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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

Sixième leçon

11 ventôse/1er mars

Texte intégral

1Nous avons exposé, dans la dernière séance, la manière dont le calorique, en s’accumulant de plus en plus entre les molécules d’un corps solide, balançait d’abord leur affinité, au point d’amener le passage à l’état de liquide ; et surmontant ensuite l’obstacle que lui opposait encore la pression de l’atmosphère, finissait par entraîner avec lui les molécules, sous la forme de vapeurs. Ces résultats, limités par l’observation à un certain nombre de corps, ont reçu de la théorie une généralité à laquelle on ne pouvait se refuser, et on en a tiré la conséquence que tous les corps de la nature étaient susceptibles par eux-mêmes des trois états dont nous venons de parler, et qu’une grande partie de ces corps ne paraissaient fixes que faute de pouvoir acquérir ou perdre la quantité de calorique suffisante pour déterminer leur passage d’un état à l’autre. La plus grande différence qui puisse exister entre la température des climats où l’on ressent les plus vives ardeurs du soleil, et de ceux que la grande obliquité de ses rayons laisse exposé au froid le plus rigoureux, ne produit guère d’effets sensibles que par rapport à l’eau, qui ne cesse jamais de couler vers l’équateur, et perd quelquefois sa fluidité dans nos climats, tandis que vers le pôle, d’énormes glaçons ne peuvent échapper à l’action constante de la cause qui les a durcis qu’en venant, comme des montagnes flottantes, se fondre dans les mers des régions tempérées.

  • 1 Il s’agit ici de degrés comptés négativement dans l’échelle de Réaumur.

2La puissance de l’art a enchéri de beaucoup sur celle de la nature. En employant un froid artificiel, poussé jusqu’au 32e degré de Réaumur1 on a vu, pour la première fois, le mercure se fixer, d’abord à Pétersbourg, ensuite en divers endroits, et cette expérience intéressante vient d’être répétée, pendant le froid rigoureux de cet hiver, à la commission des travaux publics. Cependant on sait que le même liquide se congèle naturellement en Sibérie.

3C’est par les effets de la chaleur artificielle, pour reculer la limite apposée, que le plus grand nombre de passages à un nouvel état ont été déterminés. En concentrant l’action des rayons solaires dans le foyer de verre ardent, on a réussi à fondre des corps qui avaient résisté jusqu’alors à toute l’activité du feu de nos fourneaux, et à volatiliser l’or et différentes substances métalliques.

4Il semblerait que ce fut le dernier effort de l’art pour augmenter l’intensité de l’action du calorique. La chimie moderne a été encore plus loin, en substituant au feu céleste un feu ordinaire, auquel on fournit l’air vital, son aliment, dans l’état de pureté. Au moyen de la flamme, animée par un courant de ce gaz, on a volatilisé les métaux plus promptement et plus facilement qu’au foyer de la lentille, et quelques-uns, tels que le cuivre, qui s’étaient seulement oxydés par ce dernier moyen, ont été volatilisés en entier. Plusieurs pierres ont été fondues ; d’autres ont subi seulement un premier degré de ramollissement, et de ce nombre sont le quartz pur, et une partie des pierres gemmes.

5Mais ces limites sont encore très éloignées de celles où il faudrait que les forces de la nature ou de l’art fussent capables d’atteindre pour que les trois degrés de solidité, de liquidité et de fluidité élastique pussent être réalisés relativement à chaque substance ; en sorte que plusieurs corps dans l’ordre actuel des choses, peuvent être considérés, les uns, comme étant à l’état de permanence, les autres, comme étant tout au plus susceptibles de passer à l’un des états voisins de celui dans lequel ils existent habituellement. Ainsi, nous ne pouvons pas présumer que l’on voie jamais le quartz pur se volatiliser, ou l’alcool et l’éther se congeler, et l’air atmosphérique est pour nous fixé sans retour dans la classe des fluides élastiques et invisibles.

6Une autre conséquence qui dérive des principes que nous venons d’exposer est que tout corps qui se dilate, quelle que soit la cause de cette dilatation, enlève du calorique aux corps environnants, et au contraire tout corps dont le volume se resserre, quelle que soit même la cause de cette contraction, cède de son calorique libre aux corps environnants. Pas exemple, si l’on enveloppe la boule d’un thermomètre d’un linge fin, et qu’on humecte ce linge avec de l’éther, en agitant le thermomètre dans l’air, pour renouveler les points de contact et faciliter l’évaporation, qui n’est autre chose qu’une espèce de raréfaction, on parviendra à faire descendre très sensiblement la liqueur du thermomètre. On sait d’une autre part que quand on bat une barre de fer chaud, chaque coup de marteau, en rapprochant les molécules, fait sortit des jets de calorique, qui deviennent sensibles par l’impression de chaleur qu’ils excitent tout alentour. On a énoncé des différents effets par cette espèce d’axiome, que les corps sont des éponges de chaleur.

7Nous allons maintenant reprendre les divers états dont nous venons d’établir la gradation d’une manière générale, pour les considérer successivement par rapport à différents corps particuliers.

8On a cherché à déterminer les dilatations de plusieurs substances solides, surtout celles à l’égard desquelles cette détermination devenait intéressante par la précision qui peut en résulter dans certaines opérations des arts. Ainsi, l’on a trouvé que pour chaque degré de Réaumur, le fer se dilatait d’environ 1/75 000 de chacune de ses dimensions, le cuivre de 1/49 000, et le verre de 1/1 000.

9Pour estimer la dilatation d’une des surfaces d’un solide, lorsque l’on connaît le rapport de dilatation de la substance dont il est composé, on multiplie la fraction qui représente ce rapport par le nombre de degrés dont la température a été élevée ; puis l’on prend le double du résultat ; et pour évaluer la dilatation de tout le volume, on triple le même résultat. Par exemple, si l’on a une masse de fer qui se soit dilatée, en passant d’une température de 10 degrés de Réaumur à celle de 15 degrés, ce qui fait 5 degrés d’élévation pour la température, on multiplie par 5 la fraction 1/75 000 qui exprime le rapport de dilatation du fer ; et en triplant le résultat, on a 15/75 000 ou 1/3 000, ce qui fait connaître que le corps s’est dilaté d’une quantité égale à 1/3 000 de son volume. Les géomètres, qui feront le calcul, verront aisément que cette méthode se réduit à considérer le corps comme un parallélépipède, dont la solidité serait le produit des trois dimensions de ce corps ; à chercher ensuite l’accroissement de cette solidité, en faisant varier chaque dimension d’après la loi donnée de la dilatation, en rejetant du résultat les quantités affectées des puissances qui passent le premier degré. L’erreur produite par cette omission est censée nulle par rapport à ce genre de résultat. On suppose dans ces évaluations que les degrés de dilatation suivent sensiblement les variations de la température, supposition permise dans le cas présent, parce que les corps que l’on considère ont une température modérée et sont encore loin de la fusion, où l’action du calorique acquiert une si grande prépondérance sur l’affinité, que la dilatation prend une marche beaucoup plus rapide, que celle de la température.

  • 2 Il s’agit ici du mètre étalon, dit provisoire, de 1795, fait en laiton par Lenoir et que l’on peut (...)

10Ceci nous conduit à une considération qui a rapport à l’unité des mesures linéaires républicaines. Le mètre considéré physiquement est comme nous l’avons dit la dix-millionième partie de la distance entre l’équateur et le pôle boréal ; cette distance n’étant pas susceptible de varier, sa dix-millionième partie est de même une quantité déterminée. Mais l’étalon en cuivre du mètre qui est censé la représenter, est sujet à des variations continuelles, occasionnées par le changement de température, et qui donnent environ 9/5 000 de lignes d’allongement pour chaque degré de Réaumur. Ici on peut demander dans quelles circonstances le mètre de cuivre représente le plus exactement qu’il est possible le mètre de la nature2.

11La réponse à cette question est facile. La base de la chaîne de triangles qui a servi à la détermination de l’arc, d’où l’on a déduit le mètre physique, a été mesurée avec des perches, étalonnées par une température de 13 degrés de Réaumur, sur une toise de fer que l’on a conservée avec soin. Ainsi le véritable mètre est une longueur de 3 pieds 11 lignes 44/100 prise sur cette même toise, à 13 degrés de Réaumur. Mais, en construisant l’étalon en cuivre du mètre, on a ramené sa longueur, à ce qu’elle aurait été par une température moyenne de 10 degrés. Ainsi c’est lorsque le mètre se trouve exposé à cette température, qu’il représente fidèlement le mètre physique ; nouvel exemple du soin que l’on a apporté dans la construction de ces instruments, pour leur imprimer ce caractère de justesse et de précision qui convenait à un résultat demandé par la patrie, et puisé dans la nature.

  • 3 Les travaux des horlogers du xviiie siècle, parmi lesquels John Harrison en Angleterre et Ferdinan (...)

12On sait combien la dilatation et la condensation des métaux, par les alternatives de la température, influent sur le mouvement des horloges, en faisant varier la longueur de la verge du pendule. On est parvenu par un procédé ingénieux à tourner cette cause d’irrégularité contre elle-même, et à faire naître de ses anomalies la constance et l’uniformité. Le procédé consiste en général à combiner avec la verge de fer du pendule un autre corps métallique, qui est ordinairement le cuivre, et à disposer le tout de manière que quand la verge de fer, à laquelle est suspendue la lentille s’allonge ou se raccourcit, le cuivre éprouvant de semblables variations en sens contraire, établisse une exacte compensation, dont l’effet soit de maintenir le centre d’oscillation constamment à la même hauteur3.

13Les dilatations des fluides, dont nous allons nous occuper maintenant, ont donné naissance à un instrument précieux pour le physicien qu’il dirige dans une multitude d’expériences, et qui est même devenu d’un usage presque général, par l’intérêt qu’ont tous les hommes de le consulter. Cet instrument est le thermomètre, qui sert à mesurer les degrés de la chaleur. Avant son invention, on n’avait que des indications incertaines et confuses, sur les variations de la température. On se bornait à comparer entre eux les hivers les plus rigoureux et les étés les plus brûlants, d’après certains effets généraux qui offraient un rapprochement presque aussi vague que le sont par eux-mêmes les termes de froid et de chaud. Le thermomètre nous a mis à portée de tenir un journal fidèle et détaillé des différentes saisons de chaque année, et des effets gradués de leur température.

14Cet instrument, dont on attribue la première idée à un Hollandais nommé Drebbel, était d’abord très imparfait, comme le sont la plupart des inventions humaines à leur naissance. Il consistait en un tube de verre, terminé par une boule et ouvert à sa partie inférieure. On le plongeait par cette même partie dans une liqueur colorée ; puis, en appliquant la main sur la boule pour échauffer et dilater l’air intérieur, on déterminait une portion de cet air à s’échapper à travers la liqueur, en sorte que, quand on retirait ensuite la main, l’air qui restait, venant à se condenser par le refroidissement, permettait à la liqueur de s’introduire dans le tube jusqu’à une certaine hauteur, par la pression de l’air extérieur. L’instrument se trouvait alors en état de servir, et c’était la dilatation de l’air intérieur ou sa contraction, en vertu des variations de la température, qui, en faisant descendre la liqueur suspendue dans le tube ou en la laissant remonter, indiquaient ces mêmes variations. Mais il est aisé de sentir que cet instrument, dont la marche était compliquée à la fois des effets du thermomètre et de ceux du baromètre, ne pouvait donner que des indications équivoques.

  • 4 On peut voir des exemplaires originaux de ces thermomètres construits entre 1660 et 1670 à l’Accad (...)

15Bientôt les physiciens s’occupèrent de perfectionner cette première ébauche et d’amener l’instrument à n’être plus qu’un simple thermomètre. Tel était celui qu’on a nommé thermomètre de Florence, et qui consiste dans un tube de verre, terminé de même par une boule, mais que l’on scellait hermétiquement par le haut, après l’avoir rempli d’une liqueur colorée jusque vers le milieu de sa hauteur4.

16On appliquait ensuite ce tube sur une planche graduée, et l’on jugeait de la dilatation ou de la contraction de la liqueur par le nombre de degrés parcourus. Mais comme tout était arbitraire, et dans la construction de l’instrument, et dans les divisions de l’échelle, chaque thermomètre ne pouvait être comparé qu’à lui-même et deux instruments ainsi construits ne s’accordaient point entre eux et parlaient différents langages. On fit dans la suite diverses tentatives pour rendre les thermomètres comparables, et enfin Réaumur parvint à ce but, d’une manière plus avantageuse qu’on ne l’avait fait jusqu’alors, au moyen d’une construction dans laquelle le terme de zéro était donné par la température de la glace fondante, et la grandeur de chaque degré, par le rapport entre la capacité du tube et celle de la boule. Cette construction fut généralement accueillie ; on ne parla presque plus que du thermomètre de Réaumur, et il se forma une liaison si intime entre ces noms, qu’aujourd’hui même encore, les thermomètres dont nous nous servons sont appelés thermomètre de Réaumur, quoiqu’ils ne soient pas faits d’après sa méthode.

17La construction de ces derniers se rapporte à deux termes, dont l’un, qui sert de point de départ, est, ainsi que le thermomètre de Réaumur, la température de la glace fondante ; mais l’autre, qui donne la limite opposée, est la chaleur de l’eau bouillante. On divise en 80 degrés la distance comprise entre ces deux limites, et l’on continue la même division au-dessous de zéro.

18Cette méthode réunit au mérite d’une plus grande exactitude celui de la simplicité, en ce qu’elle ramène uniquement la construction du thermomètre à la cause même des variations de cet instrument, et aux deux époques où l’eau, prenant tout à coup une nouvelle forme, avertit le physicien de l’existence du point fixe qu’il cherche à saisir. Nous devons observer, à ce sujet, que la pression de l’air n’influe pas sensiblement sur la première limite, qui est le degré de la glace fondante, au lieu qu’il est nécessaire d’avoir égard à cette pression pour déterminer la limite opposée, parce qu’à proportion que l’eau est plus ou moins comprimée, elle entre en ébullition par une température plus haute ou plus basse. On a choisi la pression qui répond à une hauteur de 28 pouces dans le baromètre, parce que c’est la pression moyenne, ou celle qui a lieu communément aux bords de la mer.

19Il est aisé de voir maintenant que les deux limites étant les mêmes dans différents thermomètres, construits d’après ces principes, et les degrés de l’échelle, dans tous ces thermomètres, étant des parties proportionnelles à la distance entre les deux limites, les indications données par les mouvements de la liqueur se rapportent entre elles, quelle que soit d’ailleurs la distance dont il s’agit. La graduation deviendra ainsi comme une langue de commerce entre tous les thermomètres ; en sorte que, si deux de ces instruments placés, l’un à Paris, l’autre à Amsterdam, indiquent le même degré, on sera sûr que la température est la même dans les deux endroits, et que s’ils marquent différents degrés, chacun d’eux parlera précisément comme aurait fait l’autre dans la même position.

20Le choix de la liqueur est une circonstance importante, soit pour donner à chaque thermomètre une marche plus conforme à celle de la température, soit pour mettre les différents thermomètres plus exactement d’accord entre eux. Pendant longtemps on a employé l’alcool ; mais la différence des substances dont on tire ce liquide, jointe à celle qui provient de l’opération elle-même, peut faire varier sa nature, et par une suite nécessaire sa dilatation ; et d’ailleurs, l’observation a prouvé que cette dilatation marquait des degrés sensiblement inégaux, par des variations égales de température. Au contraire le mercure bien purifié est constamment homogène, et il résulte des expériences faites par Deluc, célèbre physicien de Genève, que les dilatations de cette substance, au moins depuis zéro, jusqu’au degré de l’eau bouillante, sont sensiblement proportionnelles aux accroissements de chaleur. Ainsi il est à désirer que l’usage des thermomètres à mercure devienne général puisque ce sont les seuls comparables. On n’emploierait le thermomètre à alcool que dans le cas où l’on voudrait faire des observations par un froid artificiel, plus grand que celui de 32 degrés, qui détermine la congélation du mercure.

  • 5 Haüy vient d’esquisser une histoire d’un nouveau type d’instrument, ici le thermomètre, appartenan (...)

21La distance entre les deux limites du thermomètre ayant tous les caractères d’une véritable unité, puisque ces mêmes limites sont prises dans la nature, il convient de la soumettre au principe adopté, relativement aux mesures républicaines, savoir que toute unité doit être divisée en parties décimales. On peut consulter, sur le mode de cette division, l’instruction publiée par la commission des poids et mesures. Alors le thermomètre quittera naturellement le nom de thermomètre de Réaumur, qui lui conviendrait encore moins, pour celui de thermomètre décimal, qu’il porte dès maintenant chez ceux des physiciens qui ont déjà donné l’exemple5.

22On est dans l’usage de tenir note, sur le thermomètre, des années qui ont été remarquables par la rigueur de l’hiver, ou par les ardeurs de l’été. Jusqu’ici toutes les indications étaient tirées de l’ère vulgaire. Désormais le thermomètre, déjà marqué du caractère national, à raison de sa division décimale, commencera à parler un langage assorti à ce caractère, en indiquant le froid de 16 degrés et demi environ, qui fera, de l’an III de la République française, une époque mémorable dans les annales de la physique, mais plus encore dans celles de la République elle-même, lorsque l’histoire dira à la postérité étonnée : Par un froid, dont il y a peu d’exemples, les défenseurs de la liberté s’avancèrent sur la glace, et la Hollande fut conquise.

23Il est à propos de donner aux élèves des écoles primaires une juste idée des principes sur lesquels est fondée la construction du thermomètre, pour servir à les diriger, soit dans le choix, soit dans l’usage de ces instruments qui ne doivent point être regardés, même à l’égard des hommes ordinaires, comme étant de pure curiosité. Outre que les variations auxquelles est sujette la température du fluide au milieu duquel nous vivons nous intéressent tous, il y a plusieurs circonstances où il est utile d’avoir recours au thermomètre, pour connaître la chaleur qui convient à la chambre d’un malade, à l’eau d’un bain, à une étuve, à une serre chaude, etc. La plupart des instruments de ce genre, que l’on achète, comme au hasard, sont défectueux ou peu consultés. C’est aux écoles primaires à donner de bons thermomètres aux campagnes et de bons observateurs au thermomètre.

24On a fait aussi diverses expériences sur les dilatations de l’eau, depuis le terme de zéro jusqu’à celui de l’ébullition, et l’on a trouvé que ces dilatations variaient dans un rapport sensiblement plus grand que les augmentations de chaleur. Cette différence est marquée surtout aux approches de l’ébullition ; ce que l’on conçoit aisément en faisant attention que, quand la distance entre les molécules de l’eau s’est accrue à un certain point, par la force élastique du calorique, l’affinité qui n’agit très sensiblement que près du contact doit continuer de décroître toujours plus rapidement même en supposant des augmentations égales de chaleur, en sorte que les dilatations, au contraire, croîtront dans un très grand rapport.

25Parmi les différents intermédiaires qui se trouvent entre les deux limites de l’expérience, celui qui répond à 10 degrés de Réaumur et à 12 degrés et demi du thermomètre décimal mérite de fixer l’attention, en ce qu’il servira de règle pour l’étalonnage des nouvelles mesures de capacité.

26L’unité usuelle de ces mesures est un vase capable de contenir exactement une quantité d’eau distillée, pesant un grave, qui est l’unité de poids : ce qui sert à lier ensemble ces deux unités, en même temps que le grave, ainsi que nous l’avons vu, est lié à son tour avec l’unité des mesures linéaires, par les dimensions du volume cubique dont il dépend, et qui a pour côté le dixième du mètre. Mais l’unité de poids a été prise à la température de la glace fondante ; et pour faciliter les étalonnages, on est convenu de la faire à 10 degrés de Réaumur. Or, à cette température, le volume de l’eau qui remplit la mesure se trouve augmenté d’environ 53 cent-millièmes ; et pour compenser cet accroissement, on ajoute 10 grains dans le bassin de la balance, où est placée la mesure : en sorte que le poids de l’eau contenu dans cette mesure doit faire, avec les 10 grains, une somme égale au poids du grave, non comprise la petite perte que l’eau fait de son poids dans l’air. Cette perte doit être pareillement compensée, puisque la pesée, qui a donné le grave, est censée avoir été faite dans le vide : on ajoute encore 23 grains pour établir la compensation ; et ainsi le vase soumis à l’expérience aura exactement la capacité requise pour l’unité de mesure, si le poids de l’eau qu’il renferme, joint à celui de 33 grains, est en équilibre avec le poids du grave.

27Or, d’après les expériences de Réaumur, la dilatation totale de l’eau, depuis zéro jusqu’à 80 degrés, est égale à 37 millièmes du volume : en sorte que si les dilatations étaient proportionnelles aux accroissements de chaleur, on aurait la dilatation à 10 degrés, en prenant le huitième du résultat précédent, ce qui donne 46 dix-millièmes. Mais cette quantité est près de neuf fois plus forte que celle qui résulte des expériences faites immédiatement sur la dilatation, ce qui s’explique aisément d’après la marche inégalement progressive de cette dilatation.

28La description de l’hygromètre qui sert à mesurer l’humidité de l’air trouve naturellement sa place à la suite de celle du thermomètre. Mais avant de décrire cet instrument, il convient d’établir quelques principes sur la théorie générale de l’hygrométrie.

29Tous les corps susceptibles de s’imbiber d’eau ont une disposition plus ou moins grande à s’unir avec ce liquide, par l’effet d’une attraction semblable à l’affinité chimique jointe à la texture de leurs parties, et aux autres circonstances.

30Si l’on plonge dans l’eau plusieurs de ces corps, tels que du bois, une éponge, du papier, etc., ils s’imbiberont tous de ce liquide, mais par des degrés différents, et comme à mesure qu’ils tendent vers le point de saturation, leur affinité pour l’eau va en diminuant, lorsque ceux qui attiraient l’eau plus puissamment seront parvenus au point où leur force attractive se trouvera seulement égale à celle des corps qui agissaient plus faiblement sur le même liquide, il s’établira entre tous ces corps une espèce d’équilibre, en sorte qu’à ce terme l’imbibition s’arrêtera.

31On voit qu’il y a ici une parité entre la manière dont les corps absorbent le calorique et celle dont ils s’imbibent d’eau ; que la principale condition qui détermine l’équilibre est la même de part et d’autre, et qu’elle dépend des différentes capacités des corps pour le fluide qui échauffe ou pour celui qui mouille.

32Que l’on mette en contact deux corps humectés, dont les affinités pour l’eau ne soient pas en équilibre : celui dont l’affinité sera plus faible cédera de son fluide à l’autre, jusqu’à ce que l’équilibre s’établisse : et c’est dans cette disposition d’un corps à mouiller un autre corps qui le touche, que constitue proprement ce qu’on appelle humidité.

33L’air est celui de tous les corps dont nous ayons le plus d’intérêt de connaître les différents degrés d’humidité, et c’est aussi vers les moyens propres à nous procurer cette connaissance que les physiciens ont dirigé principalement leurs recherches. De là les diverses espèces d’instruments que l’on a imaginés pour mesurer l’humidité de l’air.

34On connaît une multitude de corps dans lesquels l’humidité, à mesure qu’elle augmente ou diminue, occasionne divers degrés de dilatation ou de contraction, suivant que le corps se prête à l’un ou à l’autre de ces effets, à raison de son organisation, de son tissu, ou de la disposition des fibres, dont il est l’assemblage. Par exemple, l’eau, en s’introduisant dans l’intérieur des cordes faites de fibres tortillées et situées obliquement, produit entre ces fibres un écartement qui fait gonfler la corde, et par une suite nécessaire la raccourcit. Les fils tords, dont on fabrique les toiles, peuvent être considérés comme de petites cordes qui éprouvent de même un raccourcissement par l’action de l’humidité ; ce qui fait que les toiles, surtout lorsqu’on les mouille pour la première fois, se retirent dans les deux sens où leurs fils se croisent. Au contraire, le papier qui n’est qu’un assemblage de filaments très déliés, très courts, et disposés irrégulièrement dans toutes sortes de directions, s’allonge dans toutes les dimensions de sa surface, à mesure que l’eau, en s’insinuant dans les intervalles de ces mêmes filaments, agit, pour les écarter, en allant du centre vers les bords.

35On a employé successivement à la construction des hygromètres différents corps choisis parmi ceux dans lesquels l’humidité produisait les mouvements les plus sensibles. On a cherché aussi à mesurer l’humidité de l’air par l’augmentation de poids que subissaient certaines substances, telles qu’un flocon de laine, ou un sel, en absorbant l’eau contenue dans l’air.

36Mais, outre que ces moyens étaient par eux-mêmes très imparfaits, les corps qu’on y employait étaient sujets à des altérations qui leur faisaient perdre plus ou moins promptement leur qualité hygrométrique. Ils avaient le double inconvénient de servir mal et de n’être pas un long service.

37Pour tirer de l’hygromètre des avantages réels, il fallait le mettre en état de rivaliser avec le thermomètre, en offrant une suite d’observations exactes, et qui fussent comparables dans les différents hygromètres.

38Le célèbre Saussure, à qui nous devons un ouvrage très estimé sur l’hygrométrie, est parvenu à remplir cet objet, par un procédé dont nous allons donner une idée. Il se sert d’un cheveu préparé convenablement, pour en faire la pièce principale de son hygromètre. On sait que l’humidité allonge le cheveu et que le dessèchement le raccourcit. Pour rendre l’un et l’autre effet plus sensibles, Saussure attache un des deux bouts du cheveu à un point fixe, et l’autre à la circonférence d’un petit cylindre mobile, qui porte à l’une de ses extrémités une aiguille légère. Le cheveu est bandé par un contrepoids de trois grains, suspendu à une soie déliée, qui est roulée en sens contraire autour du même cylindre. A mesure que le cheveu s’allonge ou se raccourcit, il fait tourner le cylindre dans un sens ou dans l’autre ; et par une suite nécessaire, la petite, dont les mouvements se mesurent sur la circonférence d’un cercle gradué, autour duquel l’aiguille fait sa révolution, comme dans les cadrans ordinaires. De cette manière, une variation très petite dans la longueur du cheveu, devient sensible, par le mouvement beaucoup plus considérable qu’elle occasionne dans l’extrémité de l’aiguille ; et l’on voit aisément qu’à des degrés égaux d’allongement ou de raccourcissement dans le cheveu répondent des arcs égaux parcourus par l’aiguille.

39Pour donner à l’échelle une base qui puisse mettre en rapport tous les hygromètres construits d’après les mêmes principes, Saussure prend deux termes fixes, dont l’un est l’extrême de l’humidité, et l’autre celui de la sécheresse : il détermine le premier, en plaçant l’hygromètre sous un récipient de verre, dont il a mouillé exactement, avec de l’eau, toute la surface intérieure. L’air, en se saturant de cette eau, agit par son humidité sur le cheveu, pour l’allonger. On humecte de nouveau l’intérieur du récipient, autant de fois qu’il est nécessaire, et l’on reconnaît que le terme de l’humidité extrême est arrivé, lorsque, par un séjour plus long sous le récipient, le cheveu cesse de d’étendre.

40Le moyen adopté par le même physicien pour parvenir au terme de l’extrême sécheresse consiste à renfermer l’hygromètre sous un récipient chaud et bien desséché, avec un morceau de tôle pareillement échauffé et couvert d’alcali fixe. Ce sel, en exerçant sa faculté absorbant sur ce qui reste d’humidité dans l’air environnant, détermine le cheveu à se raccourcir jusqu’à ce qu’il ait atteint le dernier terme de sa contraction.

41L’échelle de l’instrument est divisée en 100 degrés. Le zéro indique le terme de l’extrême sécheresse, et le nombre cent, celui de l’humidité extrême. L’inventeur a senti les avantages de la division décimale, pour la facilité des calculs, et n’a pas balancé à l’adopter.

42Les effets de l’humidité et de la sécheresse sur le cheveu sont modifiés par ceux de la chaleur, qui agit sur lui, tantôt dans le même sens, et tantôt en sens contraire ; en sorte que, si l’on suppose, par exemple, que l’air s’échauffe autour de l’hygromètre, d’une part cet air, dont la faculté dissolvante à l’égard de l’eau sera augmentée, ainsi que nous l’exposerons dans la suite, enlèvera au cheveu une proportion de l’eau dont celui-ci était imbibé : ce qui tendra à raccourcir le cheveu ; tandis que, d’une autre part, la chaleur, en le pénétrant, agira, quoique beaucoup plus faiblement, pour l’allonger, et ainsi l’effet total se trouvera compliqué de deux effets partiels et contraires, l’un hygrométrique et l’autre pyrométrique. Dans les observations qui exigent une certaine précision, il est donc nécessaire de consulter le thermomètre en même temps que l’hygromètre ; et, en conséquence, l’inventeur a construit, d’après l’observation, une table de correction, qui mettre les physiciens à portée de démêler toujours l’effet principal, ou le degré d’humidité de l’air, d’avec l’effet accessoire produit par la chaleur.

43Il emploie, pour la construction de ses hygromètres, une bandelette très mince de baleine, qui fait le même office que le cheveu dans l’hygromètre de Saussure. Il maintient cette baleine tendue au moyen d’un ressort, dont il préfère l’action à celle d’un poids. Il détermine le degré d’humidité extrême en plongeant la bandelette de baleine tout à fait dans l’eau et, pour fixer la limite opposée, qui est celle de l’extrême sécheresse, il se sert de chaux calcinée, qu’il renferme avec l’hygromètre sous une cloche de verre. Le choix de cette substance est fondé sur ce que la calcination l’ayant amenée au plus haut degré de sécheresse, si on la laisse ensuite refroidir jusqu’au point de pouvoir être placée, sans inconvénient, sous la cloche de verre destinée à l’expérience, elle se trouvera encore alors sensiblement dans le même état de sécheresse, parce qu’elle est très lente à reprendre de l’humidité ; et ainsi, toute sa faculté absorbante sera employée à dessécher peu à peu l’air renfermé sous le récipient, et à faire passer l’hygromètre lui-même à un état qui se rapprochera le plus qu’il est possible de l’extrême sécheresse.

  • 6 Après une histoire et une description du thermomètre, Haüy s’attache à décrire l’hygromètre, qu’il (...)

44L’hygromètre a été longtemps négligé dans les observations météorologiques ; il est nécessaire de l’associer au thermomètre et au baromètre, pour être en état de débrouiller la complication des différentes causes qui influent sur les variations de l’atmosphère ; et ce n’est qu’à l’aide d’une longue suite d’observations, faites par le concours de ces divers instruments, jointes à toutes les indications qui se tirent de l’état du ciel, que nous obtiendrons des données pour présager, avec une grande vraisemblance, les changements de temps, et parvenir à une théorie plausible sur cet objet si intéressant, et naturellement fait pour piquer notre curiosité. Nous sommes dans une dépendance continuelle de l’atmosphère et de l’alternative des jours sereins et pluvieux par les travaux de l’agriculture, par nos voyages, par nos diverses entreprises, même par nos fêtes. Nous trouverions à la fois l’utile et l’agréable dans un art qui nous mettrait à portée de nous précautionner contre ce qui fait nos craintes, et d’aller au-devant de ce qui fait nos espérances6.

Notes

1 Il s’agit ici de degrés comptés négativement dans l’échelle de Réaumur.

2 Il s’agit ici du mètre étalon, dit provisoire, de 1795, fait en laiton par Lenoir et que l’on peut voir à Paris au musée des Arts et Métiers (ancien Musée national des techniques du Conservatoire national des arts et métiers), qui préfigure le mètre étalon définitif de 1799 en platine.

3 Les travaux des horlogers du xviiie siècle, parmi lesquels John Harrison en Angleterre et Ferdinand Berthoud en France, ont particulièrement porté sur l’utilisation de systèmes oscillants comportant de telles parties bimétalliques (fer et laiton) permettant de réduire l’effet de la température sur ces systèmes. Ils ont conduit à la construction d’horloges marines donnant la longitude du vaisseau par comparaison entre l’heure du point d’arrivée et l’heure du point de départ.

4 On peut voir des exemplaires originaux de ces thermomètres construits entre 1660 et 1670 à l’Accademia del Cimento (Académie de l’expérience) créée par le duc de Toscane, au musée d’Histoire des sciences de Florence, et dont une copie existe au musée des Arts et Métiers.

5 Haüy vient d’esquisser une histoire d’un nouveau type d’instrument, ici le thermomètre, appartenant à une nouvelle catégorie appelée instrument philosophique, apparaissant à la fin du xvie siècle et comprenant des instruments liés à l’optique, au magnétisme, à l’électricité et à la mécanique, et non plus seulement à l’astronomie et aux mathématiques. On voit ici plus précisément l’histoire longue de la stabilisation de cet instrument, des premiers thermoscopes (fin xvie-début xviie siècles) aux thermomètres décimaux de la fin du xviie siècle.

6 Après une histoire et une description du thermomètre, Haüy s’attache à décrire l’hygromètre, qu’il associe aux autres instruments d’étude de l’atmosphère, en se rattachant à ce programme d’étude global qui naît à la fin du xviie siècle, portant sur la description et la compréhension de l’état de l’atmosphère et de son évolution.

© Éditions Rue d’Ulm, 2006

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