DIXIÈME LEÇON

LA CHALEUR

Messieurs,

Une des conditions physiques essentielles de l’existence des êtres vivants, c’est la chaleur. Tout animal, toute plante qui ne reçoit plus une quantité suffisante de vibrations calorifiques, tombe tout d’abord en vie latente et finit même par succomber si la privation de calorique dure trop longtemps.

Nous devons donc nous attendre à trouver dans les eaux une certaine quantité de chaleur dont les variations auront sur la vie une influence forcément considérable.

Suivant l’ordre que nous avons adopté jusqu’à présent, nous allons examiner ensemble d’abord l’appareil expérimental qui nous a permis de nous rendre compte de la calorification des eaux, puis les résultats fournis par les expériences et enfin l’application à la biologie de ces résultats.

Dès 1720, Marsigli cherchait à connaître la température des profondeurs. Aristote avait affirmé que la mer était plus chaude dans les fonds qu’à la surface. Butfon en 1750 avait au contraire remarqué qu’un plomb de sonde, venant de la profondeur, donnait à la main une sensation marquée de fraîcheur.

En 1749, Eli is prenait des températures profondes sur la côte d’Afrique. Il enfermait un thermomètre dans un tube de fer dont les deux extrémités se fermaient automatiquement quand le fond était atteint. Il ramenait donc, en même temps que

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l’instrument, une certaine quantité d'eau à la température de la profondeur, ce qui maintenait le thermomètre sans variation et permettait de le lire avec l'espoir qu’il n’avait, pas varié pendant son trajet à travers des eaux plus chaudes.

Parrot, Forster, Cook, Irving et lord Mulgrave firent des mesures avec le même dispositif. De Saussure, puis Péron se servirent d’un thermomètre enveloppé d’une substance qui conduisait mal la chaleur.

A ce moment, on remarqua que la pression de l’eau pouvait avoir sur l’exactitude du thermomètre une influence fâcheuse et, en 1832, Dupetit-Thomas enveloppa le sien dans un tube de métal résistant et clos hermétiquement.

Bravais et Martins agirent de même, mais ils se servirent d’un thermomètre à maxima et à minima de Walferdin.

Toutes les températures prises ainsi doivent êtres rejetées. Les tubes protecteurs ne tenaient pas, les appareils se réchauffaient en remontant, le résultat que l’on lisait était toujours trop élevé.

La théorie d'Arago d'ailleurs régnait alors en maîtresse; on pensait que le maximum de densité de l’eau de mer était à 4°. L’eau qui remplissait les abîmes devait donc être à 4° et, puisque les instruments de mesure étaient trop imparfaits pour le constater, on l’admettait théoriquement.

Malheureusement le maximum de densité de l’eau de mer n’est pas à 4°. On ne peut dire même à quelle température il est, car il varie avec la salure. Il n’est pas en un seul point ce qu’il est aux autres, car nous verrons que la salure est partout différente dans les Océans.

Quand s’installèrent les grandes expéditions océanographiques du Lightning , du Porcupine et du Challenger , il fallut bien trouver des thermomètres précis qui fussent en rapport avec le merveilleux matériel qu’emportaient ces navires : la physique avait fait de grands progrès et les constructeurs Casella, Negretti et Zambra apportèrent les appareils à peu près parfaits dont il sera question tout à l’heure.

LA CHALEUR

Quand on veut prendre la température de la surface de la mer rien n’est plus simple. On descend un seau au bout d’une corde, on ramène de l’eau, on y plonge un thermomètre et on lit. Dans la marine on se sert d’un tube à clapet qui permet d’aller chercher l'eau un peu plus profondément, un peu au-dessous de la surface qui reçoit directement les rayons du soleil (fig. 131).

On a même pensé (fig. 132) à disposer un thermomètre sur les lianes mêmes du bateau ou sur les parois d'une

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Fig. 131. — Seau à clapet pour prendre la température de la surface de la mer.

Fig. 132. — Observatoire thermométrique placé le long de l’estacade d’un quai.

estacade ; on a ainsi un observatoire fixe auquel on peut se reporter constamment pour connaître à tout moment les variations de la température de la mer.

Les Allemands emploient dans leurs ports et dans leurs observations maritimes un thermomètre dû à Meyer. Cet instrument a été rendu aussi paresseux et aussi peu sensible que possible par le procédé suivant : son réservoir est entouré d’une boule en caoutchouc durci, corps très mauvais conducteur de

la chaleur. On le descend à la mer : il lui faut une heure et demie pour s’équilibrer avec la température de celle-ci. On le retire ensuite et on lit le degré qu'il marque. Il est évident que la lenteur avec laquelle ce thermomètre évolue permet de le retirer de l’eau sans qu’il change, mais cette lenteur même le rend tout à fait inapplicable à une expédition sur un navire.

Les thermomètres que je viens de vous décrire ont d’ailleurs un défaut commun et capital. Leur réservoir de verre se laisse comprimer; il chasse alors le mercure dans le tube supérieur, ce qui donne des températures beaucoup trop élevées. En immergeant un thermomètre à 3650 mètres il marque 5° de trop. Voici une expérience typique et inoubliable.

Je mets dans notre réservoir à pression un thermomètre à maxima dont l'index restera au point le plus haut qu’aura atteint le mercure. Je ferme l’appareil et je le pousse à 600 atmosphères, ce qui équivaut, vous vous en souvenez, à une descente de 6000 mètres dans l'eau. Puis j'ouvre, voyez le thermomètre; son index s’est élevé et est resté à 155° et l’eau de notre bloc est à 14°. C’est tout simplement que le réservoir de verre comprimé a chassé le mercure sans qu’il y ait la plus minime élévation de température. D’ailleurs vous pourrez reproduire le même résultat en pressant simplement sur le réservoir d'un thermomètre avec vos doigts. Vous verrez le mercure sauter rythmiquement avec vos pressions.

A partir du moment où ce fait fut connu les constructeurs tâchèrent évidemment d’y remédier.

C'est dans ce but que J. Paxton construisit, pour être immergé, un thermomètre composé de deux spires d’argent soudées autour d’une spire d’or; la contraction ou la dilatation d'une telle spire la fait s’enrouler ou se dérouler, et en plaçant à l’extrémité un style on peut lire ou même enregistrer les changements de température.

Seulement un pareil instrument, même composé de métaux inattaquables, ne séjourne pas impunément dans l’eau de mer, il est rapidement hors d’usage. Et puis, la différence de corn-

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possibilité dos métaux qui le composent est telle que, dès 3000 mètres environ, il donne plus de 5° d’erreur. Aussi n’est-il plus employé du tout aujourd’hui.

\\ heatstone imagina pour le Porcupine un thermomètre très analogue, mais plus compliqué encore, il était relié au navire par un câble électrique et il répétait ses indications sur un cadran situé à bord, on pouvait donc le lire sans cesse. 11 eûtété parfait s’il n’eût été ni si cher, ni si délicat.

C'est alors qu’intervint le thermomètre Miller- Casella dans lequel un réservoir superficiel supportait seul la pression et en préservait celui du thermomètre (fig. 133).

Le thermomètre Miller-Casella est formé d'un tube creux et fermé. A chacune de ses extrémités se trouve un réservoir A et C. A est rempli d’un mélange d'alcool, de créosote et d'eau : audessous se trouve un grand index de mercure qui remplit toute la courbure inférieure du tube.

Au-dessus on voit une nouvelle couche de liquide qui finit par aboutir au réservoir C dont le haut est rempli d'une couche d’air qui sert de coussin pour permettre les mouvements du liquide.

Sur chacune des extrémités de la colonne mercurielle, se trouve un index de fer muni d’un

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ressort qui le fait rester à la place où le mercure Fig. 1 33. — Therle laisse. Casdla.

Si la chaleur augmente l’alcool placé en A se dilate, il pousse le mercure vers C, ce qui fait monter l’index de ce côté. Si au contraire A se refroidit, le mercure monte de nouveau vers lui en entraînant l’index de son côté. C’est au fond le thermomètre à maxima et à minima dont se servent aujourd’hui tous les jardiniers.

11 en a les inconvénients. Il vous dit la plus haute et la plus

basses température qu’il a rencontrées clans sa course à travers la mer, mais il ne vous indique nullement la chaleur d’une couche donnée.

Je ne vous ai pas dit encore comment l’action de la pression se trouvait annihilée dans cet instrument.

Autour du réservoir A se trouve une chemise de verre remplie d'alcool amylique au-dessus duquel on a laissé une huile d’air. C’est cette chemise qui porte la pression, et grâce à la bulle d’air elle ne la transmet pas au réservoir situé au-dessous.

Malgré cet avantage, le thermomètre Millcr- Casella a bien des inconvénients.

D’abord, je viens de le dire, c’est un simple thermomètre à maxima et à minima. Ensuite il est délicat, il casse souvent, même après avoir ^ été préalablement essayé à la presse hydrau-

nisme qui pré- lique. Le mouvement du navire, de la descente, serve de 1 mfiuen- ^ fait souvent remuer les index qui revicn-

sion le thermomè- nent dans des situations quelconques. Sans tre Miller-Casella. . . . , , , . .

compter que souvent ces index tombent en A

ou en C, ce qui fait que l’outil est à jamais hors de service.

Malgré ces défauts le thermomètre Casella a rendu de grands services aux expéditions du Porcnpinc et du Challenger. On en attachai t des séries le long d'un câble qu'on immergeait. Mais la délicatesse de l'instrument, les ménagements qu'il fallait prendre étaient tels qu’on dut parfois passer une journée entière pour pratiquer une opération complète.

Tous ces inconvénients ont à peu près disparu dans le thermomètre presque parfait que nous devons à Negretti et Zambra (lig. 135).

Il est formé d’un réservoir autour duquel se trouve une double chemise remplie de mercure et contenant une huile d’air. C’est une application du système Miller-Casella.

Au-dessous, se trouve la colonne mercurielle. Elle est rétrécie en un point A, au-dessous duquel se trouve une sorte de diver-

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ticulum on forme d’ampoule. Supposons qu’on retourne le thermomètre. La colonne se rompra en A et tombera en R. C’est la hauteur de cette colonne, qu’on lira dès lors à l’envers, qui indiquera le degré de température.

Elle est du reste d'un calibre assez petit pour que les variations de longueur qu’elle subira à la remontée, si elle rencontre des couches chaudes, soient tout à fait insignifiantes.

Tout le mécanisme consistera donc à faire retourner le thermomètre au moment voulu.

On a employé pour cela plusieurs procédés.

Dans le plus simple, le premier employé, le thermomètre était attaché sur une planchette liée au câble de la sonde. La rapidité de la chute du plomb était telle que la planchette ne la suivait pas, le thermomètre restait droit (fig. 136).

Quand on relevait le plomb, la planchette tombait (lig. 137) et le thermomètre se trouvait par ce fait même retourné.

C’était bien simple, mais que d’accidents pouvaient survenir? Un arrêt dans la descente, un simple ralentissement suffisaient pour retourner le thermomètre prématurément et un instrument excellent se trouvait donner des résultats déplorables.

L’amiral Magnaghi proposa un procédé beaucoup plus simple.

Le tube de cuivre qui contient le thermomètre T est contenu dans un cadre en cuivre A (fig. 138). Il peut pivoter dans ce cadre.

En haut se trouve une hélice qui, en tournant, se visse elle-même sur la plaque D qu’elle finit par traverser. Son prolongement s'enfonce dans l’armature du thermomètre qu’elle tient redressé.

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