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L’École normale de l’an III. Vol. 3, Leçons de physique, de chimie, d’histoire naturelle

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Étienne Guyon

Leçons de physique d'Haüy

Dixième débat

6 floréal/25 avril

Texte intégral

1Le Professeur. Citoyens, nous avons aujourd’hui deux expériences à vous faire. La première mettra sous vos yeux les effets de la fontaine à laquelle on a donné le nom de fontaine intermittente, parce qu’elle coule et s’arrête alternativement, suivant que la pression de l’air agit sur la surface de l’eau qu’elle contient ou que cette pression se trouve interceptée.

2La seconde sera l’ascension d’un petit ballon aérostatique de baudruche, préparé par le citoyen Dumotiez ici présent. C’est un artiste très distingué, dont nos cabinets de physique attestent de tous côtés les talents, par une multitude de machines exécutées avec autant de soin que d’intelligence. Cette expérience servira à dédommager, en partie, ceux d’entre vous qui n’auraient pas été témoins de ses effets produits en grand. Pour la rendre plus instructive, on a apporté l’appareil qui va servir à remplir le ballon sous vos yeux.

3C’est d’ailleurs une expérience digne de l’École normale, sous tous les points de vue, et par son origine nationale, et plus encore par l’intérêt particulier qu’elle doit inspirer, depuis que le génie français a mis les aérostats en réquisition, comme instruments de nos victoires.

4Mais avant de passer aux expériences, je vais répondre à une question qui m’a été proposée dans une lettre que j’ai reçue du citoyen Ferrand, district de Saint-Godens. « Lorsqu’on a rempli une bouteille d’eau, en la plongeant dans un vase occupé par ce liquide, et qu’ensuite on la retire, l’orifice en bas, dans une position verticale, comment arrive-t-il que l’eau s’échappe de la bouteille en obéissant à la pesanteur ? La pression de l’air qui agit de bas en haut sur la surface extérieure de l’eau, et qui est capable de soutenir une colonne de ce liquide, de 32 pieds de hauteur, devrait suffire, à plus forte raison, pour soutenir une colonne beaucoup plus courte, et ainsi il semble que l’eau ne devrait pas tomber. »

5L’eau tombe en pareil cas parce que sa surface extérieure ne peut être parfaitement de niveau. Concevons la colonne qui répond à l’orifice de la bouteille, comme partagée en une infinité de filets situés parallèlement à la hauteur de cette colonne. Il y aura toujours certains filets plus longs que les autres, et qui dépasseront le niveau. Or, il suffit qu’un seul filet soit dans ce cas, pour que l’équilibre soit rompu entre ce filet et les autres, qui sont un peu plus courts, pour que l’eau s’écoule, comme cela a lieu dans les siphons ordinaires.

6On sait que l’on prévient la chute du liquide en appliquant sur l’orifice de la bouteille un papier qui sert à maintenir l’eau, en offrant à l’air une base plane, sur laquelle il puisse agir uniformément. Si l’orifice du vase était capillaire, ou à peu près, l’eau ne tomberait pas non plus, même en supposant l’orifice libre, parce que la pression de l’air étant aidée dans ce cas par l’attraction, et n’ayant à agir que sur une petite surface, suffirait pour maintenir l’eau suspendue dans le vase.

Fontaine intermittente

7Nous allons vous faire maintenant l’expérience de la fontaine intermittente. Cet instrument est composé d’un globe percé pour recevoir un tuyau, dont la partie supérieure entre dans ce même globe, et se prolonge presque jusqu’au haut. Lorsque le globe est plein, l’écoulement se fait par de petits tubes, soudés autour de la jonction du globe avec le tuyau dont nous venons de parler. L’eau tombe d’abord sur une platine à rebords, qui recouvre le bassin que vous voyez. Le milieu de cette platine est percé d’une ouverture circulaire, garni d’une espèce de collet dans lequel s’insère la partie inférieure du tuyau principal. Au moyen d’un bourrelet dont ce tuyau est garni, on empêche qu’il n’entre jusqu’au fond du collet ; en sorte qu’il s’élève d’environ 2 lignes au-dessus de l’ouverture de la platine. La partie du collet qui dépasse le tuyau est percée elle-même d’une ou deux ouvertures latérales, qui servent à établir une communication entre l’air extérieur et les capacités, tant du bassin que du grand tuyau et du globe. Le tout a été combiné de manière qu’il sort plus d’eau par les petits tubes attachés au globe, qu’il ne peut entrer, pendant le même temps, dans le réservoir, par les ouvertures du collet.

8En ce moment le globe est vide. J’enlève le tuyau qui le soutient ; je le renverse, et je fais couler, dans son intérieur, une certaine quantité d’eau, jusqu’à ce que le globe soit presque plein. Je remets promptement le tuyau à sa place, et je laisse marcher l’expérience.

9Vous avez vu d’abord l’eau jaillir par les petits tubes soudés au globe ; c’est qu’alors la communication était établie entre l’air intérieur et celui de l’atmosphère. Ce dernier exerçait, à l’orifice des petits tubes, une pression qui était combattue par deux forces, savoir une pression égale à la première, exercée par l’air intérieur sur la surface de l’eau renfermée dans le globe, et de plus le poids du liquide. Ainsi les deux forces de l’air étant opposées et égales, l’eau s’écoulait par l’effet de sa pesanteur.

10Un instant après, les ouvertures du collet se trouvant obstruées par l’eau qui, comme je vous l’ai dit, sort du globe en plus grande quantité que celle qui passe dans le réservoir ; la communication a été interceptée entre les deux airs. Depuis ce terme, l’eau a continué de s’écouler un peu, jusqu’à ce que le ressort de l’air intérieur qui se dilatait et s’affaiblissait pendant cet écoulement, joint au poids de l’eau, fit une somme égale à la pression de l’atmosphère ; alors l’écoulement s’est arrêté : mais bientôt l’eau qui continuait de passer par les ouvertures du collet, pour se rendre dans le réservoir, ayant laissé les ouvertures libres, la communication s’est rétablie entre les deux airs ; la petite cascade a joué de nouveau, puis elle s’est arrêtée, et ainsi de suite, tant qu’il est resté de l’eau dans le globe.

11On éprouve toujours une sorte de surprise, à la vue de ces effets qui ont l’air de se succéder spontanément, l’inventeur ayant ingénieusement profité de l’écoulement même du liquide, pour le supprimer et le reproduire tour à tour.

12Remarquez, citoyens, que l’orifice des tubes par lesquels l’eau descend présente à l’air une surface assez peu considérable pour que la pression de ce fluide puisse tenir l’eau en arrêt lorsque l’écoulement est suspendu. Cette observation revient à ce que je disais, il n’y a qu’un instant, en répondant à la difficulté proposée par le citoyen Ferrand.

Expérience du ballon

13Il nous reste à faire l’expérience du ballon. Vous voyez ici l’appareil très simple qui va servir à le remplir. Il est composé de deux boîtes cylindriques, l’une de plomb et l’autre de fer blanc ; l’une et l’autre communiquent ensemble au moyen d’un tuyau recourbé qui part du haut de sa boîte de plomb, et se termine vers le milieu de celle de fer blanc. De plus, la partie supérieure de chaque boîte est garnie d’une espèce de goulot de métal. On verse d’abord de l’eau commune par le goulot de la boîte de fer blanc, jusqu’à ce qu’elle soit pleine ; on introduit ensuite, par l’autre goulot, les matières qui doivent produire le gaz inflammable, puis on ferme ce goulot à l’aide d’un bouchon. Les matières dont il s’agit sont ici l’acide sulfurique étendu d’une certaine quantité d’eau et la limaille de fer. Le poids de l’eau est à celui de l’acide dans le rapport de quatre à un, et le poids de la limaille est un tiers de celui de l’acide. Ainsi pour remplir le ballon que vous voyez, et dont le diamètre est d’environ 20 pouces, le citoyen Dumotiez emploie 6 onces 6 gros d’acide, 27 onces d’eau, et 2 onces 2 gros de limaille. On lie fortement l’ouverture du ballon autour du goulot de la bouteille de fer blanc, et le reste va de soi-même.

14En ce moment l’eau se décompose, et c’est elle qui fournit le gaz inflammable. Le citoyen Laplace, en assistant aux opérations de Lavoisier, aperçut et indiqua cette origine du gaz inflammable. C’était un de ces premiers pas qui mettent une science sur la voie, pour pénétrer dans un pays riche en découvertes.

15À mesure que le gaz se dégage, il entre dans le tuyau de communication et se rend dans le ballon, après s’être épuré en passant à travers l’eau renfermée dans la boîte de fer blanc. Vous voyez que le ballon, qui d’abord était flasque et couvert de plis, commence à se dérider et à s’étendre. En attendant qu’il soit plein, je vous ferai observer que la baudruche, qui en fait la matière, est la pellicule qui tapisse à l’intérieur le gros boyau du bout. On la nettoie en enlevant toutes les parties grasses et fibreuses qui y formaient des inégalités ; et après l’avoir laissée sécher, on lui fait subir encore quelques préparations pour la rendre le plus lisse qu’il est possible. Les batteurs d’or en font des livrets, entre les feuilles desquels ils placent des feuilles d’or qu’ils amincissent, par l’action du marteau, jusqu’à un extrême degré de ténuité.

16On emploie aussi la baudruche, sous le nom de peau divine, en l’appliquant sur les coupures, pour intercepter le contact de l’air, qui n’est propre qu’à aigrir le mal.

17Cette matière serait très avantageuse, par sa grande légèreté, pour la construction des aérostats, si elle n’avait l’inconvénient de se charger de l’humidité de l’air, et celui de ne pas garder longtemps le gaz inflammable, qui s’échappe par une multitude de pores imperceptibles, dont elle est toute criblée. Pour remédier en partie à cet inconvénient, on a appliqué deux peaux de baudruche l’une sur l’autre, en formant le ballon qui est sous vos yeux.

18Vous concevez que la force ascensionnelle du ballon, toutes choses égales d’ailleurs, étant toujours plus petite, à mesure que l’on diminue le diamètre, il doit y avoir un minimum au-dessous duquel le ballon devenant respectivement plus pesant que l’air atmosphérique, refuserait de s’élever. Le citoyen Deschamps, peintre, en avait exécuté un qui n’avait que 6 pouces de diamètre, et qui s’éleva très bien. D’après le calcul que l’on en fit, sa force ascensionnelle ne devait être que d’environ 10 grains, et ainsi il n’était pas éloigné du minimum.

19Un élève. Je désirerais savoir, citoyen professeur, comment on peut calculer la force ascensionnelle d’un ballon.

20Le Professeur. Il faut d’abord connaître le poids et le volume du ballon, et ensuite la pesanteur spécifique du gaz inflammable, comparée à celle de l’air. Si le gaz était pur, le rapport serait 1/23. Mais en employant les moyens ordinaires, on n’a guère que le rapport 1/2. Cela posé, connaissant le poids d’un pied cube d’air pris auprès de la surface de la terre, on trouvera celui du volume d’air déplacé par le ballon, au moment de l’ascension. On aura pareillement celui du gaz inflammable renfermé dans le ballon, en prenant le 5/8 du résultat précédent. On ajoutera ce dernier poids à celui du ballon, et l’on prendra la différence entre la somme des deux poids, et celui du volume d’air déplacé.

21Cette différence donnera la force ascensionnelle du ballon.

22Lorsque le ballon fut plein, le citoyen Dumotiez le détacha de l’appareil, et noua fortement les bords de son ouverture. A l’instant le ballon s’élança jusqu’à la voûte de la salle, et fit différents mouvements qui indiquaient sa tendance à s’élever plus haut, sans l’obstacle qui l’arrêtait. Le citoyen Dumotiez le gouvernait, à l’aide d’un cordon délié de soie, qu’il tenait à la main, et dont l’extrémité était attachée au ballon. On suspendit successivement à ce fil différents corps, jusqu’à ce que le ballon parût être en équilibre avec l’air, et l’on jugea que sa force ascensionnelle était d’environ une once.

23Nota. On a fait pendant les séances mêmes, où les leçons ont été données, la plupart des expériences qui servent de bases aux théories, comme celles qui prouvent que l’air se comprime à proportion des poids dont il est chargé ; que ce fluide est le véhicule du son ; l’expérience du sonomètre pour la comparaison des sons appréciables ; celle de Sauveur sur les sons harmoniques ; les expériences relatives aux principaux phénomènes électriques ou magnétiques etc. On avait réservé pour les conférences les autres expériences qui sont simplement confirmatives des précédentes.

© Éditions Rue d’Ulm, 2006

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