PRESSIONS
Dès Toriginc de la construction de la Tour, je m'étais préoccupé de son application à la construction d'un grand manomètre à air libre et à mercure permettant de mesurer directement des pressions de 400 atmosphères. Au point de vue scientifique, un tel manomètre devait, par sa haute précision, être précieux pour l'étalonnage des manomètres à azote ou à hydrogène destinés aux expériences de laboratoire; au point de vue industriel, il devait offrir une utilité incontestable pour la vérification des manomètres métalliques.
Aussi, après l'achèvement de la Tour, je fis établir ce manomètre d'après le projet qui en a été fait par M. L. Cailletel, membre de l'Institut, si connu par ses beaux travaux sur la liquéfaction des gaz.
Je donne ci-dessous la description de cet appareil, d'après la communication faite par M. Cailletet à l'Académie des Sciences en 1891.
« Disposition générale. — Les manomètres à air libre sont les seuls instruments qui permettent d'obtenir pratiquement, d'une façon précise et avec une approximation constante, la mesure des pressions des gaz ou des liquides.
« C'est pour cette raison que j'avais installé, d'abord sur le penchant d'un coteau, puis, plus tard, au puits artésien de la Butte-aux-Cailles, un manomètre à air libre de plus de 100 m de hauteur.
« Cette disposition a été imitée depuis par plusieurs physiciens. Mais les difficultés de manœuvre et d'observation d'un instrument installé dans ces conditions laissent toujours subsister des incertitudes sur la précision des résultats.
« La construction de la Tour Eiffel offrait des conditions exceptionnelles pour l'établissement d'un manomètre à air libre de 300 m dont tous les organes, liés d'une façon invariable à la Tour elle-même, fussent accessibles à l'observateur sur toute son étendue. Grâce à la libéralité de M. Eiffel, la construction de cet instrument est actuellement un fait accompli.
« La pression de 400 atmosphères, que mesure un pareil manomètre,
ne peut être maintenue dans un tube de verre. On a dû recourir à un tube d'acier doux de 4 mm environ de diamètre intérieur, relié par sa base à un récipient contenant du mercure. En comprimant, à l'aide d'une pompe et d'après le dispositif bien connu, de l'eau sur ce mercure, on peut l'élever graduellement jusqu'au sommet de la Tour.
« La direction inclinée des piliers de la Tour ne permettait pas l'installation du tube d'acier dans une direction verticale. De la base de la Tour à la première plato-forme, c'est-à-dire jusqu'à une hauteur de 60 m environ, ce tube est fixé contre le plan incliné d'un des rails de l'ascenseur. Un escalier en fer le suit dans toute sa longueur.
« Entre la première et la deuxième plate-forme, c'est-à-dire sur une hauteur à peu près égale à la précédente, l'appareil manomélrique est installé contre l'escalier hélicoïdal. Celui-ci se divisant en plusieurs tronçons, non superposés sur une même verticale, à cause de l'obliquité du pilier, le tube manométrique lui-même se divise en autant de parties et s'incline pour passer d'un de ces escaliers à l'autre, en conservant une pente assez grande pour assurer la descente du mercure au retour.
« Enfin, de la deuxième plate-forme au sommet, le tube est disposé de la même manière contre les deux grands escaliers verticaux en hélice.
« L'observation facile est donc assurée, comme on le voit, de la base au sommet.
« Détail de Pappareil. — L'opacité du tube d'acier s'opposant à la lecture directe du niveau du mercure, on a disposé, à des distances égales (de j en 3 m environ), sur le trajet de ce tube, des robinets à vis conique dont chacun communique avec un tube de verre vertical. Ce tube est muni d'une échelle graduée, soigneusement tracée sur bois verni, qui n'éprouve que des variations de longueur insignifiantes par les changements de température. Lorsqu'on ouvre un de ces robinets, on met l'intérieur du tube d'acier en communication avec le tube de verre dans lequel peut alors pénétrer le mercure.
« La figure 46 représente le détail d'un de ces robinets. BC est lé tube d'acier, D est l'ajutage
métallique auquel le tube de verre s'adapte par un caoutchouc, EF est la tige filetée dont la pointe conique E ouvre ou ferme l'entrée du mercure
Fig. 46.
dans le tube de verre. Des rondelles de cuir G, comprimées par le serrage de récrou H, assurent Tétanchéilé de Tappareil.
« De la base de la Tour à la première plaie-forme, ainsi que nous Tavons dit, la direction du tube d'acier est inclinée. Le croquis à gauche de la figure 47 indique la disposition des robinets et des tubes de verre,
contre l'escalier de service, dans cette partie de l'appareil.
« Le croquis à droite de la même ligure représente ces divers organes, du premier étage au sommet. Les tubes et robinets sont protégés par un ensemble de coffres en bois dont les deux faces opposées s'ouvrent pour permettre les observations.
5 } ^*^T-Vt^ I << Pour réaliser, à un moment donné,
une pression déterminée, il suffit d'ouvrir le robinet du tube de verre qui porte la division correspondant à cette pression ; on fait agir la pompe hydraulique et, quand le mercure arrive au robinet, il ||"1 yî * "^**^^ J- m\iI\ s'élève en même temps dans le tube de
verre et dans le tube d'acier. On l'amène alors exactement à la division voulue, en agissant très lentement sur la pompe hydraulique. Si, en opérant ainsi, on dépasse le niveau recherché, on laisse échapper une certaine quantité d'eau par un robinet de décharge placé dans le voisinage de la poinpe. Le liquide qui s'échappe ainsi pénètre dans un tube de verre vertical gradué où sa hauteur indique l'abaissement correspondant de la colonne de mercure.
« Cette manœuvre, qui se fait dans le laboratoire installé à la base de l'appareil (Voir fig. 49), est rendue très simple au moyen d'un téléphone que l'observateur emporte avec lui, et qui, à chaque robinet, peut être mis en relation avec le poste inférieur.
« Dans la figure 47, T représente les^ pièces de contact destinées
Fig. 47- — Disposition des robinets et des tubes de verre du sol au i'^' étage et du i®*" étage au sommet.
à établir la communication téléphonique. (Voir également fig. 48 cidessous.)
« Si, pour une cause quelconque, le mercure vient à dépasser le sommet d'un des tubes de verre, il se déverse dans un autre tube de retour en fer, qu'on aperçoit en XX dans les figures cijointes et qui le ramène à la base de l'appareil.
« Les échelles graduées qui accompagnent chaque tube de verre, n'étant pas toujours superposées verticalement , on a opéré de la manière suivante pour raccorder leurs graduations.
a La cote de chaque point de la Tour est connue d'une manière très exacte et a fourni un certain nombre de points de repère. Pour le raccordement de deux règles graduées consécutives, on se servait de deux vases communicants remplis d'eau, réunis par un tube de caoutchouc et permettant de trouver, pour la base de chaque échelle, le plan
horizontal correspondant au niveau supérieur de l'échelle précédente. Là graduation ainsi faite s'est trouvée d'accord avec la cote des diverses parties de la Tour.
« Laboratoire. — Dans le pilier Ouest de la Tour, à la base du mano-
Fig. 4^. — Escalier du sol au i*^' étage, le long duquel est établi le manomètre. TTT, tubes de verre verlicaux fixés au tube raanomélriiiue.
mètre, est installé le laboratoire (Voir flg. 49), qui contient la pompe foulante hydraulique, le récipient h mercure, le poste téléphonique et les autres accessoires. Parmi ceux-ci, nous devons signaler spécialement un manomètre métallique de grande dimension, mis en relation avec le liquide comprimé. Ce manomètre porte une première graduation en atmosphères; une seconde graduation correspond au numéro d'ordre des divers
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^i^* 49* ~ Laboratoire JnsLallé âu niveau du sol dans le pilier Ouest.
robinets. On sait ainsi immédiatement, par avance, dans quel tube de verre devra s'élever le mercure sous une pression donnée, ce qui permet de trouver sans hésitation le robinet à ouvrir pour avoir la position exacte de son niveau.
« Correciions. — Le calcul de la valeur exacte de la pression, d*après la hauteur de la colonne de mercure soulevée, nécessite pour chaque expérience un certain nombre de corrections qui exigent la connaissance de plusieurs éléments.
u La température madiiie la densité du mercure et fait varier la hau* teur de !a ïour et par conséquent du tube manométrique. Un calcul simple
montre qu'un écart de température de 30" ne fait guère varier cette hauteur
quedeo, 10 w, soit de sa valeur. La correction due à la densité variable
du mercure est plus importante : elle serait environ de — pour le même
écart de 3o\ La mesure de la température moyenne nécessaire à cette double correction est obtenue par la variation de la résistance électrique qu'elle communique au fil téléphonique qui suit la colonne mercurielle sur tout son parcours. Des thermomètres enregistreurs placés à chaque plateforme donnent pour chaque expérience une indication suffisante.
« Les autres éléments de correction sont la compressibilité du mercure, les changements dans la pression atmosphérique à mesure que la colonne s'élève.
« M. Eiffel, en se chargeant de toutes ces dépenses et en mettant à ma disposition le personnel nécessaire à la construction, a tenu à montrer une fois de plus l'intérêt dévoué qu'il porte à la science. J'espère donc que l'Académie tiendra à s'associer aux sentiments de reconnaissance que je suis heureux d'adresser à M. Eiffel. »
Après l'achèvement de ces expériences, M. Cailletet nous a remis la note suivante résumant les résultats pratiques qu'il a obtenus :
« Les indications précises fournies par le manomètre établi à la Tour ont permis de graduer les manomètres métalliques à hautes pressions si employés maintenant dans les diverses industries.
« Les constructeurs de ces appareils ont actuellement des étalons gradués directement à la Tour, et qui leur permettent de graduer par comparaison les manomètres sortant de leurs ateliers.
« MM. Schaeffer et Budenberg nous ont fourni des manomètres métalliques de grandes dimensions et donnant des mesures de pression s'élevanl à 400 atmosphères. Après plusieurs années, ces appareils ont conservé leur sensibilité et la précision de leurs indications.
« 11 n'est pas Inutile de rappeler que les manomètres métalliques qu'on trouvait autrefois dans le commerce donnaient des écarts dans leurs indications s'élevant souvent à 10 ou 12 p. 100.
« Je me suis également servi du manomètre de la Tour pour graduer un certain nombre de manomètres à gaz hydrogène. Ces appareils, à la seule condition d'être toujours observés à la même température, ce qu'on
obtient en maintenant le tube de l'appareil dans une masse d'eau à température constante et exactement connue, donnent des déterminations d'une grande exactitude. J'ai pu ainsi éviter les manipulations assez longues de la mesure directe des pressions au moyen d'un grand manomètre à air libre, et, tout en restant dans mon laboratoire, mesurer avec la môme précision les hautes pressions sous lesquelles j'opérais. Dans ce cas, je me servais de deux manomètres à hydrogène accouplés, et dont les indications simultanées se contrôlaient entre elles.
« C'est par cette méthode que, dans un travail entrepris avec M. Colardeau, sur la tension de la vapeur d'eau jusqu'à son point critique, nous avons pu déterminer avec une grande précision les pressions correspondant à chacune des températures observées. »
