuns assez grandes pour empêcher l'observation de la colonne barométrique et compromettre dans aucun cas l'existence de l’instrument. On y parvient autant que possible en établissant la communication du mercure de la cuvette a celui du tube , par une orifice capillaire située à la partie ouverte du tube , en montant le baromètre sur la suspension de Cardan , pour les mouvemens de roulis et de tangage et eu ajoutant un ressort à la monture pour amortir ceux du liant en bas , enfin son emplacement à bord doit être tel que dans tous les cas le baromètre ne puisse heurter. Ce n’est qu'un instrument nautique qui , quoique ne donnant pas exactement la pression exercée par l’atmosphère (car il parait à peu près impossible d'y appliquer avec succès tous les moyeus de perfection d’uu baromètre terrestre ) est susceptible de rendre aux marins des service» împortans , en les avertissant par ses variations seules , de se prémunir contre les effets désastreux des coups de veut , des ouragans dont ils sont menacés. Dans cet instrument l'échelle est fixe , et sun zéro au lieu de correspondre au iiiveau intérieur du mercure dans la cuvette , est le plus souvent au-dessus ou au-dessous; on obvierait en partie seulement à cet inconvénient , en augmeutant le diamètre des cuvettes généralement employées.
Le baromètre à siphon n'a pas de cuvette , e'est le tube en siphon qui en tient lien. Pour le baromètre de cabinet on prend un tube d’une longueur convenable de même diamètre intérieur près de ses deux extrémités et scellé à un des bouts, mais avant que de lui donner la forme d’un siphon , on le fait sécber puis on y introduit du mercure déjà bouilli , en le versant peu à peu et le faisant bouillir à chaque fois pour en chasser l’air : parvenu à remplir le tube , on recourbe à la lampe et redresse l’extrémité ouverte qui doit former la plus courte des branches du siphon. La colonne de mercure qui remplissait le tube étant plus longue que la coloune barométrique ordinaire , et par conséquent plus pesante que la pression atmosphérique , est tombée par l’excès de son poids et a passé en partie dans la branche la plus courte. Cela posé , ta différence des niveaux entre le sommet de la convexité du mercure dans la branche la plus courte
Des Isstruxeüs
et le sommet de sa convexité dans la branche la plus longue , est précisément la longueur de la colonne de mercure qui est soutenu par la pression que l'atmosphère exerce sur la surface de la branche la plus courte , dans laquelle l’air pénètre librement par l’ouverture recouverte. La longueur de celte colonne se mesure avec exactitude au moyen d'une échelle fixe , sur laquelle on fait glisser un curseur muni d’un vemier , alors le tube est mobile dans le sens de la longueur de l’échelle , ou par une échelle mobile , alors le tube est fixe.
M. Gay-Lussac a fait au baromètre à siphon un perfectionnement qui le rend portatif et d'un usage très-commode pour les voyages. Lorsque le baromètre est fait , on ferme 4 la lampe d'émailleur l'extrémité de la branche la plus courte , dans cet état le baromètre complètement fermé serait inaccessible à l'air extérieur , et conséquemment ne pourrait pas indiquer les changemens de pression que cet air éprouve ; mais pour établir la communication , on ménage dans la partie latérale voisine du haut de la branche la plus courte , un trou rentrant et capillaire. Ce trou , extrêmement fin , permet bien à l'air d'entrer dans celle branche , mais il ne permet pas au mercure d’en sortir , 4 cause de la force avec laquelle il le déprime , en vertu de sa capillarité , ainsi , quand on a observé la différence de niveau entre les sommets des deux extrémités de la colonne dn mercure ( ce qui peut se faire au moyen d'une division tracée sur le tube même ) , si l'on renverse le tube , une partie du mercure rentre dans la longue branche et achève de la remplir; le reste tombe dans la branche la plus courte, mai* ne peut s’échapper 4 cause de la petitesse dn trou latéral. Alors si l'on met le siphon , qui offre de plus plusieurs parties amiucies et effilées dont le but est de diminuer le volume de l’instrument et d’empêcher sa fracture par le choc du mercure , dans un étui de la forme d’une canne , son transport aura lieu avec sûreté dans la position renversée et se trouvera toujours ouvert pour l'air et fermé pour le mercure. Ce baromètre doit être muni d'un thermomètre faisant corps avec lui.
Les variations de l'atmosphère , en augmentant ou diminuant la pression qne l’air exerce sur le mercure de la cuvette , avec lequel il commtiuiquc , déterminent la colonne de ce liquide 4 s'alonger ou 4 se raccourcir , eu sorte que la quantité de la pression dont il s’agit , est indiquée 4 chaque instant par le nombre de Vécbelle qui répond 4 la hauteur du mercure, le zéro de celte échelle répondant à sa surface dans la cuvette; et parce qu’il arrive assez souvent que le baromètre baisse lorsqu’il y a de l’agitation dans l'air, ou que le temps se dispose à la pluie, et que, au contraire, il monte aux approches d'un temps calme et serein , on a joint 4 certain degré de l’échelle des indications de l’étal du ciel que la hauteur 4 laquelle parvient alors le mercure semble présager le plus communément. Mais l'observation prouve que le beau temps et la pluie n'ont pas une influence constante et réglée sur les variations du baromètre , qui ne sont en rapport exact qu’avec les pression de l’air ; et l’on peut dire que l’arithmétique de cet instrument est plus sûre que son langage. En supposant même que les prédiction* du baromètre s’accordassent toujours avec les faits , il faudrait pouvoir expliquer cet accord d'une manière satisfaisante , mais malgré l’habileté des physiciens qui se sont occupés de ce sujet , et en général de tout ce qui concerne les variations de l’atmosphère , il résulte qne la théorie qu’ou en a donnée laisse encore beauconp 4 désirer, seulement noos avons des principes établis solidement dont la liaison avec l’objet de celte même théorie fait espérer qu’ils seront un jour employé* avec avantage 4 la développer. Tel» sont ceux qui résultent des expériences de Saussure , de Deluc , de Gay-Lussac et de Dation. C’est en combinant ces principe* avec des observations suivies sur l'état de l’atmosphère , que l’on parviendra 4 lever les nombreuses difficultés que présentent et la diversité des phénomènes dont la théorie doit embrasser l’ensemble et celle des causes qui souvent se compliquent daus la production d’un seul phénomène.
Les prédictions du baromètre ne sout donc pas infaillibles , mais comme elles sont souvent confirmées par l'événement , surtout quand on ne leur donne pas plus d'extension qu’il ne faut, qu’oil doit les regarder au moins comme probables. Aussi les marins doivent-ils observer souvent cet instrument , dont on a reconnu que les indications pouvaient leur être fort utiles daus beaucoup de circonstances.
Conjectures tirées des indications barométriques. En général le baromètre se tient très-bas dans les saisons et années humides, très-haut dans les saisous et anuées sèches. Il est plus haut en hiver qu'en été, Set variations sont fréquentes 4 l’époque où l'on
a Réflexion. 8t
passe d’urre saison à une antre , et plus encore , si cette saison est orageuse ou sujette A des ouragans.
En particulier le mercure baisse lorsque le temps se prépare A la pluie , monte lorsqu'il se rassure , baisse par le temps chaud si un orage approche , moule eu hiver s’il fait froid, baisse par ce froid s’il va y avoir dégel, se relève s'il va y avoir de la neige. Une chute subite du mercure par le gros temps, une hausse subite par le beau temps, annoncent que ni l'un ni l’autre de ces états atmosphériques ne dureront long-temps. Au contraire , s'il baisse lentement et graduellement deux ou trois jours par le beau temps , ou peut s'attendre à beaucoup de pluie et à de grands vents ; s'il hausse lentement et graduellement deux ou trois jours par le gros temps , un beau temps continu sera la suite du mouvement ascensionnel.
DU SYMP1ÉSOMÈTRE.
Le SrmpiésomMre est nn instrument météorologique destiné A remplacer le baromètre, il a été inventé il y a près de quinze ans par M. Adit , habile opticien d’Edimbourg, et importé en Erauce depuis environ deux ans par M. Gilbert L’inventeur a pris le nom de son instrument d'un mot grec qui signifie se comprime , parce qu'il doit mesurer la pression que le poids de l'atmosphère exerce sur un certain volume de ga: renfermé dans un tube de verre et séparé de l'air atmosphérique par quelque liquide.
Le sympiésomètre français de M. Gilbert est un tube de verre d’environ un demi-mètre ( 18 pouces) de longueur, analogue à celui du baromètre ordinaire A siphon; comme lui il est scellé à sa partie supérieure , mais il est terminé aux deux extrémités par des réservoirs cylindriques de i5 millimètres ( près de 7 ligues ) de diamètre ; on introduit d'abord dans le tube du gaz hydrogène , puis de l'huile d'amande colorée eu rouge.
La pression atmosphérique s’exerce donc sur l’huile et lui procure un mouvement ascendant dans le tube , à son tour elle presse le gaz hrdrosène et le comprime dans la partie supérieure du tube , ce çaz réagit sur l'huile , d’oii il résulte que la hauteur à laquelle s’élève l’huile n’est déterminée que par la différence de la pression atmosphérique et par la résistance que l’élasticité du gaz oppose h son ascension. La planche sur laquelle le tube est placé contient une échelle dont les unités représentent des millimètres , et sur laquelle se lit le nombre correspondant à la surface supérieure de l'huile, Sur la même planche un thermomètre A mercure est placé A côté de l’instrument, sa division exprime aussi des millimètres ; le zéro placé A un point intérieur d:- l’échelle correspond A une température déterminée sur laquelle l'instrument a été réglé ; le nombre de divi ions correspondant A la hauteur du mercure combiné par addition ou par soustraction , avec celui de l’échelle du sympiésomètre doit donner, suivant l'auteur, la mesure de la pression atmosphérique.
Les avantages <pie l’on paraît accorder à cet instrument sont : 1.“ qu’il est plus sensible aux variations de l’atmosphère que le baromètre. 2.“ Qu’il n’est point «ficelé par les mouvemens de roulis et de langage du hàlimcnt , qui souvent rendent l’observation du baromètre marin très difficile. 3.° Qu’il est d’un prix moins élevé. Mous ajouterons que le capitaine Ross et le contre-amiral de Krusenstein , qui s’étaicut munis de semblables instrumeiis dans leurs expéditions , eu ont portes uu jugement très-favorable,
Qoatre de ces inslrumens ont été envoyés A Brest en i834 , pour y être embarqués et subir des campagnes d’épreuves : cétte occasion de les observer m’a d’abord fait remarquer que ces instriimens , placés dans le même lieu , ne s’accordaient pas entre eux, non seulement A donner la même pression atmosphérique, mais encore que leurs différences n’étaient pas constantes d'un jour A l’autre ; de plus j’ai comparé deux fois par jour , l’un d’eux ( le numéro 4 ) A nn baromètre A siphon construit par tiunien , d'après les perfectionnemcns de M. Gay-Lusiac, depuis le i5 Mars i83j jusqu’au 3 1 "Octobre de la même année, c’est A- dire 23o jours: celte suite de comparaison m'a confirmé ce" que les premières notions de physique annonçaient par rapport aux fondemens sur lesquels reposent la construction et l'usage du sympiésomètre , qu’il n’est pas un instrument propre à donner la pression de l’atmosphère , le numéro 4 m’a donné des pressions trop grandes , mais dont les excès oui été compris entre 31 millimètres (environ <j lignes ) et 34 millimètre* ( environ i5 lignes), de plus, que les observaitous
Des Ikstbümens
faites à cet instrument n’étaient pas comparables entre elles , puisque les excès égaux ne correspondaient pas toujours a des états semblables de l'atmosphère , mais souvent à des états bien différons ; finalement, ce n'est qu’un instrument météorologique donnant seulement les variations atmosphériques et qui, à bord des bàtimens, doit être toujours accompagné d'un baromètre marin.