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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

Onzième leçon

6 floréal/25 avril

Texte intégral

1La découverte de la dissolution de l’eau par l’air, due aux observations de Leroi, offrait à la météorologie un principe fécond et qui s’étendait à une classe nombreuse de phénomènes. Mais pour en faire sortir l’explication de ces phénomènes, il fallait lui associer d’autres principes relatifs à l’action des causes secondaires qui se combinaient avec la cause principale. Leroi avait aperçu l’une de ces causes dans la variation de la température, qui en s’élevant augmentait la faculté dissolvante de l’air, et la diminuait en s’abaissant. Les physiciens ont découvert depuis quelques autres dont nous allons donner une idée.

2Suivant les observations de Saussure et de Landriani, quand l’air atmosphérique dissout de l’eau, son volume s’accroît dans un rapport plus grand que celui de l’augmentation de sa masse, d’où il suit que sa pesanteur spécifique va en diminuant, à mesure qu’il tient une plus grande quantité d’eau en dissolution.

3Les différents degrés de compression que l’air subit par l’effet de diverses circonstances ont fourni un troisième principe, qui a occasionné un partage d’opinions entre les physiciens, sur les effets produits par cette compression. Les uns ont pensé que la température restant la même, l’air dissolvait plus d’eau, pour arriver à son point de saturation, sous une pression plus considérable, et que quand la pression diminuait, il abandonnait une partie de l’eau qu’il avait dissoute. Cependant l’effet dû à l’augmentation de pression, n’avait lieu que jusqu’à un certain terme, passé lequel une nouvelle pression servait plutôt à exprimer en quelque sorte l’eau contenue dans l’air, qu’à faire croître la faculté dissolvante de ce fluide. On citait en faveur de cette opinion l’espèce de nuage que l’on aperçoit sous le récipient de la machine pneumatique, lorsqu’on fait le vide ; dans ce cas, l’air dilaté ou, ce qui revient au même, l’air moins comprimé laissait précipiter une portion de l’eau qu’il avait absorbée, sous une plus grande pression.

4Cullen avait cru au contraire que l’évaporation devenait plus abondante dans un air raréfié. L’expérience que nous venons de citer pourrait encore se concilier avec cette hypothèse. Car on sait qu’un thermomètre placé sous le récipient baisse de 2 ou 3 degrés pendant qu’on raréfie l’air, ce qui paraîtrait supposer dans cet air un refroidissement propre par lui-même à produire un précipité de vapeur humide. Il serait à désirer que l’on entreprît de nouvelles expériences assez décisives pour dissiper l’incertitude qui reste encore sur ce point de théorie.

5C’est en combinant les actions des divers principes qui viennent d’être cités que plusieurs savants célèbres ont expliqué une partie des variations de l’atmosphère. Les expériences de Leroi rendaient sensible la manière dont la rosée se précipite de l’air, lorsque la température de ce fluide, peu éloignée, pendant le jour, du degré de saturation, est descendue pendant la nuit au-dessous de ce degré.

6Le second principe servait à expliquer plusieurs vents locaux et irréguliers. La diminution de volume que subissait l’air, en abandonnant une partie de l’eau qu’il avait dissoute, et l’augmentation de pesanteur spécifique qui en était la suite, occasionnaient dans l’atmosphère une rupture d’équilibre, d’où résultait ce mouvement de transport dans lequel consiste le vent.

7Parmi les causes qui amènent la chute de la pluie, on a cité le changement subit de température qu’éprouve un vent chaud et humide, en arrivant dans la région supérieure d’un air plus froid, dont le contact le détermine à se dessaisir des molécules aqueuses qui le saturaient. Tant que ces molécules disséminées dans l’air, dont elles troublent la transparence, y demeurent suspendues par un reste d’affinité pour cet air, elles forment des nuages ou des brouillards. Mais si quelque circonstance, telle que l’agitation de l’air lui-même, favorise leur rapprochement, elles se réunissent sous la forme de gouttes que l’action de la pesanteur précipite vers la terre.

8Nous nous bornons à de simples aperçus, par rapport à cette théorie, où l’habileté des physiciens qui déjà ont fait plusieurs par important vers da perfection, laisse encore à résoudre une partie des nombreuses difficultés que présentent et la diversité des phénomènes, dont elle doit embrasser l’ensemble, et celle des causes qui se compliquent souvent dans la production d’un même phénomène. Nous invitons les citoyens qui désireraient de nouveaux développements sur cet objet à consulter les ouvrages de Saussure, ceux de Deluc, et un mémoire du citoyen Monge, qui se trouve dans le second volume des Annales de chimie.

9L’évaporation a fourni la véritable explication d’un autre fait, qui avait longtemps embarrassé les physiciens. On voyait les fleuves et les rivières couler continuellement de leurs sources vers la mer, et ces sources ne tarissaient pas. La mer recevait de toutes parts les tributs de ces différentes eaux, et la mer ne regorgeait pas. On en avait conclu qu’il fallait que les eaux retournassent de la mer aux fontaines ; et que la nature eût ouvert, entre les unes et les autres, une communication non interrompue. Mais par quel chemin se faisait ce retour ? Où étaient les conduits qui reportaient les eaux de la mer aux sources des fleuves ? Comment perdraient-elles leur salure dans ce trajet ? C’était là le point de la difficulté, et pour le résoudre on avait eu recours à différentes hypothèses plus spécieuses que solides.

10Les uns, adoptant l’idée de Descartes, croyaient que l’eau de la mer allait par des canaux souterrains se rendre dans de grandes cavernes, situées à la base des montagnes ; qu’ensuite au moyen de la chaleur qui régnait dans ces souterrains, elles se vaporisaient, en se dépouillant de leur sel, et après s’être élevées jusqu’aux parois supérieures de la cavité, s’y condensaient par le refroidissement, et ruisselaient à l’origine des fleuves et des rivières. C’était une véritable distillation semblable à celle qui s’opère dans les laboratoires des chimistes.

11Selon les autres, les eaux de la mer poussées par l’action du flux, s’introduisaient dans la terre par une multitude de fissures, où elles éprouvaient une filtration qui leur enlevait leur sel. Ces espèces de canaux, dont les ramifications s’étendaient de toutes parts, les conduisaient ainsi jusqu’aux endroits où elles formaient des sources par leur réunion.

12En appréciant ces hypothèses d’après les idées d’une saine physique, on concevait aisément qu’admettre dans la nature ces alambics et ces filtres, c’était lui prêter les moyens de notre art, et vouloir l’astreindre à la copier, elle qui est souvent pour lui un modèle inimitable. On conjecture enfin qu’il ne fallait point chercher aux fontaines une autre origine que celle des pluies elles-mêmes, et voici ce que l’observation et la raison nous disent également sur cet objet.

13L’eau s’élève de toutes parts dans l’atmosphère par l’évaporation. Celle de la mer dépose son sel, à mesure qu’elle cède à l’attraction de l’air. Une partie des rosées et des pluies qui proviennent de ces eaux tombent sur les sommets des montagnes ; ces sommets paraissent même agir par affinité sur les nuages et les fixer. On a observé qu’un nuage qui rencontrait un pic sur son passage s’effaçait à mesure que ses différentes parties approchaient du contact. Les eaux s’infiltrent dans les terres qui recouvrent les montagnes, jusqu’à ce qu’elles rencontrent un lit imperméable pour elles, et de là elles vont sourciller aux différents endroits de la pente et du pied de la montagne, où le lit qui les a reçues se montre à découvert.

14Dans les montagnes primitives, les eaux coulent le long des pierres dures, qui forment comme la charpente de ces grandes masses. Les montagnes secondaires, d’une nature plus tendre et plus spongieuse, laissent pénétrer les eaux à une plus grande profondeur, où elles les arrêtent par des couches d’argile dont ces eaux suivent la pente ; et c’est dans les entre-deux des couches voisines que se trouvent les issues qui les répandent. Celles qui n’ont pas sourcillé à la surface continuent de couler dans le sein de la terre, où l’homme va les chercher par les ouvertures des puits qu’il creuse à côté de ses habitations.

15Mais n’était-ce pas trop accorder à l’évaporation, que de supposer qu’elle pût fournir seule cette immense quantité d’eau nécessaire à l’entretien de tant de sources, surtout en y joignant celle qui est perdue pour les fleuves et les rivières, et qui sert de boisson aux animaux, ou est absorbée par les plantes ? Mariotte, dans son traité du mouvement des eaux, a discuté cette question, avec son exactitude ordinaire, en comparant la quantité d’eau de pluie qui tombe à Paris et aux environs, pendant le temps d’une année moyenne, avec celle qui passe dans le même temps sous le pont National ; et il résulte de ses observations et de ses calculs que ce qui tombe d’eau excède tellement la quantité qui suffit pour entretenir le cours des rivières et pour remplir les étangs, qu’il faut supposer que le reste soit employé, avec une profusion pour ainsi dire excessive, aux besoins de la végétation et aux autres dépenses particulières. La solution de la difficulté semble fournir une nouvelle objection en sens contraire.

16L’explication que nous venons d’exposer ramène ainsi la nature à sa simplicité ordinaire. L’air atmosphérique, par une seule action, attire sans cesse à lui les eaux répandues sur la surface du globe, et après leur avoir servi de véhicule, il les laisse précipiter çà et là, et les rend à tout ce qui les demande, aux plaines et aux prairies qu’elles désaltèrent, aux sources des fleuves qu’elles alimentent, et à l’océan dont elles réparent les pertes.

17La région dans laquelle se passent les différents phénomènes dus à l’évaporation ne s’étend pas à une grande hauteur dans l’atmosphère. Suivant Muschenbroek, les nuages les plus élevés dominent rarement le sommet des plus hautes montagnes. On a cherché à déterminer la hauteur de l’atmosphère elle-même, ce qui serait très facile, si l’air avait partout la même densité qu’auprès de la surface de la Terre. Il suffirait dans ce cas, de prendre le rapport entre les densités du mercure et de l’air, ou entre leurs pesanteurs spécifiques, et de multiplier ce rapport par 28 pouces, ce qui donnerait à peu près 2 lieues pour la hauteur recherchée. Mais cette détermination est bien éloignée de la véritable, à cause de la diminution que subit la densité de l’air, à mesure qu’il s’éloigne de la Terre. Lahire a essayé de conclure la hauteur de l’atmosphère, de la durée du crépuscule. On sait que nous commençons à apercevoir les rayons du soleil, lorsque cet astre est encore abaissé de 18 degrés au-dessous de l’horizon. Or, ces mêmes rayons ne parviennent alors à un spectateur auquel appartient l’horizon dont il s’agit, qu’après s’être d’abord réfractés en pénétrant l’atmosphère, et avoir été ensuite se réfléchir sur sa concavité, d’où ils sont renvoyés vers le spectateur. Il y a donc une certaine hauteur que l’atmosphère doit avoir, pour que la réflexion qui produit le crépuscule, commence lorsque le Soleil est à 18 degrés de l’horizon ; et en calculant cette hauteur, Lahire a trouvé qu’elle était à peu près de 16 lieues. Mais ce résultat prouve seulement qu’à la distance de 16 lieues, l’effet de l’atmosphère pour réfléchir la lumière est encore sensible, en sorte que nous sommes seulement certains que l’atmosphère s’étend au moins jusque-là, sans pouvoir assigner sa dernière limite.

18Après avoir exposé les connaissances acquises jusqu’ici sur l’état de l’air, nous ne pouvons nous dispenser de donner quelques détails sur une découverte qui pourra nous en procurer de nouvelles relativement à cet objet, et qui d’ailleurs tient par plus d’un endroit à la physique. C’est celle des aérostats par laquelle Montgolfier a rendu son nom à jamais célèbre.

19L’idée d’un voyage entrepris par l’homme au milieu des airs promettait un spectacle si imposant et si propre à exciter l’admiration que l’on conçoit comment il s’est rencontré plus d’une fois des nommes assez hardis pour tenter de la réaliser. Le vol des oiseaux, en inspirant un sentiment de rivalité, semblait offrir le modèle du mécanisme qui devait servir à l’exécution du projet. Mais indépendamment des facilités que l’oiseau trouve dans la conformation de son corps, dans la structure et la position de ses ailes, pour exécuter les divers mouvements relatifs au vol, la grande force musculaire dont il a été pourvu par l’auteur de la nature est surtout ce qui lui donne l’avantage de frapper l’air assez puissamment et assez rapidement, pour s’élever à son gré, s’élancer en avant et planer au-dessus du même point. Au contraire, la force des muscles, dans le corps humain, est bien inférieure à ce qu’elle devrait être, pour le mettre en état d’agir sur l’air par une surface, et avec une vitesse proportionnée à la masse de son corps. De là les tentatives malheureuses de tous ceux qui ont aspiré à la pratique d’un art qu’il fallait laisser aux héros de la fable.

20On pouvait viser au même but d’une autre manière, en substituant au mécanisme du vol, celui de la navigation. Pendant le cours du siècle dernier, Lana et Gallien, en se bornant à de simples spéculations, proposèrent deux moyens différents pour remplir ce second objet. Lana composait son appareil de quatre globes de cuivre, dans lesquels on ferait le vide, et qui étant à la fois très spacieux et très minces, deviendraient capables par leur excès de légèreté, d’enlever un homme avec son support. Mais plusieurs savants ont réfuté cette idée, en objectant que les globes ne manqueraient pas de crever par la pression de l’atmosphère.

21Gallien était parti d’une idée, qui paraît d’abord plus plausible en elle-même, et qui consistait à faire flotter dans l’atmosphère un grand vaisseau occupé par un air respectivement plus léger que celui qui le soutiendrait. La difficulté eût été de mettre ce principe en exécution. Mais comme Gallien ne prétendait offrir à son lecteur qu’une simple récréation physique, et le faire voyager en idée, rien ne le gênait du côté des moyens, pourvu qu’ils eussent leur possibilité dans la nature. En conséquence il faisait son vaisseau aussi grand qu’une ville, et capable de contenir une armée avec tout son attirail, et des provisions pour un long voyage. Il le supposait ensuite transporté dans l’atmosphère, à une telle hauteur, que l’air dont il se remplirait fût une fois plus léger que celui au-dessus duquel il flotterait. Mais quelque élevés qu’eussent été les bords du vaisseau, l’air qui s’y serait introduit se serait comprimé par son propre poids, dans le même rapport que l’air environnant ; et l’on concevra aisément que dès lors le vaisseau n’aurait pu se soutenir un seul instant au milieu de l’atmosphère.

22Ainsi l’on n’avait encore relativement à l’état de s’élever dans les airs que des essais infructueux et des spéculations fausses et romanesques, lorsqu’en 1782, Montgolfier ayant réfléchi sur le phénomène que présentent les nuages, qui se soutiennent en flottant dans l’atmosphère, conçut l’idée de donner des enveloppes très légères à des nuages factices, produits par une combustion dont la chaleur dilatant l’air renfermé dans ces enveloppes, rendrait le tout spécifiquement plus léger que l’air extérieur. Quelques essais qu’il fit en particulier avec son frère, ayant eu une pleine réussite, ils répétèrent leur expérience à Anonay, l’année suivante, en présence d’un grand nombre de spectateurs ; et là, on vit une espèce de grand sac de toile, doublé en papier, d’abord informe, couvert de plis et affaissé par son poids, se gonfler et se développer par l’action du feu qu’on avait allumé en dessous, s’élever ensuite sous la forme d’un ballon de 100 pieds de circonférence, et parvenir à une hauteur de 1 000 toises.

23On sait que depuis l’expérience fut renouvelée plusieurs fois à Paris, et que la machine servit à élever des hommes, qui entretenaient eux-mêmes le feu, dans un réchaud suspendu sous l’ouverture de l’aérostat. Dans les premiers essais, on employait des cordes qui permettaient seulement à cette machine de s’élever à une certaine hauteur. Enfin Pilâtre des Rosiers et Darlandes, partis avec l’aérostat abandonné à lui-même, parcoururent près de 4 000 toises en 17 minutes, et donnèrent le spectacle du premier voyage que l’homme ait fait à travers les airs.

24Montgolfier, dans ses expériences, faisait brûler des matières animales avec de la paille, pour enfler l’aérostat ; et l’on aurait pu croire que l’ascension de la machine était due en partie à la présence d’un gaz particulier, composé des différents principes qui se développaient dans la combustion. Mais il est prouvé que cet effet provenait uniquement de la raréfaction de l’air renfermé dans l’aérostat.

25Peu après la nouvelle de l’expérience d’Anonay, on avait eu à Paris l’idée d’employer le gaz hydrogène, qui dans le plus grand état de pureté auquel on l’ait amené jusqu’ici, est environ treize fois plus léger que l’air. Il ne s’agissait que de trouver une enveloppe imperméable à ce gaz, et dans laquelle on pût l’emprisonner. Ce procédé était plus dispendieux, mais en même temps moins dangereux et d’une simplicité en quelque sorte plus élégante que le premier ; l’aérostat se suffisait à lui-même, et son volume ainsi que son poids se trouvaient sensiblement diminués. Parmi les différentes espèces d’enveloppes qui furent proposées, on préféra le taffetas enduit de gomme élastique, qui provient du suc épaissi d’un arbre de l’Amérique, auquel on a pratiqué des incisions. On fait dissoudre cette gomme dans l’huile de térébenthine, avant d’en enduire le taffetas. On lança du Champ-de-Mars un globe construit par ce procédé, et qui avait environ 12 pieds de diamètre. Ce globe s’éleva en 2 minutes à près de 500 toises ; il se soutint environ trois quarts d’heure dans l’air, et alla tomber à 4 lieues de Paris.

26Quelques temps après, Charles et Robert, portés dans une nacelle suspendue à un autre aérostat du même genre, et de 26 pieds de diamètre, parcoururent un espace de 9 lieues avant de descendre ; et bientôt Charles resté seul dans la nacelle, par un nouvel essor digne de son z èle et de son courage, s’éleva à une hauteur de près de 1 700 toises, comme pour aller, au nom des physiciens, prendre possession de la région des météores.

27À mesure qu’un ballon de cette espèce s’élève davantage dans les couches d’air, dont la densité va en diminuant, le gaz moins comprimé tend à s’étendre, ce qui peut occasionner la rupture du ballon. On prévient cet accident, en adaptant au ballon une soupape, que l’on est le maître d’ouvrir, pour laisser sortir une partie du gaz, lorsque sa dilatation a atteint sa limite. On peut encore modérer la résistance de la soupape, de manière qu’elle soit moindre que celle de l’étoffe ; dans ce cas, elle s’ouvrira d’elle-même pour donner une issue au gaz.

  • 1 L’idée du ballonnet compensateur, due au général Meusnier (1754-1793), fut plus tard appliquée de (...)

28Les voyageurs étaient obligés de perdre encore de leur gaz, lorsqu’ils voulaient descendre. On a proposé d’enfermer le ballon dans un autre occupé par de l’air atmosphérique ; on ferait sortir à volonté une portion de cet air, ou l’on en fournirait de nouveau, au moyen d’un soufflet adapté au ballon extérieur, ce qui donnerait au voyageur la facilité de s’élever ou de descendre autant de fois qu’il voudrait, en conservant tout son gaz inflammable1.

29L’usage des ballons peut conduire à de nouvelles connaissances intéressantes pour le progrès de la physique. On déterminerait, avec leur secours, à quelle hauteur les vents qui soufflent dans la partie inférieure de l’atmosphère changent de direction, lorsqu’il y a deux courants opposés l’un au-dessus de l’autre ; ces observations seraient surtout importantes dans les contrées où règnent les vents alizés. On irait puiser de l’air à différentes élévations, ce qui est facile en se servant de vases d’abord remplis d’eau, et que l’on vide ensuite, pour y laisser entrer l’air de la région où l’on se trouve. L’analyse ferait connaître le rapport entre les quantités de gaz oxygène et de gaz azote pour chaque hauteur. On chercherait aussi à déterminer la loi que suit la diminution de la chaleur, à mesure qu’on s’élève plus haut ; connaissance utile pour le calcul des réfractions astronomiques. Enfin l’étude de l’électricité de l’air et des différents météores, gagnerait à des observations faites de près et dans le siège même où résident les phénomènes.

30Les aérostats ont déjà rempli une autre destination plus brillante. On a vu, dans la dernière campagne, un ballon construit par les soins de Guyton, planer au-dessus du champ de bataille, tandis qu’un observateur placé dans la nacelle, étudiant la position et les mouvements de l’ennemi, envoyait à terre des indications, dont l’habileté de nos généraux a su profiter ; et convertissait ainsi l’art qui a donné des ailes à l’homme en un nouveau moyen de diriger vers la France le vol de la victoire.

31Nous avons maintenant à considérer l’air comme étant le milieu qui transmet le son. Nous exposerons d’abord les phénomènes généraux des corps sonores. De là nous passerons à la comparaison des sons appréciables, d’après le rapport entre les nombres de vibrations qui leur correspondent, et enfin nous déduirons des observations relatives aux effets des instruments à vent la théorie la plus vraisemblable de la propagation du son.

32On prouve, par une expérience fort simple, que l’air est le véhicule du son ; elle consiste à placer sous le récipient d’une machine pneumatique, un mouvement d’horlogerie, propre à faire résonner un timbre, et qui reposer sur un coussinet rempli de coton ou de laine. On fait le vide, et ensuite au moyen d’une tige qui traverse le haut du récipient, on appuie sur une détente, qui en se lâchant, met le rouage en liberté d’agir ; on voit alors le marteau frapper continuellement le timbre, sans entendre aucun son.

  • 2 Hauksbee est considéré comme un des premiers démonstrateurs publics de philosophie naturelle, à Lo (...)

33Hauksbee, pour rendre cette expérience encore plus décisive, plaçait le timbre dans un premier récipient qui restait plein d’air, et qui était couvert d’un second récipient tellement disposé que l’on pouvait faire le vide entre eux2. Quoiqu’il se produisît du son dans le récipient intérieur, lorsque le marteau était mis en mouvement, le timbre demeurait également muet pour l’observateur.

34On a remarqué que le son acquérait de la force à travers un air condensé, et que la densité restant la même, la force du son s’accroissait aussi, lorsqu’on augmentait, au moyen de la chaleur, le ressort de l’air.

35C’est donc l’air qui apporte le son à l’organe de l’ouïe. Mais en quoi consiste l’espèce de modification que subit l’air, à l’occasion de la percussion imprimée au corps sonore ? Prenons pour exemple une corde d’instrument que l’on pince ; à l’instant tous les points de cette corde s’éloignent plus ou moins de la position qu’ils avaient, lorsque la corde était en repos, suivant qu’ils sont plus ou moins éloignés des points d’attache ; et la corde entière va et revient alternativement, en deçà et au-delà de sa première situation, par un mouvement de vibration qui provient de son élasticité.

36Les molécules d’air contiguës aux différents points de la corde prennent des mouvements semblables à ceux de ces points ; elles vont et reviennent avec eux. Chaque molécule communique du mouvement à celle qui est derrière, celle-ci à une troisième, et ainsi de suite, jusqu’aux molécules qui sont en contact avec le tympan de l’oreille. L’air agit à son tour sur cette membrane, en lui communiquant ses vibrations, qu’elle transmet au nerf auditif, et de là résulte la sensation du son.

37Supposons maintenant que le corps sonore soit un timbre, comme dans l’expérience que nous avons citée. On peut concevoir ce timbre comme formé d’une infinité d’anneaux superposés, depuis la base jusqu’au point culminant : au moment de la percussion, chaque anneau se comprime de manière à prendre une figure ovale, dont le grand axe est perpendiculaire au sens suivant lequel la percussion s’est faite. Le retour de l’anneau à sa première figure est suivi d’un nouveau changement de figure, qui produit un ovale en sens contraire du premier ; et les deux changements se succèdent ainsi, jusqu’à ce que le son s’éteigne avec le mouvement. Les vibrations des différentes molécules qui composent chaque anneau excitent de même, dans l’air voisin, une petite agitation qui se communique de proche en proche, jusqu’au terme où l’on cesse d’entendre le son ; et il en faut dire autant, proportion gardée, de tous les corps ébranlés par la percussion.

38Une observation très facile à faire, et qui nous paraît mériter d’être indiquée, est celle de l’effet que produisent sur l’eau, les vibrations d’un verre à boire, rempli de ce liquide presque jusqu’au haut, tandis qu’on fait tourner sur ses bords un doigt mouillé, pour exciter un son connu de tous ceux qui se sont amusés de cette expérience. Voici ce que l’on remarque en pareil cas : l’eau tourne autour du verre, en suivant le mouvement du doigt, et en même temps sa surface est toute parsemée de tâches blanchâtres, qui se succèdent rapidement, en allant des bords vers le centre ; et si l’on précipite le mouvement, molécules de l’eau jailliront de tous côtés, autour du verre et sur la main de l’observateur. Cette expérience réussit mieux avec un verre à pied, que l’on maintient dans une position fixe, en appuyant avec la main sur sa base.

39On pourra remarquer en la faisant successivement avec des verres de grandeurs différentes que les taches blanchâtres deviennent plus petites, et prennent un mouvement plus rapide, à mesure que le son est plus aigu.

40Le son se fait aussi entendre, mais plus faiblement, à travers l’eau, soit que l’on plonge le corps sonore dans ce liquide, soit que l’observateur s’y trouve plongé lui-même ; ce qui indique que l’eau est compressible et élastique jusqu’à un certain point, quoique jusqu’ici on n’ait pu parvenir à la comprimer sensiblement par des expériences directes.

41Tous les corps solides dont la structure est telle que le mouvement de vibration, imprimé à quelques-unes de leurs molécules, puisse se communiquer à travers leur masse, seront de même susceptibles de transmettre le son. Un fait assez singulier dans ce genre, et que les philosophes ne dédaignent pas de répéter après les enfants, est celui qui a lieu lorsque, ayant l’oreille appliquée à l’un des bouts d’une longue poutre, on entend distinctement le choc d’une tête d’épingle qui frappe le bout opposé, tandis qu’à peine le même son peut-il être entendu à travers l’épaisseur de la poutre. On voit bien en général que dans le premier cas, le son suit la direction des fibres longitudinales, où la continuité des parties est plus parfaite que dans le sens transversal : mais on ne laisse pas d’être surpris que ces parties aient assez de ressort pour que le son perde si peu de sa force en parcourant l’espace qu’elles occupent.

42Le son se propage de tous côtés en ligne droite, lorsqu’aucun obstacle ne l’arrête ; en sorte que l’on peut considérer chaque point du corps sonore, comme étant le sommet commun d’une infinité de cônes d’une épaisseur extrêmement petite et d’une longueur indéfinie. Chacun de ces cônes est ce qu’on appelle un rayon sonore ; au reste nous n’avons fait qu’ébaucher ici la théorie de la propagation du son, sur laquelle nous reviendrons avec plus de détails lorsque nous aurons exposé les connaissances qui doivent en fournir le développement.

43Les corps qui frappent l’air immédiatement excitent aussi dans ce fluide des vibrations sonores. Ainsi l’air éclate sous le fouet qui l’agite avec violence, et siffle sous l’impulsion rapide d’une baguette ; il devient également capable de résonner, lorsqu’il va lui-même frapper un corps solide avec une certaine vitesse, comme lorsque le vent souffle contre les édifices, les arbres et autres corps qui se trouvent sur son passage.

44Le son emploie un certain temps à se répandre dans l’air, et parvient plus tard à l’oreille, lorsqu’on s’éloigne davantage du corps qui le rend. Les physiciens ont cherché à déterminer par l’expérience la vitesse avec laquelle se fait la propagation du son, et pour y parvenir, ils ont profité de ce que celle de la lumière est au contraire sensiblement instantanée, du moins dans les distances auxquelles s’étendent nos mesures. L’explosion du canon était propre à donner les résultats cherchés ; il ne s’agissait que d’estimer le temps qui s’écoulait entre le moment où la lumière indique à l’œil le départ du son, et celui où le son lui-même avertissait l’oreille de son arrivée. L’incertitude que laissaient encore diverses expériences qui avaient été faites sur cet objet, déterminèrent, en 1738, l’Académie des sciences à en entreprendre de nouvelles, sur une ligne de 14 636 toises, située entre Monthléry et Montmartre.

45On trouva que le son avait une vitesse uniforme, qui lui faisait parcourir environ 173 toises par seconde, en sorte qu’il était seulement plus faible à une plus grande distance, mais franchissait successivement des espaces égaux en temps égaux. La vitesse paraissait la même par un temps pluvieux ou serein ; mais la direction et la force du vent pouvaient la faire varier. Si le vent était dirigé perpendiculairement à la ligne qui allait du corps sonore à l’observateur, la vitesse du son était encore la même que dans un temps calme ; mais si la direction du vent concourait avec la ligne dont il s’agit, alors suivant qu’elle avait lieu dans le même sens que le son, ou en sens opposé, il fallait ajouter la vitesse du vent à celle du son, ou l’en retrancher. Enfin la force du son n’apportait aucun changement dans sa vitesse.

46La connaissance de la vitesse du son fournit un moyen d’estimer à peu près, par la lumière et le bruit d’un canon, les distances que l’on a intérêt de connaître à l’instant, comme celle où l’on se trouve à l’égard d’une ville assiégée, d’un vaisseau ou d’un port de mer.

  • 3 La raison de cette différence sera trouvée au début du xixe siècle et est liée au caractère dit ad (...)

47Les théories d’après lesquelles on a calculé la vitesse du son donnent toutes cette vitesse sensiblement plus petite que l’expérience. Mais on ignore jusqu’ici la raison de cette différence3.

48Lorsque le son rencontre un corps qui lui fait obstacle, les molécules d’air qui choquent ce corps sont réfléchies à la manière des corps élastiques, en faisant leur angle de réflexion égal à l’angle d’incidence, et communiquent ensuite à celles qui sont derrière elles le mouvement qu’elles ont reçu par la réflexion, d’où il suit que le son se répand de nouveau dans toutes les directions, en retournant de l’obstacle vers l’espace qu’il avait d’abord traversé. Dans les lieux clos, tels que les appartements, le son est ainsi renvoyé continuellement d’un mur à l’autre, et lorsque le lieu est voûté, ou que ses parois ont une élasticité sensible, ce lieu devient sonore, c’est-à-dire que le son paraît s’y prolonger, en se succédant à lui-même, dans de si petits intervalles que l’oreille ne fait pas la distinction de toutes des impressions qui arrivent à elle coup sur coup.

49Mais si l’on se trouve en plein air, à une certaine distance de l’obstacle, il s’écoulera un intervalle de temps sensible entre le son direct et le son réfléchi, et l’on aura ce que l’on appelle un écho, et que ceux qui n’y font pas assez attention prennent pour une simple répétition des dernières paroles prononcées. On voit aisément pourquoi les poètes, qui faisaient de l’écho un être animé, avaient placé son habitation près des montagnes, des rochers et des bois.

50Suivant que l’obstacle qui réfléchit le son est unique, ou qu’il se trouve plusieurs obstacles placés à des distances convenables, l’écho est simple ou redoublé. Muschenbroek cite un écho de ce dernier genre, qui répétait le même son jusqu’à quarante fois. Deux murs parallèles qui se renvoient mutuellement le son peuvent produire un écho redoublé, pour un observateur placé dans l’espace intermédiaire.

  • 4 Une des salles de l’ancien prieuré de Saint-Martin-des-champs (actuel CNAM). abusivement appelée s (...)

51L’art a disposé certaines constructions d’édifices de manière à produire, au moyen du son réfléchi, un effet curieux qui s’explique aisément par la géométrie. On sait que l’ellipse a cette propriété que deux rayons menés de ses foyers à l’un quelconque des points de sa courbure font des angles égaux avec la tangente au même point. Si donc on suppose une voûte ou un mur d’une figure elliptique, tous les rayons sonores partis de l’un des foyers iront, après leur réflexion sur les différents points de la courbe, passer par l’autre foyer où ils concentreront le son. De cette manière, un homme, en plaçant sa bouche à l’un des foyers, pourra prononcer à voix basse des paroles qui seront entendues distinctement par une oreille attentive à l’autre foyer, et qui resteront secrètes pour les témoins situés entre les deux interlocuteurs, en sorte qu’il n’y aura que l’écho qui soit dans la confidence4.

Notes

1 L’idée du ballonnet compensateur, due au général Meusnier (1754-1793), fut plus tard appliquée de façon classique aux dirigeables. Mais Haüy n’a pas compris le principe et il en inverse les termes : le ballonnet doit être nécessairement à l’intérieur du ballon d’hydrogène.

2 Hauksbee est considéré comme un des premiers démonstrateurs publics de philosophie naturelle, à Londres au début du xviiie siècle. Fabricant d’instruments scientifiques, il participe également à des expériences à la Royal Society sous la présidence de Newton.

3 La raison de cette différence sera trouvée au début du xixe siècle et est liée au caractère dit adiabatique (sans échange de chaleur) de cette propagation.

4 Une des salles de l’ancien prieuré de Saint-Martin-des-champs (actuel CNAM). abusivement appelée salle de l’écho, a un plafond voûté en ellipse qui permet d’observer cet effet.

© Éditions Rue d’Ulm, 2006

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