CHAPITRE XVII

De r Hygrométrie.

In est très-souvent nécessaire , dans les expériences de chirale et de physique, de connaître exactement ia quantité d’eau qui se trouve vaporisée dans l’air atmosphérique ou dans un gaz. Si l’on était sûr que cette quantité d’eau fût portée jusqu’au point de saturation , il serait alors bien facile de l’évaluer , puis» que la température étant donnée, on calculerait sa force élastique par la théorie de M. Dalton, et son poids par les expériences de M. Gay-Lussac. Mais quand on ignore dans quel état se trouve l’atmosphère ou le gaz que l’on emploie , on est obligé de chercher d’autres moyens pour évaluer la quantité d’eau qui s’y trouve en vapeur. Tel est le but de la partie de la physique que l’on nomme V hygrométrie , et la quantité plus ou moins grande des vapeurs aqueuses que les gaz contiennent , constitue ce qu’on appelle l'état hygrométrique des gaz.

S’il ne s’agissait que de l’air atmosphérique , on pourrait se borner au procédé de M. Dalton , que nous avons expliqué dans le précédent chapitre , et qui consiste à refroidir l’air jusqu’à lui faire déposer de l’eau ; mais ce procédé n’est point applicable à une petite masse de gaz , et peut-être aussi n’a-t-il pas en des mains ordinaires toute la sensibilité que son auteur se plaît à lui attribuer.

Le moyen qui semble le plus simple pour résoudre ce problème, c’est d’enfermer dans le manomètre un volume donné du gaz , et après avoir observé sa tension , sa température , d’y introduire des substances dessiccatives , tels que les alcalis ou le muriate de chaux. Car ces substances absorbant le3 vapeurs aqueuses par l’affinité qu’elles exercent sur elles , diminueraient nécessairement la tension du gaz d’une quantité/’' égale à la

Jve l’hÿgrqmetrïé»

force élastique actuelle des vapeurs qu’il contient. On cdnnaitrait donc cette force par l’abaissement du mercure dans le tubs barométrique du manomètre ; et comme on pourrait aussi cal" culer sa valeur/1 pour le cas de saturation, et à la même température , on conclurait proportionnellement le poids de la

vapeur actuellement contenue dans le gaz. Ce serait Y

V étant le poids correspondant à la force élastique f.

Pour employer ce procédé d’une manière commode , il faudrait adapter àu manomètre un réservoir cylindrique , contenant les substances dessiccatives , et qui , par un mouvement circulaire , pourrait à volonté communiquer avec l’intérieur du manomètre ou en être séparé. Mais l’absorption des vapeurs aqueuses, par ce procédé , est fort longue; car de même que l’air s’oppose à leur formation , il s’oppose à leur précipitation. On ne pourrait donc pas employer cette méthode , si l’on avait à faire un grand nombre d’expériences de ce genre ÿ à moins d’y consacrer un temps considérable ou un nombre considérable d’appareils ; c’est pourquoi les physiciens ont cherché d’autres procédés, dont l’application fût plus rapide et plus commode. Cela a donné naissance à divers instrumens que l’on a nommés des hygromètres.

Presque tous les hygromètres , jusqu’à présent en usage , ont été faits avec des substances organiques. Les vapeurs aqueuses , en s’introduisant dans ces subtances , y produisent des changemens de dimension et de forme souvent très-sensibles. Tout le monde connaît la différence d’élasticité qui existe entre un morceau de parchemin humide , et un morceau de parchemin sec ; les cordes à boyaux employées dans les instrumens de musique changent de tension et de ton , suivant l’humidité qui s’y introduit. Elles se détordent et deviennent plus courtes , parce qu’elles augmentent de grosseur» Les barbes de plusieurs plantes éprouvent cet effet d’une manière si marquée , que si l’on fixe une d’elles perpendiculairement à un morceau de carton par sa base , et que l’on colle perpendiculairement à son autre extrémité , une petite bande

de l'hygrométrie. 35 J

de papier perpendiculaire à sa longueur , la torsion que la petite barbe éprouve , par les variations d’humidité et de sécheresse , est assez considérable pour faire décrire à l’aiguille de papier de très-grands arcs. C’est sur ce principe appliqué aux cordes à boyaux que sont fondées les constructions de ces petites figures qui indiquent , par leurs mouvemens , la sécheresse et la pluie.

Parmi les substances qui jouissent de ces propriétés hygrométriques , il n’y en a point de plus sensible , de plus constante dans ses propriétés que les cheveux lessivés dans une faible dissolution de potasse , qui leur enlève la graisse dont iis sont enduits dans l’état naturel. Le cheveu , après cette préparation , se raccourcit par la sécheresse et s’allonge par l’humidité , ce qui ne l’empéche pas de s’allonger aussi par la chaleur, et de se raccourcir par le refroidissement comme tous les autres corps , mais dans une proportion beaucoup moindre : d'ailleurs ceci est un effet différent. De Saussure s’est servi du cheveu ainsi préparé , pour construire l’hygromètre qui porte son nom , et qui a introduit dans les recherches de ce genre une exactitude jusqu’alors inconnue. Cet hygromètre est représenté fig. 86 : l’extrémité supérieure du cheveu est fixée en S par une pince qui le retient ; le bout inférieur est attaché de la même manière à la circonférence d’une poulie très-mobile, qui est tirée d’un côté par le cheveu , et de l’autre par un petit poids ; quand le cheveu se raccourcit , il fait tourner la poulie dans un sens ; s’il s’allonge, le petit poids la fait tourner dans un autre. La poulie à son tour fait marcher une longue aiguille, qui, par ses mouvemens sur un arc de cercle gradué , indique les raccourcissemens ou les allongemens que le cheveu subit par suite des variations d’humidité de l’air qui l’environne.

Si l’on enferme cet hygromètre dans un manomètre rempli d’air ou d’un gaz quelconque , et dont les parois sont mouillées d’eau, on voit bientôt l’aiguille marcher sur la division, de manière à annoncer un allongement du cheveu ; enfin , elle s’arrête à un certain terme. Alors si l’on transporte î’instruméht dans un autre manomètre , où l’air est enfermé depuis quel- T o un L

I)E L HYGBOMÉTEÏE.

ques jours avec des substances dessiccatives , on voit bientôt l'aiguille rétrograder, comme le suppose un raccourcissement progressif du cheveu; après quoi elle s’arrête encore. Quelle que soit la température à laquelle on opère , pourvu que le manomètre soit saturé de vapeurs aqueuses , ou qu’il en soit complètement privé par la dessiccation , ces points extrêmes sont toujours les mêmes sur le limbe de l’instrument. De Saussure appelle l’un deux le terme de la sécheresse extrême, et il le marque par o *, il nomme l’autre le terme de l’humidité, extrême, et il le marque par le nombre 100 : puis divisant l’arc qu’ils comprennent sur le limbe en 100 parties égales , chacune de ces parties lui fournit autant de degrés intermédiaires d’humidité.

Jusqu’ici cet instrument n’est qu’un indicateur commode et sensible. Si l’on se rappelle ce que nous avons dit en parlant du thermomètre , on verra facilement que pour que l’hygromètre devienne aussi un instrument comparable , il lui faut encore d’antres qualités. Il faut, i°. qu’il soit constant dans ses indications ; 2°. qu’étant toujours construit sur les mêmes principes , mais avec des cheveux différens , il donne toujours les mêmes résultats dans des circonstances pareilles. Enfin , avec ces qualités mêmes, il ne ferait encore que fixer l’état hygrométrique d’une manière reconnaissable, sans mesurer la quantité absolue d’eau contenue dans l’air, de même que le thermomètre fixe et détermine la température , mais ne fait pas connaître l’intensité absolue du calorique qui la produit. Donc, pour que l’hygromètre fournisse au physicien toutes les données qu’il a besoin de connaître, il faut encore déterminer, par expérience ou par théorie, les rapports de ses degrés avec les quantités absolues de vapeurs qui existent réellement dans l’air. Examinons ce que Saussure a fait pour remplir ces diverses conditions. Je dis ce que Saussure a fait; car quoiqu’un grand nombre de physiciens se soient occupés de l'hygrométrie , lui seul me paraît s’en être occupé d’une manière méthodique , sûre et générale , qui attaquât , par l’expérience , toute la question à la fois.

DE DIIYGROMÉTRIE.

Le thermomètre n’est, influencé que par la chaleur; mais l’hygromètre peut être influencé à la fois par deux causes ; la chaleur et la quantité de vapeurs aqueuses suspendues dans l’air. Saussure a donc dû séparer ces deux questions. Examinant d’abord le cas d’une température constante , il a placé son hygromètre dans un manomètre où il avait enfermé de

l’air parfaitement desséché : bientôt l’aiguille a atteint la sécheresse extrême. Ici, comme dans le thermomètre, il faut que l’action propre de l’instrument ne change pas sensiblement l’état du milieu où on le plonge ; et cela peut être considéré comme vrai pour le cheveu qui, dans le point même de la plus grande humidité , ne se charge pas d’un poids d’eau appréciable à la balance la plus précise. L’hygromètre étant ainsi arrivé au sec, Saussure a introduit successivement dans le manomètre de petites quantités d’eau déterminées. Il employait pour cela de petits morceaux de linge mouillés , qu’il pesait exactement avant de les introduire dans l’appareil , et qu’il y laissait plus ou moins long- temps , selon la quantité d’eau qu’il voulait vaporiser. Alors il les retirait, les pesait de nouveau, mais auparavant il observait la quantité dont l’hygromètre avait marché, et aussi celle dont s’était, élevé le baromètre du manomètre. Or, en répétant plusieurs fois l’expérience à une même température, il a trouvé que, quelles que fussent les variations précédemment éprouvées par le cheveu, il revenait toujours au même degré quand les quantités d’eau vaporisées étaient égales, ce qui prouvait la constance de ses indications. Il a vérifié cette constance à des températures diverses , et il a vu qu’elle se soutenait invariablement ; mais la quantité absolue d’eau, nécessaire pour faire marcher l’hygromètre du même nombre de degrés , était différente dans les températures diverses.

Il est clair qu’en formant un tableau de ces résultats à diverses températures , et depuis le point extrême de sécheresse jusqu’au point extrême d’humidité , on connaîtrait les quantités d’eau absolues indiquées par l’hygromèlre , pour un degré d’humidité et une température quelconque. Mais les expé-

34o DE l’hygromjêtrie.

riences de Saussure , quoique faites avec beaucoup de soin , ne ,sont pas suffisamment exactes pour qu’on en puisse tirer ces indications généralement et avec certitude , parce qu’il mesurait les quantités d’eau par des poids , et que la quantité totale d’eau qui peut se vaporiser dans un espace donné, étant très-petite , fon voit qu’une petite erreur sur les poids peut y avoir beaucoup d’influence. D’ailleurs, à cette époque, les lois qui déterminent les tensions des vapeurs dans les gaz et dans le vide n’étaient pas connues ; il était difficile de ne pas s’embarrasser dans la double complication qu’entraînaient dans le problème les deux causes simultanées , qui peuvent agir sur l’hygromètre ; savoir , la température et la quantité absolue d’eau. Cependant les nombres trouvés par Saussure ont fourni pendant long- temps les élémens les plus probables que l’on pût rassembler, pour résoudre, au moins approximativement, cette question générale de l’hygrométrie : connaissant la température et le degré de l’hygromètre, assigner la quantité absolue des vapeurs aqueuses contenues dans un espace donné.

Ayant complètement étudié les effets de la vapeur aqueuse, de Saussure voulut observer si d’autres vapeurs agiraient sur l’hygromètre à cheveu. Il essaya , dans cette vue , les vapeurs de l’éther, de l’alcool, du camphre, et de diverses autres substances ; il trouva qu’elles n’agissaient point , ou que si elles produisaient quelques effets très-faibles , c’était seulement en raison de l’eau qu’elles émettaient ou qu’elles pouvaient absorber.

Il éprouva aussi la construction meme de l'instrument. II voulut voir si tous les cheveux avaient la meme marche ou au moins des marches proportionnelles , par les mêmes accroissemens d’humidité ou de sécheresse. Il vit qu’il y en avait quelquefois d’irréguliers, et il donna le moyen de les reconnaître pour les exclure. Il chercha les préparations qu’il fallait faire subir aux autres pour qu’ils eussent des marches pareilles; et il détermina ces préparations , dont on peut voir les détails dans son ouvrage.

D’hygromètre à cheveu, d’après ces expériences, satisfait

DE LHYGROMÉTRIE. Ô4 î

&nx deux premières conditions de l’hygrométrie. Il est constant dans ses indications, et il est comparable. Il est pour cette l^artie de la physique, ce qu’est le thermomètre pour les phénomènes de la chaleur ; il a seulement l’infériorité en ce point , qu’étant construit avec une substance organique , il peut s’altérer à la longue. Cependant cet inconvénient est le moindre possible, puisque Saussure a trouvé qu’il pouvait se conserver plusieurs années sans perdre de ses qualités. Ajoutons toutefois qu’il demande bien des précautions pour ne pas être endommagé , surtout quand on le porte en voyage ; et que, s’il est de tous les hygromètres le plus sensible , il est aussi le plus facile à altérer.

Il ne reste plus à résoudre que la dernière question , relative aux rapports de l’hygromètre avec les quantités absolues d’eau vaporisées dans l’air. Mais axant de chercher à rassembler sur ce point les indications de l’expérience, il faut nous diriger d’après les connaissances que nous avons acquises sur la formation des vapeurs , et nous faire une idée nette de l’action du cheveu sur elles. Nous savons d’abord que la quantité absolue d’eau, qui peut se vaporiser dans un même espace , et à une même température , est égale dans l’air ou dans le vide. L’indication de l’hygromètre, dans un espace donné, est aussi la même , soit que cet espace contienne de l’air ou n’en contienne point ; si ce n’est que dans le premier cas , l’action est plus lente, et dans le second plus rapide. Nous pouvons donc passer tout de suite à cette dernière supposition , et examiner directement l’action réciproque du cheveu et des vapeurs.

Cette action est tout-à-fait semblable à celle des substances dessiccatives que l’on introduit dans le vide , parmi des vapeurs aqueuses ; elles absorbent ces vapeurs jusqu’à ce que leur affinité cesse de pouvoir les précipiter. Mais si, dans un manomètre qui contiendrait un mètre cube d’air, on introduisait un milligramme de potasse ou de muriate de chaux , ce petit corps , en se saturant d’humidité , absorberait une quantité de vapeur si faible, que ni son poids ne serait sensible à la balance, ni le vide produit par sa condensation ne paraîtrait sensible aubaro-

542 de l’hygrométrie.

mètre. Tel est précisément le cas du cheveu , a cause du peu d’eau dont il se charge , comme nous l’avons déjà remarqué. D’après cela , nous pouvons le considérer comme ne produisant aucune altération sensible dans l’état hygrométrique de l’air, sur lequel il agit.

D’abord, si l’on place l’hygromètre dans un espace complètement saturé de vapeurs, quelle que soit d’ailleurs la température, on observe que l’aiguille s’arrête toujours au même point fixe. Ainsi, le cheveu s’allonge de la même quantité dans ces diverses circonstances, et par conséquent il absorbe la même quantité d’eau. Cependant la masse des vapeurs existantes dans l’espace saturé , est très-différente selon la température ; mais elles ont toujours cela de commun , qu’à ce point de saturation , la plus petite orce suffit pour les réduire en eau. L’affinité du cheveu pour elles est une force de ce genre, qui produit par conséquent son effet accoutumé ; et comme la précipitation qui en résulte est si petite, qu’elle n’abaisse pas sensiblement la tension de la vapeur qui reste dans l’appareil, il s’ensuit que le cheveu doit continuer à précipiter de cette vapeur tant que son affinité pour l’eau n’est pas complètement et entièrement satisfaite ; ce qui fait voir pourquoi il doit toujours en absorber la même quantité dans tout espace saturé , quelle que soit la température, en faisant toutefois abstraction des changemens que la chaleur peut produire dans son affinité pour l’eau ; changemens qui, d’après l’expérience , paraissent tout-à-fait insensibles , dans l’étendue de l’éclielle thermométrique , du moins tant que la constitution même du cheveu n’est point altérée.

Maintenant plaçons l’hygromètre dans un espace qui ne soit pas complètement saturé d’eau ; alors une force infiniment petite ne suffira plus pour précipiter les vapeurs élevées dans cet espace ; car elles résistent à un certain degré de pression et à un certain degré de refroidissement. Par conséquent , l’effet du

cheveu sur elles s’arrêtera avant qu’il en soit complètement . • « saturé ; car c’est une loi générale dans les phénomènes chimiques, que l’affinité d’une substance pour une autre augmente à mesure qu’on l'en prive, et diminue à mesure qu’on l’en