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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 leçon

21 germinal/10 avril

Texte intégral

1Nous avons vu dans la dernière séance combien la découverte de la pression que l’air exerce sur la surface des autres corps avait contribué à perfectionner la théorie de ce fluide. Il nous reste à faire connaître une application de cette découverte, qui a doublé les avantages du baromètre.

2L’expérience de Torricelli avait donné cet instrument à la physique, pour les observations journalières relatives à l’état de l’air. L’expérience de Pascal fit naître l’idée de le substituer, dans certaines circonstances, aux moyens géométriques, pour la mesure des hauteurs.

3La méthode la plus simple d’appliquer le baromètre à cet usage est fondée sur une observation qui ne peut être regardée que comme un premier aperçu. Elle consiste à supposer qu’en général une ligne de diminution dans la colonne de mercure répond à une différence de 12 toises et demie en hauteur verticale. Ce résultat, traduit dans le langage des nouvelles mesures, donne 108 décimètres d’élévation pour chaque millimètre dont le mercure s’abaisse. L’emploi de ce moyen doit être limité à des hauteurs peu considérables, comme celles qui n’excèdent pas 1 000 ou 1 200 toises du niveau de la mer.

  • 1 En termes modernes, on dirait que la pression et donc la densité dans une atmosphère parfaite et i (...)

4La loi suivant laquelle décroissent les densités de l’air a fourni une autre méthode qui approche beaucoup plus de la précision, et qui s’étend à toutes les hauteurs auxquelles nous pouvons parvenir. En partant du principe donné par l’observation, que l’air se comprime en raison des poids dont il est chargé, on prouve que quand les hauteurs sont en progression arithmétique, les densités correspondantes sont en progression géométrique ; et il est visible que ces densités à leur tour sont en rapport avec les abaissements du mercure dans le tube du baromètre1.

5D’après cela, on a exprimé les hauteurs verticales relatives à différentes stations, par les logarithmes des nombres de lignes qui mesurent des longueurs correspondantes de la colonne de mercure, en donnant à ces logarithmes un multiplicateur constant qui fût propre à les ramener aux valeurs qu’ils doivent indiquer dans la circonstance présente, et qui dépend du rapport entre la densité de l’air et celle du mercure. Voici la règle qui résulte de la formule à laquelle conduit le calcul.

6Observez le baromètre en bas et en haut du lieu proposé. Cherchez la différence entre les logarithmes des nombres de lignes qui mesurent les deux hauteurs du baromètre, en prenant ces logarithmes avec sept décimales, puis multipliez cette différence par 10 000. Le résultat donnera le nombre de toises égal à la hauteur proposée.

7Ce résultat est susceptible de plusieurs corrections dont deux surtout ont fixé l’attention des physiciens. L’inégalité de la température à différentes hauteurs tend à faire varier d’une part la densité de l’air, et de l’autre la hauteur du baromètre. La première de ces variations altère le rapport des densités donné par la seule différence des pressions.

8Deluc, qui s’est beaucoup occupé des moyens d’évaluer l’influence de ces variations, pour en tenir compte dans le résultat, a conclu d’un grand nombre d’observations, que la température moyenne entre toutes celles qui faisaient varier la densité de l’air était de 16 degrés 3/4 de Réaumur. En conséquence, il cherche d’abord la différence entre chacune des deux températures observées en bas et en haut du lieu proposé, et la température moyenne dont il s’agit, en donnant à cette différence le signe positif ou négatif, suivant que la température dont elle résulte est au-dessus ou au-dessous de 16 degrés 3/4. Il prend ensuite la moitié de la somme des deux différences, qu’il divise par 215 qui est le rapport dans lequel l’air se dilate pour un degré ; il multiplie par les fractions qui en résulte, le nombre de toises donné par la formule, et il ajoute le produit à ce même nombre, ou il l’en retranche, suivant que la fraction avait le signe positif ou le signe négatif.

9Le même physicien indique aussi un moyen de corriger l’effet de la variation de température, par rapport au baromètre. Mais, sans être obligé de supposer avec lui un thermomètre particulier, relatif à cette correction, on peut, pour plus de simplicité, partir de l’observation qui lui a servi de règle, et d’où il résulte que par une augmentation de chaleur capable de faire monter le thermomètre depuis le point de la glace jusqu’à l’eau bouillante, le baromètre monte de 6 lignes. Cette quantité divisée par 80 donne 0,075 ligne pour l’élévation de la colonne de mercure qui répond à chaque degré du thermomètre.

10D’après cela, on cherchera la différence entre les deux températures observées en bas et en haut du lieu proposé ; puis, ayant multiplié par 0,075 le nombre de degrés donnés par cette différence, on ajoutera le produit à la hauteur du baromètre, prise à l’endroit de la plus basse température constante, égale à la plus élevée de celles qui auront été observées.

11Pour citer un exemple, supposons que l’on ait observé en bas le baromètre à 28 pouces 4 lignes, et en haut à 18 pouces 10 lignes. Supposons de plus que dans la première station, le thermomètre fût à 15 degrés au-dessus de zéro, et dans la seconde à 19 degrés. La différence entre ces deux températures étant de 4 degrés, on ajoutera 4 fois 0,075 ligne ou 0,3 ligne aux 28 pouces 4 lignes qui donnent la hauteur du baromètre à l’endroit où il faisait le moins chaud. Ainsi les deux hauteurs du baromètre, réduites en lignes seront 340,3 lignes et 226 lignes, dont les logarithmes, pris avec 7 décimales, sont 2,53181619 et 2,3541084. La différence est 0,1777535, qui, étant multipliée par 10 000, donne 1777,535 toises.

12Maintenant, la somme des différences entre les deux températures observées et la température moyenne de 16,75 degrés, est 2,25 degrés-1, 75 degrés ou 0,50 degré, dont la moitié est 0,25 degré. Ainsi, en multipliant par 0,25/215 le nombre de toises déjà trouvé, on aura 20,669 toises, laquelle quantité ajoutée au même nombre, donne, toute correction faite, 1798,204 toises.

13Au reste, le moyen que nous venons d’exposer, ne peut jamais suppléer entièrement aux mesures géométriques. Mais il y a une multitude de circonstances où l’avantage qu’il a d’être commode et expéditif se concilie avec celui d’une précision suffisante pour l’objet qu’on se propose. Il peut être utile au géomètre lui-même, pour un nivellement préliminaire, et il sert bien l’activité et les projets du naturaliste qui aime à mesurer les montagnes, comme il les observe, c’est-à-dire en voyageur.

  • 2 Cet appareil permettant de faire une mesure directe de la hauteur du lieu en utilisant la loi d’éb (...)

14On a imaginé une manière assez ingénieuse de se passer du baromètre dans ces sortes d’opérations, en représentant les indications de cet instrument par celles du thermomètre combinées avec une expérience très facile à faire. Nous avons dit que l’ébullition d’un liquide avait lieu par un moindre degré de chaleur, à mesure qu’en s’élevant à différentes hauteurs, on diminuait la longueur de la colonne d’air qui pressait sur la surface du liquide. Il en résulte qu’il y a pour chaque pression d’un nombre donné de pouces de mercure, ou ce qui revient au même, pour chaque hauteur verticale, une température particulière qui détermine le fluide à entrer en ébullition. Or la table construite par le citoyen Bétancourt pour avoir les forces expansives du gaz aqueux à différentes températures, et dont nous avons parlé à l’occasion des machines à vapeur, donne ces mêmes forces expansives exprimées par les hauteurs de la colonne de mercure, auxquelles la vapeur fait équilibre par chaque degré de température. D’après cela, tout l’appareil se réduit au thermomètre et à une petite bouilloire que l’on échaufferait au moyen d’une lampe à alcool. À l’instant de l’ébullition, on observerait le thermomètre, et le degré de température cherché sur la table ferait connaître la hauteur du baromètre, relativement à la même position. Cet appareil très économique serait en même temps d’un transport beaucoup plus facile et plus sûr que le baromètre2.

15Mais nous pensons que la méthode, fondée sur son usage, est moins exacte que celle qui consiste à employer le baromètre lui-même. Celle-ci est simple, directe, et susceptible par sa nature d’une assez grande précision, quand l’instrument est fait avec soin, et manié par un observateur exercé. L’autre méthode, au contraire, prend un détour et est compliquée de deux espèces d’observations, l’une pour avoir la vraie température du lieu où l’on est, l’autre pour avoir celle qui répond à l’instant de l’ébullition, et qui peut laisser de l’incertitude. Au reste, on s’est proposé de vérifier cette dernière par l’expérience, dans les voyages que les inspecteurs, ingénieurs et élèves des mines de la République font actuellement pour remplir leur mission.

16Nous avons maintenant à considérer les effets que produit sur l’air l’action du calorique, soit pour le dilater, soit pour augmenter son ressort.

17À l’égard de l’accroissement de volume, on avait pour but d’observer jusqu’à quel point il aurait lieu, en faisant varier la température d’un nombre déterminé de degrés, et en maintenant l’air toujours soumis à la même pression. On a choisi le degré de la glace fondante, et celui de l’eau bouillante, pour limites de la température, et la pression moyenne de l’atmosphère, pour celle qui devait agir uniformément sur l’air. Mais la grande diversité qui se trouve entre les résultats donnés par les différents physiciens qui se sont occupés de ces expériences, en prouvant combien elles sont délicates, nous paraît en exiger de nouvelles, qui soient propres à réunir toutes les opinions. Si l’on s’en tient en attendant à un résultat de Deluc, que nous avons déjà cité, on aura 1/215 pour la quantité dont le volume de l’air augmente de un degré à l’autre, par la pression moyenne de l’atmosphère, depuis à peu près le terme de la congélation, jusqu’à 20 ou 25 degrés au-dessus.

18Au reste, en comparant les différents résultats, on voit que l’augmentation totale de volume, depuis zéro jusqu’à 80 degrés, qui est d’un tiers selon quelques-uns, ne surpasse guère une demie, dans le cas où elle a été le plus loin. Mais nous ne nous étonnerons pas, avec Muschenbroek, de la voir si petite en comparaison de celle de l’eau qui entre en ébullition. Ce liquide passe ici à l’état élastique, qui n’a lieu que par un progrès subit et rapide dans la dilatation. L’air, au contraire, est déjà fort au-dessus du degré où commence l’élasticité. Sa dilatation, par une nouvelle quantité de calorique n’est qu’une des nuances de son état actuel.

19Cette même dilatation prise en général nous conduit à plusieurs considérations intéressantes. Telle est celle des effets produits par la chaleur sur l’air des appartements à cheminée. Les molécules de cet air répandues autour du brasier, diminuant de pesanteur spécifique, par la raréfaction, une partie s’élève dans le tuyau de cheminée, et l’autre va gagner le haut de l’appartement. En même temps un nouvel air arrive par le bas pour remplacer l’air ascendant ; et il s’établit ainsi une espèce de circulation, d’où résultent deux courants contraires : l’un supérieur qui s’éloigne de la cheminée ; l’autre inférieur qui se porte vers elle. Les vitesses de ces deux courants diminuent de part et d’autre, à mesure que les couches se rapprochent d’une certaine hauteur moyenne, où l’air est stationnaire. On peut observer les effets de ce double courant en ouvrant la porte de l’appartement, et en plaçant tour à tour la flamme d’une bougie vers le bas et vers le haut de l’ouverture. On verra la flamme s’incliner d’abord en dedans, puis en dehors ; et à une certaine hauteur intermédiaire, elle restera immobile.

20La succession perpétuelle de ces deux airs, tant que l’action de la chaleur est entretenue, a fourni une explication plausible d’une espèce de vent alizé qui souffle dans la zone torride, et qui est connue sous le nom de vent d’est. Quelques auteurs avaient cru en trouver la cause dans l’attraction que le Soleil et la Lune exercent sur l’atmosphère. Mais il est prouvé que cette attraction ne peut produire dans l’air que des oscillations extrêmement petites, analogues à celles du flux et du reflux, et non pas un mouvement sensible et uniforme dans sa direction.

21L’opinion la plus générale est que le vent d’est provient de la dilatation de l’air raréfié par l’action du Soleil ; et parmi les diverses manières dont on a imaginé que cette action s’exerçait, nous nous bornerons à exposer celle qui paraît la plus simple et la plus naturelle.

22Le Soleil, que nous supposons dans le plan de l’équateur, échauffe et raréfie très sensiblement la partie de l’atmosphère qu’il domine. Cet air raréfié s’élève au-dessus du niveau ; et d’après la tendance qu’ont tous les fluides à reprendre leur niveau, il se répand sur les colonnes situées vers les pôles, tandis qu’un air frais, parti de ces mêmes colonnes, afflue en dessous vers l’équateur, pour remplir l’espèce de vide produit par la dilatation. Il se formera donc, dans chaque hémisphère boréal ou austral, deux courants ; l’un supérieur qui va de l’équateur vers le pôle, l’autre inférieur qui vient du pôle à l’équateur. Ces courants participent au mouvement de rotation des différents parallèles par lesquels ils passent, en sorte que leur vitesse dans le sens de cette rotation, varie sans cesse.

23Maintenant si nous considérons une molécule prise dans le courant inférieur, dont la direction tend vers l’équateur, il sera aisé de concevoir que cette molécule arrive à chacun des parallèles, situés sur son trajet, avec une vitesse angulaire moindre que celle du point correspondant pris à la surface de la Terre. Les objets terrestres qui se présentent au passage du courant inférieur doivent donc le frapper avec l’excès de leur vitesse ; il en sera de même d’un spectateur qui, se croyant immobile, et rapportant l’excès de sa propre vitesse en sens opposé au courant qu’il rencontre, recevra l’impression d’un vent qui lui apparaîtra venir de l’est, puisque le mouvement de rotation est dirigé de l’ouest vers l’est.

24Ce sera le contraire, par rapport au courant supérieur qui va vers le pôle. Chacune de ses molécules ayant plus de vitesse que celle du point de la Terre, au-dessus duquel elle arrive, devancera ce même point en allant vers l’ouest, et il doit résulter de cet excès de vitesse un vent d’ouest réel, au lieu que le vent inférieur est une simple apparence, mais qui produit une illusion complète.

25La chaleur qui augmente le volume de l’air, lorsqu’il a la faculté de s’étendre, ajoute à sa force de ressort, lorsque son volume reste fixe, c’est-à-dire, qu’alors il exerce un plus grand effort contre l’obstacle qui le captive. Nous avons sur cet objet plusieurs résultats intéressants, obtenus par Amontons, l’un des savants qui ait le mieux connu l’art de mettre la nature en action par l’expérience, et de la faire parler en même temps aux yeux et à l’esprit.

26Ce physicien célèbre, ayant cherché à mesurer l’augmentation de ressort que l’air éprouvait entre certaines limites de chaleur, a trouvé que depuis la température modérée qui règne pendant le printemps ou l’automne, jusqu’au degré de l’eau bouillante, le ressort de l’air, tendu d’abord par la pression moyenne de l’atmosphère, augmentait d’environ un tiers ; en sorte que la force nécessaire pour contenir l’air dans le même espace, sans accroissement sensible de volume, devait être équivalente au poids de 28 pouces de mercure, plus 9 pouces un tiers, ou de 37 pouces un-septième, lorsque l’air avait pris la chaleur de l’eau bouillante.

27Quelle que fût la masse d’air employée, pourvu qu’on la chargeât du même poids, l’augmentation de ressort avait toujours lieu dans le même rapport ; d’où résulte ce principe, que si des masses d’air inégales sont chargées de poids inégaux, leur force de ressort s’accroîtra également par des degrés égaux de chaleur.

28L’expérience faisait voir encore que si des masses d’air égales étaient chargées de poids inégaux, leur force de ressort s’accroissait proportionnellement à ces mêmes poids, par une même augmentation de chaleur. Ainsi une masse d’air, qui étant d’abord chargée d’une pression de 30 pouces, avait acquis un surcroît de force de ressort égal à 10 pouces, dans le passage d’une température modérée à celle de l’eau bouillante, en acquerrait un égal à 20 pouces, lorsque la pression primitive était de 60 pouces.

29Amontons, en appliquant la théorie à ces principes, avait aperçu le lien qui les unissait, soit entre eux, soit avec les résultats de Mariotte, que nous avons exposés la dernière fois, sur le rapport entre les degrés de contraction de l’air et les poids dont il est chargé.

30Car lorsque, dans les expériences de Mariotte, des masses d’air inégales, que l’on supposait toujours avoir été prises dans le même état de densité, supportaient des poids égaux, elles se contractaient proportionnellement aux volumes qu’elles avaient d’abord ; d’où il suit qu’après la contraction, elles conservaient la même densité ; en sorte que si le volume de l’une d’elles était primitivement de 4 pouces cubes, et qu’il se trouvât réduit à 3 pouces, celle dont le volume répondait d’abord à 8 pouces cubes, n’en occupait plus que 6. Or, lorsqu’on appliquait à ces mesures, également serrées, un même degré de chaleur, le feu n’agissait pas plus pour écarter les molécules de l’une que celles de l’autre, et ainsi l’augmentation de la force de ressort qui dépendait de cet écartement devait être la même.

31D’une autre part, des masses d’air égales, chargées de poids inégaux, se contractent dans le rapport de ces poids, et lorsqu’on leur appliquait un même degré de chaleur, plus il y avait de particules d’air ramassées dans un même espace, et plus l’effort de la chaleur pour les écarter était considérable ; et ainsi l’augmentation de la force de ressort devrait suivre le rapport des condensations, c’est-à-dire qu’elle était proportionnelle aux forces comprimantes.

32Si l’on considère qu’Amontons écrivait en 1702, à l’époque d’une physique qui a vieilli de bien des manières, on conviendra qu’il y avait beaucoup de finesse d’esprit dans ses vues, qu’on croirait nées parmi celles qui ont la fraîcheur des derniers temps.

33Nous ne devons pas omettre que c’était encore Amontons qui le premier avait observé ce phénomène remarquable que présente l’eau parvenue une fois à l’ébullition, en cessant de s’échauffer, quelque longtemps qu’on la laisse sur le feu, et quelle que soit l’activité de ce feu.

34Amontons conçut l’idée d’appliquer ces différentes découvertes à la construction d’un thermomètre comparable, au moyen duquel on pût transmettre, disait-il, à la postérité, les observations que l’on aurait faites sur la température des différents climats ; au lieu que jusqu’alors les divers instruments de ce genre n’avaient aucune relation entre eux, et n’offraient que des indications locales et isolées. L’exposé que nous allons faire du procédé d’Amontons servira à donner une idée de celui qu’il avait employé pour déterminer l’augmentation de ressort que l’air acquerrait par l’action de la chaleur.

35Il se servait d’un tube dont la partie intérieure, qui était recourbée, se terminait par une boule. La branche ouverte avait environ 47 pouces de hauteur. Il choisissait, pour construire son thermomètre, la température modérée dont nous avons parlé, c’est-à-dire celle du printemps ou de l’automne. Par un procédé ingénieux, qui consistait à souder avec du mastic, au haut de la branche ouverte un second tube pareillement recourbé, et qui avait un renflement près de l’endroit de sa jonction avec l’autre tube, il parvenait à introduire dans celui-ci environ 28 pouces de mercure, et en même temps à condenser l’air renfermé dans la boule, de manière que le niveau fût situé vers la naissance de cette même boule. On enlevait alors le tube qui avait servi à introduire le mercure, et il ne restait plus qu’à appliquer le premier sur une planche divisée en pouces et en lignes à partir du niveau.

36On avait eu soin de donner à la boule un diamètre incomparablement plus grand que celui du tube ; et ainsi lorsque l’air, renfermé dans cette boule, venait à s’échauffer, par la température de l’atmosphère, il s’étendait, à la vérité, dans la branche la plus courte, et forçait une partie du mercure qu’elle renfermait à passer dans la branche la plus longue. Mais la quantité de la dilatation pouvant être négligée, à cause de la grande capacité de la boule, le volume de l’air n’était pas censé avoir diminué ; en sorte que l’augmentation de ressort, qui était mesurée par l’allongement de la colonne de mercure était sensiblement proportionnelle à l’accroissement de la force de ressort.

37L’air intérieur avait donc à supporter, au moment de la construction, une pression d’environ 56 pouces, savoir la pression de l’atmosphère, et celle des 28 pouces de mercure introduits dans le tube. Le même air, en passant à la chaleur de l’eau bouillante, aurait été capable de soutenir une pression d’environ 74 pouces, c’est-à-dire, d’un tiers plus forte que celle de 56 pouces. C’était là le terme fixe auquel se rapportait la construction de l’instrument, de manière que la hauteur de la colonne faisait connaître que la température correspondante approchait plus ou moins de celle de l’eau bouillante.

38Quoique la quantité d’air renfermée dans la boule fût indifférente, cependant il convenait, pour rendre les différents thermomètres plus comparables, de prendre des boules dont le diamètre fût toujours dans le même rapport avec celui du tube, ce qui ajoutait à la difficulté de la construction. D’ailleurs la température moyenne d’où l’on partait n’offrait pas un terme assez fixe. Il fallait de plus, en consultant l’instrument, avoir égard à la hauteur du baromètre, pour faire la correction qu’exigeait la variation de cette colonne au-dessus ou au-dessous de 28 pouces. Enfin, ce thermomètre devenait embarrassant par la grandeur de ses dimensions. Mais c’était le premier dont l’exécution eût été dirigée vers la véritable perfection de cet instrument, et il renfermait un terme fixe de chaleur auquel les physiciens sont revenus malgré Réaumur qui lui avait donné l’exclusion.

39Nous voici arrivés à celui de tous les phénomènes de l’air dans la connaissance duquel la marche de la physique ait été la plus tardive. On sait que l’eau, exposée à découvert dans un vase, diminue peu à peu de volume, et que ses molécules, à mesure qu’elles abandonnent la masse, s’élèvent dans l’atmosphère. Cet effet est connu sous le nom d’évaporation. Mais par quel mécanisme la nature le produit-elle ? Ici les physiciens se partageaient entre différentes opinions, qui tendaient toutes à donner au feu la principale influence dans le phénomène, soit parce que l’on confondait l’évaporation avec la vaporisation, soir parce qu’on avait d’ailleurs observé qu’il s’évaporait une plus grande quantité d’eau, lorsque l’air était échauffé.

40Les uns pensaient que les molécules de l’eau extrêmement divisée par le feu, et acquérant une augmentation considérable de surface, eu égard à leur volume, donnaient prise à l’air pour s’emparer d’elles, en les heurtant et en les enveloppant dans les contours des petites lames spirales dont il était composé. Selon d’autres, le feu, en dilatant les molécules de l’eau, les rendait spécifiquement plus légères que l’air en sorte que leur ascension dans ce fluide n’était qu’un phénomène ordinaire d’hydrostatique.

41Au milieu de ce conflit d’opinions auxquelles nous pourrions encore ajouter d’autres aussi peu fondées, le vrai mot avait échappé à Muschenbroek. « L’air et l’eau, dit ce célèbre physicien, s’attirent réciproquement, et sont dissous l’un par l’autre. Aussitôt que les parcelles de l’eau commencent à se séparer, elles sont attirées par l’air, dans lequel elles se dispersent, comme il arrive dans toutes les dissolutions, où il y a de même mélange et dispersion de parties ». Mais Muschenbroek se contente d’indiquer cette cause, et lui fait le tort de lui en associer plusieurs autres.

  • 3 Il s’agit de Charles Le Roy (1726-1779), apothicaire à Montpellier et frère du célèbre horloger Pi (...)

42Il était réservé à Leroi, de Montpellier, de présenter cette cause dans toute sa généralité, d’en rendre l’existence palpable, de la suivre dans ses différentes modifications, et de montrer ainsi, sous un nouveau jour, la simplicité du tableau de la nature, en faisant rentrer un de ses phénomènes, les plus étendus, sous la puissance universelle de l’attraction3.

43Toute la doctrine de ce physicien se réduit au principe suivant l’air dissout l’eau, de la même manière et avec les mêmes circonstances que l’eau dissout les sels ; en sorte que comme l’eau en s’échauffant devient capable de dissoudre une nouvelle quantité de sel, et abandonne, en se refroidissant, une partie de celui qu’elle avait dissous ; ainsi à proportion que l’air s’échauffe ou se refroidit, son point de saturation monte ou s’abaisse à l’égard de l’eau.

44Les expériences qui ont offert à l’auteur la preuve de ce principe sont de celles qui se répètent spontanément tous les jours. Elles avaient été vues mille fois ; mais personne ne les avait encore regardées.

45L’auteur exposa sur sa fenêtre une bouteille de verre blanc exactement bouchée, par une température de 20 degrés au-dessus de zéro de Réaumur. Quelque temps après, le thermomètre étant descendu pendant la nuit à 15 degrés, il s’aperçut qu’une partie de l’eau contenue dans l’air dont la bouteille était remplie, s’était déposée en forme de gouttelettes, sur ses parois supérieures qui, étant les plus exposées, avaient dû se refroidir les premières. Cette espèce de rosée devint beaucoup plus abondante, lorsque le thermomètre fut descendu à 6 degrés. L’air en se réchauffant pendant le jour, dissolvait ensuite l’eau qui s’était précipitée pendant la nuit. Cet air représentait tout le reste de l’atmosphère ; le vase, soumis à l’expérience, ne faisait que montrer aux yeux ce qui se passait ailleurs d’une manière insensible. Cette expérience, variée de plusieurs manières, avec toutes les attentions convenables pour la rendre décisive a donné constamment des résultats analogues.

46Leroi a cherché ensuite le moyen de déterminer le degré de saturation de l’air relatif à un état donné de l’atmosphère. Pour y parvenir, il versait dans un grand gobelet de cristal bien sec par dehors de l’eau assez froide pour occasionner sur les parois extérieures, refroidies par le voisinage de cette eau, un précipité de celle qui était en dissolution dans l’air environnant ; à mesure que la température de l’eau s’élevait d’un demi-degré, il versait cette eau dans un nouveau vase, et observait le terme où le précipité s’arrêtait. Ce terme indiquait le degré de saturation de l’air. L’auteur a reconnu, à l’aide de cette expérience, que la direction et la force du vent faisaient varier très sensiblement le degré de saturation, qu’il était plus bas par le vent du nord que par celui de nord-ouest, et que dans l’un et l’autre cas, la force du vent contribuait encore à l’abaisser.

47Souvent, après que l’expérience a prononcé sur la cause d’un phénomène, diverses circonstances dont on n’avait point été d’abord assez frappé, prennent tout à coup l’empreinte de cette cause, et tout ce que l’on observe semble la nommer. Ainsi lorsque dans un jour où l’atmosphère est chargée d’humidité, par un ciel que nous appellerons pur et serein, on se représente deux substances aussi différentes en densité que l’air et l’eau, tellement unies, que leur combinaison conserve une parfaite transparence, on reconnaît un des caractères les plus marqués d’une véritable dissolution, et une image de l’eau qui reste combinée avec une certaine quantité de sel sans rien perdre de sa limpidité.

48Nous pouvons concevoir maintenant la différence qui existe entre l’évaporation et la vaporisation. La première est l’effet de la force attractive que l’eau exerce sur l’air ; la chaleur n’intervient que secondairement pour augmenter cette attraction. L’autre est produite par la force répulsive mutuelle des molécules de l’eau convertie en fluide élastique : la chaleur en est l’agent principal et immédiat ; et l’air, loin de la seconder, lui oppose un obstacle, non seulement par la pression, mais encore parce qu’en prolongeant l’évaporation, il occasionne un refroidissement qui est contraire à la vaporisation.

49Nous citerons, à ce sujet, une expérience curieuse, qui a été faite dans des fours où l’on entretenait une température beaucoup au-dessus de 80 degrés, et où l’on avait placé différents vases remplis d’eau. L’évaporation était si abondante, à cause de la grande chaleur de l’air, que le refroidissement qu’elle produisait dans l’eau, maintenait ce liquide à une température au-dessous de 80 degrés, et l’empêchait de parvenir à l’ébullition.

50L’évaporation est d’autant plus abondante, toutes choses égales d’ailleurs, que l’eau, en se présentant à l’air par une plus grande surface, multiplie davantage ses points de contact avec ce fluide. Muschenbroek a trouvé, il est vrai, qu’à surfaces égales, l’eau renfermée dans un vase plus profond, s’évaporait plus promptement que dans un vase plus court. Mais cette différence paraît provenir de ce que l’eau, qui est alors composée d’un plus grand nombre de couches, depuis le fond jusqu’à la surface, étant plus lente à suivre les variations de la température qui, en général, tend davantage à s’abaisser qu’à monter, cette eau perd moins promptement la chaleur qu’elle a une fois acquise, et qui est favorable à l’évaporation. Aussi la différence dont il s’agit n’est-elle sensible qu’en plein air ; elle devient nulle, lorsqu’on fait l’expérience dans un appartement.

51La glace est aussi susceptible d’évaporation, mais d’autant moins qu’elle est plus froide. Si Ganteron. de Montpellier a cru apercevoir le contraire, c’est probablement parce qu’il a fait ses expériences par un vent très sec, qui augmentait plus la faculté dissolvante, en renouvelant les contacts, que le froid ne tendait à la diminuer. Cependant Muschenbroek et Wallerius ont observé que l’évaporation de l’eau augmentait pendant la congélation. Mais cet effet n’est qu’instantané ; il provient de la chaleur qui se développe alors, et qui, en passant dans l’air environnant, élève sa température.

52D’après le principe établi par les expériences de Leroi, plusieurs phénomènes, dont l’observation est familière, s’expliquent avec une extrême facilité. Ainsi dans les temps de gelée, ou l’air du dehors est plus froid que celui des appartements, la couche d’air intérieur en contact avec les vitres, en se refroidissant par la retraite du calorique, qui passe aisément à travers leur petite épaisseur, se dessaisit d’une partie de l’eau qu’elle tenait en dissolution, d’où il arrive que les vitres se mouillent en dedans. C’est le contraire dans le temps de dégel, où la température extérieure est plus haute, ce qui fait dire que l’on a froid dans les appartements ; l’humidité alors paraît en dehors sur les vitres. On conçoit aussi pourquoi l’haleine des animaux, plus chaude pendant l’hiver, que l’air où elle se répand, devient visible sous la forme d’une fumée produite par l’eau qu’elle abandonne en se refroidissant. Toute la nature est pleine de ces sortes de faits, dont il sera aisé au premier coup d’œil de saisir l’analogie avec les précédents.

Notes

1 En termes modernes, on dirait que la pression et donc la densité dans une atmosphère parfaite et isotherme décroît exponentiellement avec la hauteur. Les logarithmes de la pression donnée par la hauteur de la colonne du baromètre varient donc linéairement avec la hauteur du lieu de la mesure de la pression. Des corrections sont ensuite à effectuer pour tenir compte de la variation de température entre les lieux de mesure considérés.

2 Cet appareil permettant de faire une mesure directe de la hauteur du lieu en utilisant la loi d’ébullition de l’eau sera effectivement développé et s’appellera un hypsomètre.

3 Il s’agit de Charles Le Roy (1726-1779), apothicaire à Montpellier et frère du célèbre horloger Pierre Le Roy. Haüy se réfère à ses Mélanges de physique publiés en 1771. Quant à Gauteron (supra, p. 139), il ne semble connu que par les travaux de Charles Le Roy.

© Éditions Rue d’Ulm, 2006

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