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"1
L'ATMOSPHÈRE
i.rs Pi.isniES (HiwMuuTiiOGiiiriiifjii:^
de cet ouvrage ont été eiéculées diaprés les peintures cl les aquarelles
PF. MM. ACHARD, liERilHÈRE, K. CICÊRI, KARL GIRARDET, A. MARIE, SILBERMANN ET WEBER
LIS f.HAMIiHS Si H BiJlS oui élé dessinées par uu, b.vyaru, h. clerget, a. marie, a, de nel ville,
N. RAPINE; P. TELLIEB, TOURNOIS, ETC.
11339— 1 \)»o>;iaphir lahurr. nir de Klruriis, M. à l'iiris.
I
LE JOUR SUR LA TERRE
L'ATMOSPHERE
DESCRIPTION
DES GRANDS PHÉNOMÈNES
DE LA NATURE
PAU
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OUVRAGE CONTENANT
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PARIS
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79. BOl'LEVAHO SAINT-CERHAIN, 79
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PRÉFACE.
« In eà vivimusy movemur et sumus. »
De tous les sujets qui peuvent solliciter notre attention stu- dieuse^ serait-il possible d*en trouver un qui fût d*un intérêt plus direct^ plus permanent^ plus important, que celui dont nous allons nous occuper ? L'Atmosphère tait vivre la Terre. Océans, mers, fleuves, ruisseaux, paysages, forêts, plantes, animaux, hommes : tout vit dans TAtmosphère et par elle. Mer aérienne répandue sur le monde, ses vagues baignent les montagnes et les vallées, et nous vivons au-dessous d'elle , pénétrés par elle. C'est elle qui glisse en vivifiant fluide à travers nos poumons qui respirent, ouvre la frêle existence de l'enfant qui vient de naître, et reçoit le dernier soupir du moribond étendu sur son lit de douleur. C'est elle qui répand la verdure sur les riantes prairies, nourrissant les petites fleurs endormies comme les grands arbres qui travaillent à emmagasiner les rayons solaires pour nous les livrer plus tard. Cest elle qui décore d*une voûte d*azur la planète où nous rou- lons, et nous fait une demeure au milieu de laquelle nous agis-
II PRÉFACE.
sons comme si nous étions les seuls locataires de l'inûni y les maîtres de Tunivers. Cestelle qui illumine cette voûte des doux flamboiements du crépuscule, des splendeurs ondoyantes de Tau- rore boréale^ des palpitations de Téclair^ des multiples phéno- mènes aériens. Tantôt elle nous inonde de lumière et de cha- leur^ tantôt elle nous couvre d*un ciel sombre. Tantôt elle des- sine des nuages de toute forme et de toute couleur, tantôt elle verse la pluie à torrents sur les campagnes altérées. Elle est le véhicule des suaves parfums qui descendent des collines, du son qui permet aux êtres vivants de communiquer entre eux, du chant des oiseaux, des soupirs de la forêt, des plaintes de la vague écu- mante. Sans elle, la planète serait inerte et aride, silencieuse et sans vie. Par elle le globe est peuplé d*habitants de toutes formes. Ses atomes indestructibles s*incorporent tour à tour dans les orga- nismes vivants ; nos corps, ceux des animaux, ceux des plantes, ne sont pour ainsi dire que de Tair solidifié ; la molécule qui s*é- chappe de votre respiration va se fixer dans une plante, et par un long voyage revenir à d*autres corps humains ; les mêmes élé- ments forment successivement les êtres divers; ce que nous res- pirons, buvons et mangeons, a déjà été respiré, bu, mangé , des millions de fois : morts et vivants , c*est la même substance qui nous forme tous.... Quel sujet d*étude d*un intérêt plus vaste et plus direct que celui du fluide vital auquel nous devons la manière d*être et l'entretien de notre vie ?
La connaissance de TAtmosphère, de son état physique, de ses mouvements, de son œuvre dans la vie, des forces déployées dans son sein, des lois qui régissent ses phénomènesi forme une bran- che spéciale des connaissances humaines. Cette science, que Ton désigne depuis Aristote sous le nom de Météorologie, touche d'une
ly PRÉFACE.
restre. C'est ici une synthèse des travaux accomplis depuis un demi-siècle^ et un quart de siècle surtout ^ sur les grands phéno* mènes de la nature terrestre et les forces qui les produisent. La plupart d'entre nous^ hommes de la Terre ^ à quelque nation que nous appartenions y vivons ici-bas sans nous rendre compte de notre situation , sans nous demander quelle est la force qui pré- pare notre pain de chaque jour^ qui mûrit notre vin^ qui préside à la métamorphose des saisons ^ qui déploie sur nos tètes la gaieté d*un ciel pur ou la tristesse des longues pluies et des froids som- bres d'hiver. Cependant^ qu'est-ce que vivre pour rester dans une telle ignorance? — J'ose espérer qu'après la lecture de cet ouvrage, on se rendra facilement compte de l'état de la vie du globe : tout ce qui' se passe autour de nous est intéressant^ lorsque^ au lieu de rester comme des aveugles-nés^ on a appris à apprécier les choses, à se tenir en communication intelligente avec la Nature.
11 m*eût été agréable d'éloigner de cet ouvrage destiné aux gens du monde les chiffres et les procédés scientifiques qui en consti- tuent la base. Je l'ai fait autant que je l'ai pu; mais je n'ai rien voulu sacrifier à l'exactitude et à la précision des faits observés. Il m'a semblé d'ailleurs que ce qu'on appelle le public, c'est-à- dire tout le monde, est devenu quelque peu scientifique lui-même, depuis que tant de belles publications ont répandu dans ses rangs des notions jusqu'alors réservées à un petit nombre d'élus. Les événements de ces dernières années, 1870 et 1871, n*ont pu avoir pour résultat de nous rendre moins sérieux. Nous ne sommes plus aussi frivoles qu'au temps où nous nous passionnions pour des romans, des comédies, ou des contes de fées, et nous parais- sons mieux disposés que jamais à employer utilement le temps que nous pouvons consacrer à la lecture , à meubler notre es-
VI PRÉFACE.
loire de Parîs^M. Delaunay, et à son laborieux collègue, M. Marié- Davy, directeur du service météorologique; d'autre part à M. Ch. Sainte-Claire-Deville, président de la commission de TObservatoire de Montsouris, et à M. Renou, le plus scrupuleux des météorolo- gistes, pour Faide bienveillante qu'ils m'ont apportée dans certaines recherches de ce long travail. Je remercierai aussi particulière- ment M. Quételet, le vénérable directeur de l'Observatoire de Bruxelles, et M. Glaisher, directeur du service météorologique de rObservatoire royal d'Angleterre , pour les documents précieux qu'ils m'ont adressés. Tous les ouvrages que j'ai consultés d'ailleurs, et par lesquels j'ai complété mes études météoro- logiques pour mener à bonne fin la rédaction du présent travail, sont l'objet d'une note spéciale que l'on trouvera à la fin du volume.
Et maintenant, mon cher lecteur, sans nous attarder davantage au vestibule du sanctuaire, pénétrons dans ce monde mystérieux des météores. Voici Y Atmosphère , Tair lumineux , la première divinité aimée et redoutée sur la Terre, le Dtacs du Sanscrit, le Zeus des Grecs, le eeoç d'Athènes , le Dies et le Deus des Latins. C'est le père des dieux eux-mêmes, le Zeus-paler, ou Jupiter 1 C'est l'AIR, en qui tout vit et tout respire, et dans lequel les mythologies saluaient l'Esprit créateur invisible qui régit l'uni* vers. Il est en effet la manifestation la plus voisine de nous, et la plus sensible, des lois étemelles qui organisent le Cosmos. 11 enveloppe le monde d'un vivifiant fluide ; il annonce le jour et reconduit le soir ; il porte les nuages et distribue les pluies ; il caresse la violette et déracine le chêne; il féconde ou stérilise; il brûle ou gèle ; il mêle le feu du tonnerre avec la grêle glacée ; il fixe l'eau aux sommets des montagnes ; il donne le printemps et
PRÉFACE. VII
l'hiver; il règne enfin sur nous , avec son caractère changeant et variable^ tantôt gai^ tantôt triste^ calme ici^ furieux là^ agissant partout de mille manières^ et finalement^ entretenant depuis le commencement des temps ^ la vie brillante et multipliée qui rayonne à la surface de la Terre. -
Paris» novembre 1871.
LIVRE PREMIER
NOTRE PLANETE ET SON FLUIDE VITAL
1
4 LE GLOBE TERRESTRE.
s'accomplissent les révolutions des planètes^ lesquelles s'effectuent avec une vitesse indescriptible^ en raison de la longueur des cir- conférences à parcourir. Loin d'être immobile comme il nous le semble^ le globe que nous habitons voyage^ à la distance moyenne de 37 millions de lieues du Soleil^ au sein de l'immensité éthérée^ et sur une orbite qui ne mesure pas moins de 235 millions de lieues à parcourir en 365 jours 6 heures 1 C'est-à-dire qu'il court en tour- billonnant dans l'espace^ avec une vitesse de 660 000 lieues par jour, de 27 500 lieues à l'heure... ^
Le train express le plus rapide, emporté par l'ardeur dévorante de la vapeur aux ailes de feu, ne peut parcourir, au maximum, plus de cent kilomètres à l'heure, c'est-à-dîre 25 lieues. Sur les routes invisibles du ciel, la Terre vogue avec une vitesse 1100 fois plus rapide. La différence est telle, qu'on ne saurait l'exprimer géométriquement ici par une figure. Si l'on réprésentait par I mil- limètre seulement la longueur parcourue en une heure par la loco- motive Crampton, il faudrait tracer à côté une ligne de 1 mètre 1 0 centimètres pour représenter le chemin comparatif parcouru par notre planète pendant le même temps. Nulle machine en mou- vement ne saurait donc suivre ce globe dans son cours. J'ajouterai comme point de comparaison, que la marche d'une tortue est envi* ron 1100 fois moins rapide que celle d'un train express. Si donc Ton pouvait envoyer un train express courir après la Terre, c'est exactement comme si l'on envoyait une tortue courir après un train express.
Situés comme nous le sommes autour du globe, mollusques infiniment petits, collés à sa surface par son attraction centrale, et emportés par son mouvement, nous ne pouvons apprécier ce mouvement ni nous en rendre compte directement. Ce n'est que par l'observation du déplacement correspondant des perspectives célestes, et par le calcul, que nous avons pu, depuis quelcfues siècles à peine du reste, en connaître la nature, la forme et la valeur. Sous le pont d'un navire, dans un compartimentde wagon, ou dans la nacelle d'un aérostat, nous ne pouvons pas davantage nous rendre compte du mouvement qui nous emporte, parce que nous participons à ce mou\ement, et qu'en fait nous sommes im- mobiles dans le salon du navire en marche ou du convoi rapide, aussi bien que sous l'aérostat, immobile lui-mt^me relativement aux molécules d'air environnantes. Sans objets de comparaison étran- gers au mouvement, il nous est impossible de l'apprécier. Pour nous former une idée de la puissance indescriptible qui emporte in-
6 LE GLOBE TERRESTRE.
le télescope à notre curiosité studieuse, nous saluons les huma- nités nos sœurs, vivant comme nous à la surface des mondes! Su- blime couronnement de Tastronomie mathématique et physique, le nouvel aspect philosophique de la création développe devant nos esprits le règne universel de la vie et de la pensée ; le globe terrestre avec son humanité n'est plus qu'un atome jeté au sein de rinfini, un des rouages innombrables qui par myriades constituent le mystérieux mécanisme du monde physique et moral. Notre sys- tème planétaire, malgré son immensité comparative auprès du mi- croscopique volume de cette terre, s'évanouit lui-m^me avec son radieux soleil devant l'étendue et le nombre des étoiles, — centres solaires de systèmes différents du nôtre. L'œil étonné rencontre dans l'infini, des soleils lointains dont la lumière emploie des centaines et des milliers d'années à venir jusqu'à nous, malgré sa vitesse inouïe de 77 000 lieues par seconde; plus loin, l'œil contemple de pales amas d'étoiles qui, vus de près, seraient sem- blables à notre Voie lactée et se montreraient composés de plusieurs millions de soleils et de systèmes; au delà, l'œil cl la pensée cherchent encore à découvrir ces créations lointaines, où résident des existences inconnues, où s'accomplissent au môme titre qu'ici les mystérieuses destinées des êtres ;.e. mais l'essor de nos con- ceptions fatiguées ne tarde pas à s'abattre, exténué, perdu par ce vol interminable dans les régions de l'infini, et comme l'aigle posé sur une île lointaine, notre âme éblouie s'étonne de n'avoir jamais devant elle que le vestibule d'une immensité sans cesse renaissante.
Astre invisible, perdu dans les myriades d'astres qui gravitent à toutes les distances imaginables dans l'étendue profonde, la Terre e&t emportée dans le ciel par divers mouvements, beaucoup plus nombreux et plus singuliers que nous ne sommes généralement portés à le croire. Le plus important est celui de tramlatioriy qui vient de s'offrir à nos regards, mouvement en vertu duquel elle vogue autour du Soleil en raison de 600 000 lieues par jour. — Un second mouvement, celui de rolalion, la fait tourner sur elle-même, pirouetter en quelque sorte, en 24 heures: on voit immédiatement, en examinant ce mouvement du globe sur lui-môme, que les dif- férents points de la surface terrestre ont une vitesse différente sui- vant leur distance à Taxe de rotation. A Téquateur, où la vitesse est maximum, la surface terrestre est forcée de parcourir 10 000 lieues en 24 heures ^le mètre est la dix-millionième partie du quart du grand cercle, égal par conséquent à 40 000 kilomètres}.
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8 LE GLOBE TERRESTRE.
Ces mouvements différents qui emportent lastre-Terre dans l'es- pace sont connus^ grâce au nombre colossal d'observations faites sur les étoiles depuis plus de quatre mille ans^ et grâce à la rigueur des principes modernes de la mécanique céleste. Leur connaissance constitue la base essentielle de la plus haute et de la plus solide des sciences. La Terre est désormais inscrite au rang des astres, malgré le témoignage des sens^ malgré des illusions et des erreurs séculaires^ et surtout malgré la vanité humaine qui longtemps s'était formé avec complaisance une création à son ima- ge. Sollicitée par tous ces mouvements divers, dont quelques-uns, comme celui des perturbations, sont d'une complication extrême, le globe terrestre vogue dans le vide, tourbillonnant, se balançant sous des inQexions variées, saluant les planètes ses sœurs, courant avec une vitesse insaisissable vers un but qu'il ignore. Depuis le commencement du monde, la Terre n'est pas passée deux fois au même endroit, et le lieu que nous occupons à cette heure même s'enfonce avec rapidité derrière notre sillage pour ne plus revenir. La surface terrestre elle-même, du reste, se modifie chaque siècle, chaque année, chaque jour, et les conditions de la vie changent à travers 1 éternité comme à travers l'espace. C'est ainsi que la marche du monde effectue son cours mystérieux, et que les êtres comme les choses ne continuent d'exister qu'en subissant de per- pétuelles métamorphoses.
Après avoir apprécié de la sorte le mouvement de l'astre-Terre dans l'espace, nous devons lui adjoindre, pour compléter sa phy- sionomie astronomique, le mouvement que la Lune décrit en 29 jours et demi autour du centre terrestre. La Lune est 49 fois plus petite que la Terre et 8 1 fois moins lourde. Son action sur l'océan et sur l'Atmosphère est cependant comparable à celle du Soleil, et même plus importante dans la production des marées; il n'est pas moins utile de connaître son mouvement que celui de la planète terrestre autour du foyer radieux. C'est en 27 jours 7 heures que s'effectue sa translation circulaire autour de la Terre; mais pendant ces 27 jours la Terre n'est pas restée immobile et s'est au contraire avancée d'une certaine quantité dans l'espace; la Lune emploie environ deux jours de plus pour achever sa révolu- tion et revenir au même point relativement au Soleil : ce qui donne 29 jours 12 heures pour la lunaison ou le cycle des phases. La ré- volution en 27 jours est nommée révolution stt/era/e, parce que l'as- tre revient sur la sphère céleste à une même position par rapport aux étoiles; on voit que pour revenir à la même position relative-
GHAPITRE IL
L'ENVELOPPE ATMOSPHÉRIQUE,
Le globe que nous venons de contempler circulant dans lespace sur l'aile de la gravitation universelle, est enveloppé d'un duvet gazeux adhérent à sa surface sphérique tout entière. Cette couche fluidique est uniformément répandue autour du globe, et lenvi- ronne de toutes parts. Nous avons comparé la Terre dans Tespace à un boulet de canon lancé dans le vide ; en supposant ce boulet enveloppé d'une mince couche de vapeur, qui ne mesurerait même pas un millimètre d'épaisseur, et serait adhérente à sa sur- face entière, nous nous formerons une image approchée de la situation de l'Atmosphère tout autour du globe terrestre. C'est précisément de cette situation que dérive le nom même de l'Atmo- sphère 'atiaô;, vapeur; Zçaîpa, sphère); c'est en effet comme une seconde sphère de vapeur, concentrique à la sphère solide du globe terrestre.
On ne songe pas assez, en général, à la valeur, à l'importance de cette enveloppe atmosphérique. C'est elle qui nous fait vivre. C'est par elle que la Terre entière respire. Plantes, animaux, hommes, puisent en elle leur première condition d'existence. L'organisation terrestre est ainsi construite, que l'Atmosphère est la souveraine de toutes choses, et que le savant peut dire d'elle ce que le théologien disait de Dieu lui-même ; En elle nous vivons, nous nous mouvons et nous sommes. (Condition suprême des existences terrestres, elle ne constitue pas seulement la force vir- tuelle de la Terre, mais elle en est encore la parure et le parfum. Comme une caresse éternelle enveloppant notre planète voyageuse dans une affection inaltérable, elle porte doucement la Terre dans
12 L'ENVELOPPE ATMOSPHÉRIQUE.
nez ces premières pages, n'étaient pas tous hier intégrés à votre personne, et aucun n'y était il y a quelques mois. Où étaient-ils? — soit dans lair, soit dans un autre corps. Tous les atomes qui forment maintenant vos tissus organiques, vos poumons, vos yeux, votre cerveau, vos jambes, etc., ont déjà servi à former d'au- tres tissus organiques.... Nous sommes tous des morts ressusci- tes, fabriqués de la poussière de nos ancêtres. Si tous les hommes qui ont vécu jusqu'à cette année ressuscitaient, il y en aurait cinq par pied carré, sur toute la surface des continents, obligés, pour se tenir, de monter sur les épaules les uns des autres; mais ils ne pourraient ressusciter tous intégralement, car ils sont à peu près formés des mêmes matériaux ayant successivement servi. De même nos organes actuels, divisés un jour en leurs dernières particules, se trouveront incorporés dans nos successeurs, et je sais que ma main droite qui écrit en ce moment cette ligne, sera dans une épo- que prochaine absolument dissoute, et que les éléments qui la con- stituent fleuriront dans la plante, voleront dans Toiseau, agiront dans un nouvel homme. Véhicule sans cesse renouvelé des émigra- tions des atomes terrestres, lair établit ainsi une fraternité univer- selle et indissoluble entre tous les hommes, entre tous les êtres.
Métamorphose incessante des êtres et des choses : entre les produits de la nature et les flots mobiles de T Atmosphère, il s'opère incessamment un échange, en vertu duquel les gaz de l'air se fixent dans l'animal, la plante ou la pierre, tandis que les éléments primitifs, un instant incorporés dans un organisme ou dans les couches terrestres, se dégagent et recomposent le fluide aérien. Chaque atome d'air passe donc éternellement de vie en vie et s'en échappe de mort en mort; tour à tour vent, flot, terre, animal ou fleur, il est successivement employé à la substance de mille êtres divers. Source inépuisable, où tout ce qui vit prend son haleine, l'air est encore un réservoir immense, où tout ce qui meurt verse son dernier souflle : sous son action, végétaux et animaux, organismes divers naissent, puis dépérissent. La vie, la mort sont également dans l'air que nous respirons, et se succèdent perpétuellement l' une à l'autre par l'échange des molécules gazeuses ; l'atome d'oxygène qui s'exhale de ce vieux chêne va s'envoler aux poumons de l'enfant au berceau; les derniers soupirs d'un mourant vont tisser la brillante corolle de la fleur, et se répandre comme un sourire sur la verdoyante prairie. La brise qui caresse doucement les tiges des herbes va plus loin se transformer en tempête, déra- ciner les arbres séculaires et faire sombrer les navires; et ainsi, par
L'ATMOSPHÈRE
i.f:s riAMUEs < uHoMijuriKHni.winni i:s
de cet uuvrn^T uni élé exôculée.s d'aprôs los peinlures ri les aquarelles
l'K WM. ACHAHD, UF-RiiUKRE, K. CItliHJ, KAHL GlHAHUKl', A. MARIE. SILHEHMANN KT WMIIKR
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11330 — I > |H..;jia|.hif' l.'ihur«v ruf «le l'l«'urii<, ''. h I';iiI'«.
LA TERRE DANS E ESPACE .
IMPORTANCE DE ^ATMOSPHÈRE. 15
mince et légère. Des auditeurs de cours d astronomie et de confé- rences m'ont souvent confié qu a leur idée, avant d'être éclairés sur ce point, la Terre s'appuyait sur l'air remplissant l'espace, était portée par lui. Il n en est rien. C'est rAtmosphère, au contraire, qui est supportée par le globe. Le globe est soutenu dans l'immen- sité par la puissance invisible de la gravitation universelle.
La surface extérieure de l'Atmosphère est donc courbe, comme celle de la mer; car de même que l'eau, l'air tend sans cesse à elre de niveau, à égale distance du centre. Aux yeux des com- mençants dans la science de la géométrie, il paraît difficile de concilier l'idée de la surface sphérique de l'océan avec ce qu'on appelle communément niveau; l'idée que l'air a un niveau horizon- tal comme leau, et que, semblable à un océan aérien, ce niveau tend sans cesse à s'équilil)rer, semble d'abord un peu obscure» Ct*pendant, non-seulement l'air possède toqtes les propriétés d'é- lasticité et de mobilité, à un degré illimité, comme fluide tendant vei-s l'équilibre, mais différent de l'eau ou de la plupart des liquides, il est au plus haut degré compressible, et proportionnel- lenient susceptible d'une extrême expansion. — Ce sont là des faits qu'il faut avoir constamment présents à l'esprit, car ils aide- ront à rinteHigence d'un grand nombre de conditions atmosphé- riques spécifiées darts les chapitres suivants.
Maintenant, quelle est l'épaisseur de cette couclie gazeuse qui enveloppe notre globe de 3000 lieues de diamètre? C'est ce que nous allons examiner dans le chapitre suivant.
Pour connaître la hauteur à laquelle s'étend l'Atmosphère, il faudrait pouvoir calculer la densité de l'air à diverses hauteurs, abstraction faite des agitations accidentelles, et dans l'état moyen autour duquel oscillent ces perturbations. On y parvient quand on connaît la température de l'air, sa pression et la tension de la va- peur d'eau contenue. Il faudrait encore, pour avoir une valeur exacte, tenir compte : Tde la diminution delà pesanteur à mesure que Ton s'élève dans l'air, et en vertu de laquelle les particules sont altirét»s \ers la planète; 2'' de la variation de la force centrifuge suivant la latitude; mais ces deux variations, à la vérité, sont très-faibles, et affectent peu les valeurs cherchées, attendu la très- j>etite é|>aisseur de la couche d'air relativement au rayon du globe teri-eslre. On voit par là que l'on ne peut tirer que des conclusions bornées de l'équation d'équilibre des couches atmosphériques, dé- duite des lois connues, quand on veut l'appliquer à la détermina- tion de la hauteur de l'Atmosphère.
16 L'ENVELOPPE ATMOSPHÉRIQUE.
Cette hauteur est limitée^ et nous Verrons même qu'elle est peu considérable. Si lair n avait pas d élasticité^ sa limite serait située aux points où la force centrifuge ferait équilibre à la pesanteur; mais comme cette condition n'existe pas^ il est nécessaire que son élasticité soit équilibrée par une force quelconque ; cette force est le poids des couches d'air qui sont supérieures à celles que Ton considère. Mais à mesure que Ton s'élève, l'air devient plus rare, et arrivé aux dernières couches, rien ne presse sur celles-ci ; ce- pendant l'Atmosphère étant limitée, comme le démontrent plu- sieurs faits dont nous parlerons , il est nécessaire que ces couches ne se perdent pas dans l'espace, et que, vu leur raréfaction et leur grand abaissement de température, leur état physique soit modifié de telle sorte que la force élastique soit nulle. Laplace a indiqué cette condition indispensable; Poisson l'a spécifiée, en montrant que l'équilibre serait encore possible avec une densité limite très-considérable, pourvu que le fluide ne fût pas expan- sible; enfin J. B. Biot, qui a résumé ces conditions, indique très-bien cet état des dernières couches atmosphériques non ex- pansibles, en disant qu'elles doivent être comme un « liquide non évaporable. » — Nous allons maintenant, dans le chapitre suivant, examiner les conditions mécaniques et physiques de celte enveloppe aérienne, apprécier sa forme extérieure et mesurer sa hauteur.
CHAPITRE III
HAUTEUR DE L'ATMOSPHÈRE.
FORME DE l'enveloppe AÉRIENNE AUTOUR DE LA TERRE.
SES conditions; son ORIGINE.
Puisque la Terre, astre rapide, vogue dans rimmensité, empor- tée par une vitesse vertigineuse, et entraîne adhérente à sa surface la couche gazeuse qui lenveloppe, il en résulte que cette couche gazeuse ne s^étend pas à T infini dans Timmensité, mais cesse d'exister à une certaine distance de la surface.
Jusqu'à quelle distance peut-elle s'étendre? La rotation du globe l'entraînant dans son mouvement diurne, nous pouvons remarquer d'abord qu'à une certaine hauteur au-dessus du sol, le mouvement de l'atmosphère est si rapide que la force centrifuge déployée par lui jetterait dans l'espace les molécules d'air extérieures, qui cesse- raient d'être adhérentes et de continuer l'atmosphère par cela même.
Certains inventeurs de procédés de navigation aérienne s'étaient vaguement imaginé que l'atmosphère ne tourne pas entièrement avec la Terre, qu'en s'élevant à une certaine hauteur, on verrait le globe rouler sous soi, et que l'on n'aurait qu'à attendre que le mé- ridien où Ton veut descendre passe sous la nacelle pour s'y trouver transporté par la rotation du globe.
Exposer cette hypothèse, c'est la réfuter. Tout ce qui environne la Terre lui est soumis. La Lune elle-même, à 96 000 lieues de distance, circule autour de nous dans le sens de notre propre ro- tation, mais avec une vitesse moindre en raison de son existence individuelle, de son poids relatif et de sa distance.
La force centrifuge s'accroît en raison du carré de la vitesse. A
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Téquateur elle est le 289" de la pesanteur. Or, remarque curieuse, si la Terre tournait 17 fois plus vite, comme 17 X 17= 289, les corps ne pèseraient plus à l'équateur ! un objet, une pierre, dé- taché du sol par la main n'y retomberait plus. On serait si léger, qu'en dansant à la surface on serait semblable à des sylphes aériens déplacés par le vent. Les circonférences étant entre elles comme les rayons, à 17 fois la distance d'ici au centre de la Terre, à 25 500 lieues de hauteur, toutes choses restant égales d'ailleurs, l'Atmosphère cesserait de se tenir. Mais d'autre part la pesanteur diminue à mesure qu'on s'éloigne du centre d'attraction. En combinant cette diminution avec l'accroissement de la force centrifuge, j'ai calculé que c'est à 6 fois et demie environ (0,64) le rayon du globe, c'est-à-dire à 10 000 lieues au-dessus de la surface de la terre, que l'attraction égale la pesanteur, et que par conséquent les molécules aériennes qui pourraient encore se trouver dans ces espaces doivent forcément s'échapper. C'est la- distance à laquelle graviterait un satellite précisément en 23** 56", durée de la rotation de notre planète. C'est la limite théorique maximum de l'Atmo- sphère. Celle-ci est bien loin de s'éten- dre jusque-là, comme nous allons le voir; mais mathématiquement elle le pourrait, et ce n'est qu'à cette énorme distance que la force centrifuge serait assez grande pour s'opposer à l'exis- tence d'une atmosphère.
Peut-être, dans ces régions élevées, aux limites même des sphères d'attrac- tion des astres, s'opère-t-il un échange
Fiff.l.— Limite théorique maximum Je IcurS moléculcS gaZCUSCS. Telle est de l'Atmosphère. i t .^ * a • i i»aa
la limite extrême maximum de 1 At- mosphère; mais c'est à une hauteur incomparablement moindre que s'arrête le fluide respirablc pour l'homme. Ainsi à la hauteur de 3300 mètres que j'ai souvent atteinte en ballon (c'est la hau- teur de l'Etna), on a sous les pieds près du tiers de la masse aérienne; à 5500 mètres, hauteur au-dessus de laquelle un grand nombre de montagnes élèvent encore leurs cimes, la colonne d'air qui pèse sur le sol a déjà perdu la moitié de son poids; par consé- quent toute la masse gazeuse qui s'étend au loin dans le ciel, jus- qu'à des distances immesurées, est simplement égale aux couches aériennes comprimées au-dessous dans les régions inférieures! En vertu de ces forces, la forme de l'Atmosphère n'est pas abso-
HAUTEUR DE L'ATMOSPHÈRE.
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\ù
Fig. 2. — Limite mathématique de la figure de TÀtmosphère.
lomeat spherique^ mais gonflée à Téquateur^ où elle est plus éle- vée qu'aux pôles. La figure de Tatmosphère des corps célestes est telle que la résultante de la force centrifuge et de la force attractive lui est perpendiculaire. La limite maximum de cette figure^ dans le cas où Taplatissement est le plus grande a été donnée par La- place : le diamètre de l'Atmosphère dans le sens de Téquateur est un tiers plus grand que le diamètre dans le sens des pôles. C'est la H mite mathématique vers laquelle tend l'atmosphère terrestre. Mais elle n*a pas cette forme exagérée^ quoique en réalité elle soit sensiblement plus épaisse à 1 equateur qu'aux pôles. Pour compléter cette figure^ j'ajouterai encore qu'il est probable qu'une petite traî- née de gaz légers reste con- stamment en arrière du globe dans sa translation rapide au- tour du Soleil. Enfin ces formes changent encore par des marées atmosphériques^ dues à l'at- traction variable de la Lune et du Soleil.
Le poids décroissant des couches atmosphériques nous offre le premier procédé pour calculer une limite minimum de la hauteur de l'Atmosphère; de même que tout à l'heure la mécanique vient de nous présenter une limite maximum^ ici c'est la physique qui va nous servir.
Chaque molécule de l'air exerce, en vertu de son poids, une pression sur les molécules situées au-dessous d'elle; de haut en bas cette pression s'ajoute au poids de chaque couche successive et contribue, en se combinant avec l'action du globe terrestre, à les retenir autour de lui. Dans une colonne d'air verticale, oh trouve près du sol les couches les plus denses ; cette densité diminue à mesure qu'on s'élève, parce que la portion d'atmosphère placée au- dessous de l'observateur n'exerce plus aucune pression sur celles qui sont placées à son niveau. Le baromètre qui mesure cette pres- sion se tient plus bas au sommet qu'au pied d'une montagne; et le rapport qui existe entre la pression et la hauteur est tellement intime, qu'on peut déduire la différence de niveau de deux points, de la différence de longueur des colonnes barométriques observées simultanément à ces deux stations.
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Plus la pression diminue et plus Tair tend à se dilater; aussi semblerait-il au premier abord que TAtmosphère doive s^étendre à une très-grande distance.
Un physicien célèbre^ Mariotte^ a cherché à déterminer la loi de la compression des gaz^ et il a trouvé que la quantité d*air conte- nue dans le même volume^ ou^ en d autres termes^ la densité de Tair est proportionnelle à la pression supportée. Cette propriété est enseignée ds^ns les cours de physique sous le nom de loi de Ma- riotte. Jusqu'en ces dernières années^ on Ta considérée comme par- faitement exacte; mais alors on trouvait d'énormes difficultés à concevoir comment il se fiiit que latmosphère terrestre ne s'étende pas très-loin dans l'espace^ tandis que d'autres considérations indiquent qu'elle est nécessairement limitée et cesse à une petite distance au-dessus du sol.
Mais cette contradiction apparente était le résultat d'une trop grande généralisation de la loi de Mariotte qui est simplement approchée au lieu d'être rigoureuse. M. Regnault a étudié les dif- férences réelles qui existent entre la loi théorique et les faits.
Depuis cette constatation, notre ancien collègue de l'Observa- toire de Paris, M. Liais, en introduisant de très-petites bulles d'air dans un grand vide barométrique, d'une forme spéciale, a reconnu que les différences entre les données de l'observation et la théorie usuellement adoptée sont beaucoup plus grandes encore. En diminuant suffisamment la quantité d'air on parvient même à trouver une limite où les particules, loin de se repousser, comme cela aurait lieu si les gaz étaient dilatables à 1 infini, semblent au contraire avoir entre elles une adhérence semblable à celle des molécules d'un liquide visqueux. L'élasticité de l'air produisant l'expansion cesse donc à un certain degré de dilatation, a partir duquel ce gaz se comporte comme un liquide, mais un liquide incomparablement plus léger que tous ceux que nous connaissons.
En vertu de cette décroissance observée de la densité de l'air avec la hauteur, en examinant à ce point de vue spécial les con- ditions physiques de l'équilibre, et en prenant pour élément trois séries d'observations barométriques, thermométriques et hygro- métriques faites à des altitudes difTérentes par'Gay-Lussac, Hum- boldt et Roussi ngault, J. B. Biot a démontré que la hauteur minimum de l'Atmosphère est de 47 800 mètres, ou environ 12 lieues. La, Tair doit être aussi rare que sous le récipient de nos machines pneumatiques oii l'on a fait le vide, — vide relatif, puisque nous ne pouvons obtenir le vide absolu.
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Ainsi^ la hauteur minimum de l'Atmosphère est de 1 2 lieues^ et la hauteur maximum est 10 000. Voilà deux limites certaines^ mais bien écartées Tune de l'autre. N'existe- t-il pas d'autres mé- thodes d'approcher davantage de la réalité?
En effet, on a essayé de mesurer optiquement la hauteur de TAtmosphère, en étudiant la durée des crépuscules, le temps que les rayons solaires continuent à atteindre les régions aériennes lorsque l'astre lui-même est descendu sous l'horizon.
Si Tatmosphère terrestre était illimitée, le phénomène delà nuit nous serait complètement inconnu : la lumière du Soleil en attei- gnant à des couches d'air suffisamment éloignées de la Terre, pourrait toujours nous être renvoyée par la réflexion que ces cou- ches lui feraient subir. D'un autre côté, l'absence de toute en- veloppe aérienne aurait pour résultat de nous donner une nuit succédant brusquement au coucher du soleil, et la lumière du jour se déployant à l'instant même du lever. Or, tout le monde sait que le crépuscule du soir et l'aurore du matin allongent la durée du temps pendant lequel on est éclairé par la lumière solaire. On conçoit que l'observation de ces phénomènes a dû faire naître de bonne heure l'idée d'y chercher la mesure de la hauteur de TAtmosphère.
• Supposons que la Terre soit figurée par le cercle de rayon OA, que son atmosphère soit limitée par la circon- férence FGHIC. Il est évident que lorsque le Soleil sera descendu au-dessous de l'hori- zon FACB du lieu A, il n'éclairera plus qu'une portion de l'Atmosphè- re. Ainsi quand le So- leil sera en J, si on ima- gine un cône tangent à la Terre et ayant le So- leil pour sommet, tou- tes les parties de l'Atmosphère située au-dessous de J6 cesse- ront d'être éclairées pour l'observateur placé en A, et la partie CIHG seule le sera encore. Plus tard, quand le Soleil sera en T, il n'y aura plus d'éclairée que la partie CIH; plus tard encore, que h partie CI; enfin, quand le Soleil sera en J"', sur la partie tan-
Fig. 3. — Mesure de la hauteur de rAtmosphère par la durée du crépuscule.
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gentielle menée par rintersection de Thorizon FACB avec la cir- conférence limitée de TAtmosphère^ le crépuscule cessera. Dès q\ie le Soleil est couché on doit donc voir une sorte d*arc appa- raître du côté opposé, s'élever de plus en plus, atteindre le zé- nith, puis 8*abaisser et enfin disparaître. Les phénomènes se passeraient d'une manière inverse pour Taurore ou crépuscule du matin. Telle est la théorie que les plus anciens astronomes avaient conçue des phénomènes crépusculaires. On trouve dans Foptique d'Alhasen (x** siècle) que Tangle d'abaissement du Soleil pour la fin du crépuscule ou le commencement de laurore est de 1 8^ et c'est encore cette valeur quQ les astronomes modernes adoptent comme moyenne.
Dans nos climats on aperçoit difficilement avec netteté la limite de séparation entre la partie de l'atmosphère éclairée par le Soleil et celle qui ne reçoit pas ses rayons directs. Mais Lacaille, dans son voyage au cap de Bonne-Espérance, a constaté toutes les phases que nous venons d'indiquer d après la théorie. « Les 16 et 17 avril 1751, dit-il, étant en mer et en calme, par un ciel extrêmement clair et serein, où je distinguais Vénus à l'horizon comme une étoile de seconde grandeur, je vis la lumière crépus- culaire terminée en arc de cercle, aussi régulièrement que pos- sible. Ayant réglé ma montre à Theure vraie, au coucher du So* leil, je vis cet arc confondu avec l'horizon; et je calculai, par l'heure, où je fis cette observation, que le Soleil était abaissé le 16 avril, de 16*38'; le 17, de 17M3'. » •
D'autres observations ont été faites depuis, comme nous le ver- rons plus loin.
On comprend que connaissant le cercle diurne apparent décrit par le Soleil un jour donné et la position de l'observateur sur la Terre, on puisse calculer, par le temps écoulé, entre l'heure du coucher et celle de la disparition de l'arc crépusculaire, l'angle parcouru par l'astre radieux au-dessous de l'horizon. On comprend aussi que suivant les saisons et suivant les lieux, on trouve une durée diffé- rente pour le crépuscule ou l'aurore, puisque l'éloignement plus ou moins grand du Soleil et l'état de l'air doivent influer sur la direc- tion et sur la quantité de lumière qui, après des réflexions et des réfractions multiples, arrive à chaque observateur.
Nous étudierons dans notre deuxième Livre les effets optiques du crépuscule ; ici nous n'avons à nous occuper que du rapport qui existe entre sa durée et la hauteur de l'Atmosphère.
Or le temps pendant lequel le Soleil, après être descendu au-des-
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sous de l*horizon d'un lieu^ continue à éclairer directement une partie de rAtmosplière visible de ce lieu, dépend de Tépaisseur des couches aériennes qui enveloppent la Terre. En effet, imaginons que nous fassions passer un plan par le lieu A, de la figure que nous venons de tracer, par le centre 0 de la Terre, et par le centre du Soleil, ce plan coupera la Terre suivant le cercle OA. Soit FAB la trace de Thorizon du lieu A dans ce même plan; par la rencontre C du cercle OA et de la ligne AB, menons la tangente CD à la Terre. Toute la partie de Tatraosphère visible en A cessera d'être éclairée par le soleil lorsque Tastre radieux, dans son mou- vement diurne apparent, sera descendu au-dessous de.CDJ'". Or, nous venons de voir que Ton concluait de la durée du crépuscule qu'il se terminait lorsque l'angle BCJ'^' d'abaissement au-dessous de rhorizon était de 18*. Comme l'angle ÔAC est droit et que OA est le rayon de la terre, on connaît un côté et les angles du triangle OAC, et par conséquent, on peut en calculer tous les éléments. On peut donc regarder OC comme connu, et de là il résulte qu'on a la hauteur EC de l'atmosphère, différence entre OC et OE=OA.
Telle est la méthode imaginée par Kepler pour
conclure des phénomènes crépusculaires la hau-
teur de l'Atmosphère. Les résultats qu'elle a ^"^ ^^^'^"^^^'-j 'b fournis concordent avec les précédents pour donner à notre atmosphère, homogène mais de densité décroissante, une hauteur de 12 à 15 lieues. Le rayon moyen de la Terre étant de 1591 lieues, on voit que cette hauteur n'est que la 130** partie de ce rayon, c'est-à-dire que si Ton représentait la Terre par une sphère de 10 mètres de diamètre, l'atmosphère serait com- parable à une couche de vapeur adhérente à la surface de ce globe, ayant une épaisseur de 38 millimètres.
Notre figure 4 représente exactement ce rap- port. Elle montre : l"" l'intérieur incandescent \j du globe a; 2"* l'écorce solide 6 sur laquelle nous Fig.4.— coupe montrant vivons et édifions nos cités et nos dvnasties : elle }|épaiss3ur relative de
. ^ ^ lécorce terrestre, de
n a que 1 2 lieues d épaisseur, également , at- notre atmosphère et tendu qu'en raison de l'accroissement observé ^^^! atmosphère su-
* peneure.
de température, de 1 degré par 33 mètres, les
minéraux sont en fusion à cette profondeur; 3" l'épaisseur de la
couche aérienne sous laquelle nous respirons, c; W" la hauteur
24 HAUTEUR DE L'ATMOSPHÈRE.
probable d'une atmosphère très-légère d, superposée à la nôlre^ dont nous allons parler.
J'ajouterai cependant encore^ à propos de la mesure de la hau- teur de l'Atmosphère par la durée du crépuscule^ que certains observateurs ont eu pour résultat de la m^^me recherche une élé- vation bien supérieure à la précédente^ et qui montre bien que les 12 lieues ne représentent véritablement qu'un minimum. M. Emmanuel Liais a calculé directement cette hauteur par l'ob- servation de la durée du crépuscule et de la courbe crépusculaire qui colore le ciel de cette ravissante teinte rose si remarquable surtout dans les pays du sud. Ces études ont été faites d'une part sur l'Atlantique dans une traversée de France à Rio de Janeiro^ d'autre part dans la baie de cette capitale. Elles ont donné pour minimum 290 kilomètres et pour hauteur probable 330.
En étudiant au sommet du Faulhorn la marche des arcs cré- pusculaires, Bravais a obtenu une hauteur de 1 1 5 kilomètres.
La hauteur varie d'ailleurs avec la température et les saisons, et reste constamment plus forte à l'équateur. Une autre méthode, différente encore des précédentes, a été de mesurer l'épaisseur de la pénombre qui entoure l'ombre de la Terre, dessinée sur la Lune pendant les éclipses de Lune, ainsi que les phénomènes de réfraction qui se produisent. Cette mesure donne do 80 à 100 ki- lomètres pour l'épaisseur de l'atmosphère terrestre dont l'influence se fait sentir sous cet aspect spécial, ou de 20 à 25 lieues.
Les observations qui donnent à l'atmosphère terrestre une hau- teur bien supérieure aux 15 lieues théoriques ont été depuis quelques années l'objet d'une discussion spéciale. Notre savant maître et ami Adolphe Quételet, directeur de l'Observatoire de Bruxelles, a conclu d'un très-grand nombre de recherches a cet égard, qu'en effet elle s'étend beaucoup plus haut qu'on le pen- sait; mais non plus exactement la même atmosphère qu*ici-bas.
Cette addition serait due à une atmosphère éthéréc, extrême- ment rare et d'une nature différente de celle de l'atmosphère ter- restre dans laquelle nous vivons. C'est la région où l'on voit spé- cialement les étoiles filantes, qui disparaissent ensuite en passant plus bas dans l'atmosphère terrestre.
L*atmosphèi*e supérieure serait stable; l'inférieure instable et sans cesse aj^itée. Les mouvements spéciaux, causés par l'action des vents et des tempêtes, seraient limités dans leur hauteur par l'effet dcb saisons. Ainsi, pour nos climats, la partie agitée, dans le voisinage de la terre, n'aurait que 3 à 4 lieues d'élévation en
L'ATMOSPHÈRE ÊTHÊRÊE SUPÉRIEURE. 25
hiver, et sa hauteur serait double h peu près en été. Toute la partie de Tatmosphère qui lui est supérieure, n'éprouverait qu'un mou- vement très-affaibli et à peine sensible, provenant de la base mo- bile sur laquelle elle repose.
Les bouleversements continuels qui se forment dans les régions inférieures font que l'air qu'on y recueille est sensiblement le même, quant à la composition chimique : on ne trouve point de diflerence aux diverses hauteurs où Ton peut s'élever pour y prendre Tair et le soumettre à l'analyse.
Dans la couche immobile^ placée plus haut, où les êtres vivants n'ont pas accès, et où les nuages ne s'élèvent pas, on pourrait admettre au contraire que les milieux s'y étendent avec facilité dans Tordre de leurs densités et qu'ils s'y développent par couches uniformes, soit en se mêlant, soit en se tenant séparés. Il n'est pas nécessaire de supposer chaque couche composée comme celle qui lui est inférieure : elle peut même porter à sa surface des substances d'une pesanteur spécifique moindre, et non susceptibles de se com- poser ou de se mêler avec les substances inférieures.
Là naîtraient ces phénomènes dont nous nous formons difficile- ment une idée, en les jugeant de la surface de notre globe; là se montreraient aussi les étoiles filantes, qui arrivent de plus haut, les aurores boréales, et ces grands phénomènes lumineux dont nous sommes souvent les témoins sans pouvoir les soumettre directe- ment à nos expériences. Toutes ces parties ne nous échappent pas complètement, surtout dans les aurores boréales et dans les phé- nomènes magnétiques. Si nous ne pouvons toucher la cause, nous en ressentons assez vivement les effets pour être en état de les apprécier.
Sir John Herschel, de la Rive, Hansteen paraissent partager sur ce point l'opinion de Quételet. Nous pouvons parfaitement admettre qu'au-dessus de notre atmosphère d'oxygène, d'azote et de vapeur d'eaUy réside une atmosphère extrêmement légère, qui peut s'éle- ver jusqu'à 80 lieues de hauteur, et se trouve naturellement com- posée des gaz les plus légers, et, j'imagine, surtout d'hydrogène. Le globe terrestre ayant environ 3000 lieues de diamètre, celte épaisseur totale représente le AO* du diamètre du globe. L'existence simultanée de ces deux atmosphères est donc la conclusion géné- rale à laquelle nous nous arrêterons d'abord ici.
Quant à la base de l'Atmosphère, nous pouvons nous demander maintenant si elle s'arrête à la surface du sol et ne descend pas dans l'intérieur du globe lui-même.
S6 HAUTEUR DE L'ATMOSPHÈRE.
Pesant sur tous les corps situés à la surface de la Terre, elle tend à pénétrer partout, entre les molécules des liquides comme dans les interstices des roches; i'eau en contient, de même que les végétaux et tous les composés organiques ; la terre, les pierres poreuses en sont imprégnées, et cela d autant plus que la pression est plus considérable. On voit donc que Tair ne doit pas être limité à la portion qui est à l'état d'enveloppe gazeuse, et qu'une frac- tion notable, de ses éléments constituants a pénétré les eaux de l'Océan et les interstices des terrains. Quelques savants ont sup- posé que l'air qui compose l'Atmosphère n'était qu'un prolonge- ment dune atmosphère intérieure; mais l'élévation de température due à la chaleur centrale s'oppose a la condensation des gaz, et doit limiter la présence de l'air dans les couches profondes.
On peut avoir une valeur approchée de la quantité d'air qui est ainsi engagée dans les eaux de l'Océan par la mesure de Tabsorp tion des gaz par les liquides. A la pression ordinaire, l'eau de mer absorbe de deux à trois centièmes de son volume d'air : seulement, la proportion d'oxygène est plus forte que dans l'air ordinaire. Le calcul montre que la quantité d'air absorbée par l'Océan ne dépasse pas le 3^ de l'Atmosphère.
Voilà donc cette atmosphère terrestre complètement déterminée pour nous dans sa hauteur et dans sa forme. Il nous reste encore ici toutefois un point curieux à élucider, c'est de remonter, s'il est possible, aux causes de l'existence de cette enveloppe, respiration de la terre entière.
En discutant les trois états des corps comme dépendants de la quantité de calorique qu'ils possèdent, Lavoisier est arrivé à des vues remarquables sur ce problème. L'étude du calorique, dit-il, jette un grand jour sur la manière dont se sont formées, dans l'ori- gine des choses, les atmosphères des planètes, et notamment celle de la Terre. On conçoit que cette dernière doit être le résultat et le mélange 1* de toutes les substances susceptibles de se vaporiser ou plutôt de rester dans l'état aériforme, au degré de température dans lequel nous vivons, et à une pression égale à celle de l'air; V de toutes les substances susceptibles de se dissoudre dans cet assemblage de différents gaz.
Pour lixer nos idées sur ce sujet, considérons un moment ce qui arriverait aux différentes substances qui composent le globe, si la température en était brusquement changée. Supposons, par exemple, que la Terre se trouvât transportée tout à coup dans une région beaucoup plus chaude du système solaire, dans la région de
ORIGINE DE L'ATMOSPHÈRE. 27
Mercure^ par exemple^ où la chaleur habituelle est probablement fort supérieure à celle de Teau bouillante : bientôt l'eau et les au- tres liquides terrestres, le mercure lui-même, entreraient en ébul- lition ; ils se transformeraient en fluides aériformes ou gaz, qui de- viendraient parties de l'Atmosphère. Ces nouvelles espèces d'air se mêleraient avec celles déjà existantes, et il en résulterait des combinaisons nouvelles, jusqu'à ce que les diverses affinités se trouvant satisfaites, Jes principes qui composeraient ces différents gaz arrivassent à un état de repos. Mais cette vaporisation même aurait des bornes ; à mesure que la quantité des fluides élastiques augmenterait, leur pesanteur s'accroîtrait en proportion; et la nouvelle atmosphère arriverait à un degré de pesanteur tel, que l'eau qui n'aurait pas été vaporisée jusqu'alors cesserait de bouillir et resterait à l'état liquide; en sorte que la pesanteur de l'Atmo- sphère serait limitée et ne pourrait excéder un certain terme. On pourrait porter ces réflexions beaucoup plus loin, ajoute Lavoisier, et examiner ce qui arriverait aux pierres, aux sels et aux substan- ces fusibles qui composent notre globe; on conçoit qu'elles se ra- molliraient, entreraient en fusion et formeraient des fluides.
Par un effet contraire, si la Terre se trouvait tout à coup placée dans des régions très-froides, l'eau qui forme aujourd'hui nos fleuves et nos mers, et probablement le plus grand nombre des liquides que nous connaissons, se transformerait en montagnes solides, en rochers d'abord diaphanes, homogènes et blancs comme le cristal de roche, mais qui, se mêlant avec des substances de dif- férente nature, formeraient ensuite des pierres opaques diversement colorées. L'air, dans cette supposition, ou au moins une partiç des substances aériformes qui le composent, cesseraient d'exister dans l'état de vapeurs élastiques, faute d'un degré de chaleur suffisant; elles reviendraient donc à l'état de liquidité, et il en résulterait . de nouveaux liquides dont nous n'avons aucune idée.
Ces deux suppositions extrêmes font voir clairement : 1' que solides f liquides f gaz sont trois états différents de la même ma- tière, trois modifications particulières, par lesquelles presque toutes les substances peuvent successivement passer, et qui dé- pendent uniquement du degré de chaleur auquel elles sont exposées ; 2*" que notre atmosphère est un composé de tous les fluides suscep- tibles d'exister dans un état de vapeur et d'élasticité constante au degré habituel de chaleur et de pression que nous éprouvons; 3* qu'il ne serait pas impossible qu'il se rencontrât dans notre atmosphère des substances extrêmement compactes, des métaux*
23 HAUTEUR DE L'ATMOSPHÈRE.
mème^ et qu'une substance métaHique, par exemple, qui serait un peu plus volatile que le mercure, serait dans ce cas.
On sait, ajoute encore l'illustre et infortuné chimiste, que cer- tains liquides « sont, comme Teau et Talcool, susceptibles de se mêler les uns avec les autres dans toutes proportions ; les autres, au contraire, comme le mercure, l'eau et Fhuile, ne peuvent contracter que des adhérences momentanées ; ils se sépa- rent lorsqu'ils ont été mélangés, et se rangent en raison de leur gravité spécifique. La même chose doit arriver dans l'Atmosphère; il est probable qu'il s'est formé dans l'origine et qu'il se forme tous les jours des gaz qui ne sont que difficilement miscibles à l'air, et qui s'en séparent; si ces gaz sont plus légers, ils doivent se rassembler dans les régions élevées et y former des couches qui nagent sur l'air. Les phénomènes qui accompagnent les mé- téores ignés me portent à croire qu'il exigte ainsi dans le haut de l'Atmosphère une couche d'un fluide inflammable, et que c'est au point de contact de ces deux couches d'air que s'opèrent les phé- nomènes de l'aurore boréale et des autres météores ignés, m
On voit que l'éminent chimiste français avait précédé nos sa- vants contemporains dans l'idée de l'existence d'une atmosphère supérieure. Remarquons maintenant que d'après ces conditions de température, l'origine de l'Atmosphère doit être cherchée dans les périodes primitives, où le globe, encore incandescent et liquide, se couvrait lentement d'une mince pellicule solide, et développait à sa surface des quantités indescriptibles de gaz et de vapeurs se livrant des batailles incessantes. L'eau, combinaison d oxygène et d'.hydrogène, prit naissance au sein de ce gigantesque labora- toire primordial. L'air, mélange d'oxygène et d'azote, ne dut ar- river qu'après mille variations à sa composition actuelle.
Qui pourrait dire les combats tumultueux livrés jadis sur ce globe par les élétnents primitifs? Qui pourrait dire à quelles conflagrations épouvantables nous devons aujourd'hui cette eau pure et souriante des ruisseaux, cet air azuré du ciel? Arrivés tard sur ce globe antique, il nous est difficile de remonter à cette origine mystérieuse, à ces transformations étranges du monde antédiluvien.
Les pluies chaudes sur les métaux incandescents ont dû décom- poser et former bien des corps. Comme Ta écrit A. M. Ampère dans une théorie cosmogonique qui complète celle de Laplace, nous trou- vons aujourd'hui dans l'Atmosphère même un grand monument des bouleversements qu'a produits sur le globe la décomposition
ORIGINE DE L'ATMOSPHÈRE. sg
des corps oxygénés par les métaux : c'est l'énorme quantité d'azote qui forme la plus grande partie de l'enveloppe aérienne. Il est peu naturel de supposer que cet azote n'ait pas été primitivement combiné, et tout porte à croire qu'il l'était avec l'oxygène aoua la forme d'acide nitreux ou nitrique. Pour cela, il lui fallait huit ou dii fois plus d'oxygène qu'il n'en reste. Où sera passé cet oxygène? Suivant toute apparence il aura servi à l'oxydation de
substances autrefois métalliques et aujourd'hui converties en alu- mine, en chaux, en oxyde de fer, de manganèse, etc.
il y aurait donc eu à une certaine époque précipitation d'acide nitrique, dissolution des métaux, et dégagement de gaz nitreux, le tout accompagné dune effervescence et d'une élévation de température formidables, qui auraient transformé l'Atmosphère en une mer bouillante, surchargée de vapeurs corrosives dont les énergiques réactions produisaient une mêlée indescriptible. La prédominance du sel marin donne lieu de penser que parmi
30 ORIGINE DE L'ATMOSPHÈRE.
les gaz qui entraient dans la composition de ces vapeurs primi- tives^ le chlore n était pas le moins abondant. Ampère suppose qu'après un refroidissement nouveau^ une nouvelle mer 8*étant for- mée^ elle ne recouvrit plus toute la surface du noyau solide; que des îles apparurent au-dessus des eaux, et que la surface de la terre fut entourée d'une enveloppe formée, comme la nôtre, de fluides élastiques permanents, mais dans des proportions proba- blement fort différentes. Il semble, en effet, résulter des ingé- nieuses recherches de Brongniart, qu'à ces époques reculées cette enveloppe contenait beaucoup plus d'acide carbonique qu'aujour- d'hui. Elle était impropre à la respiration des animaux, mais très- favorable à la végétation. Aussi la Terre se couvrit-eUe de plantes qui trouvaient dans l'air riche en carbone une nourriture abon- dante et féconde : d'où résultait un développement beaucoup plus considérable, que favorisait en outre un haut degré de tempéra- ture. C'est de cette époque que datent les houilles, immenses dé- pôts de végétaux carbonisés.
L'absorption et la destruction continuelles de Tacide carbonique par les végétaux rendaient l'air de plus en plus semblable en com- position à ce qu'il est maintenant. Cependant l'enveloppe gazeuse n'était pas encore propre à entretenir la vie des animaux qui respi- rent l'air directement. Ce fut en effet dans leau qu'apparurent les premiers êtres appartenant au règne : les rayonnes et les mollus- ques. La première population des mers fut uniquement composée d'invertébrés, puis vinrent les poissons, et plus tard les reptiles marins. Après l'époque des poissons, après celle des sauriens féro- ces et monstrueux, vinrent les mammifères; l'Atmosphère se con- stitua peu à peu dans ses éléments chimiques et physiques qui la caractérisent aujourd'hui, et les organismes plus parfaits dominè- rent le globe dont la conquête appartient aujourd'hui à l'espèce humaine.... Le vent qui mugissait dans ces forêts antédiluviennes, les foudres qui grondaient, les illuminations des crépuscules, les parfums des plantes sauvages et les panoramas solitaires des grands paysages, n'avaient alors aucun œil humain pour les con- templer, aucune oreille p<iur les entendre, aucune pensée pour les connaître,... mais de siècle en siècle se préparaient les conditions de l'existence humaine sur notre planète habitée.
CHAPITRE IV.
POIDS DE L'ATMOSPHÈRE TERRESTRE.
LE BAROMETRE ET LA PRESSION ATMOSPHERIQUE.
En nous occupant de la hauteur de l'Atmosphère^ nous venons déjà de remarquer que l'air est plus dense dans les régions infé- rieures de Tocéan aérien^ c'est-à-dire à la surface du sol où nous rampons^ que dans les régions supérieures. L'air, quelque léger et fluidique qu'il nous paraisse, a donc un poids réel. Chaque mètre carré de la surface du globe supporte une pression considé- rable, que nous allons tout à Theure évaluer, et qui correspond à la hauteur et à la densité de la colonne d'air d'égale section posée sur lui.
Les anciens ne connaissaient pas la mesure de la pression at- mosphérique; il ne faut pas cependant en conclure qu'ils ignoras- sent les effets qu'elle exerce, surtout pendant les vents les plus violents : mais cette force que chacun éprouvait sans songer à Tapprécier, ne fut déterminée que vers le milieu du dix-septième siècle.
Le grand-duc de Toscane ayant eu, en 1640, la fantaisie alors prÎDcière d'avoir des jets d'eau sur la terrasse de son palais, les ibntainiers de Florence trouvèrent qu'il était absolument impos- sible d'amener l'eau au-dessus de 32 pieds. Le duc écrivit à Til- lustre Galilée sur ce singulier refus de l'eau d'obéir aux pompes. Torricelli, l'élève et l'ami de Galilée, donna l'explication du fait, et montra, comme nous allons le voir, que cette colonne d'eau de 32 pieds faisait équilibre à la pression de l'Atmosphère prise dans toute sa hauteur.
32 POIDS DE L'ATMOSPHÈRE.
Oq a quelquefois^ par un malentendu^ attribué à Pascal la belle invention de Torrieelli. Voici comment le philosophe français rend lui-même compte de cette méprise en exposant ce qui lui ap- partient : « J^e bruit de mes expériences s'étant répandu dans Pa- ris^ on les confondit avec celles d'Italie^ et^ dans ce mélange, les uns me faisant un honneur qui ne m*était pas dù^ m^attribuaient cette expérience d Italie, et les autres, par une injustice contraire, m*ôtaient celles que j'avais faites. Pour rendre aux autres et à moi-même la justice qui nous était due, je fis imprimer en 1647 les expériences qu'un an auparavant j'avais faites en Normandie; et afin qu'on ne les confondît plus avec celle d'Italie, j'annonçai celle-ci à part, et de plus en caractères italiques, au lieu que les miennes sont en romain ; et ne m^étant pas contenté de la distin- guer par toutes ces marques, j'ai déclaré en mots exprès, dans cet avis au lecteur, que je ne suis pas inventeur de celle là; quelle a été faite en Italie quatre ans avant les miennes, que même elle a été l oc- casion qui me les a fait entreprendre. »
C'est donc le refus de Teau à s'élever au-dessus de 10 mètres dans les corps de pompe qui révéla à Torrieelli le poids de TAt- mosphère. Examinons d'abord un instant le mécanisme et le jeu des pompes.
Tout le monde sait que ces appareils simples et anticiues servent à élever l'eau par aspiration, par pression ou par les deux effets combinés. De là leur division en pompr aspirante^ pompe foulante^ et pompe aspirante et foulante. Avant Galilée, on attribuait l'ascen- sion de Teau dans les pompes aspirantes à Ihorreur de la nature pour le vide ; mais cette ascension est simplement un efTet de la pression atmosphérique.
Concevons un tube à la partie inférieure duquel se trouve un piston, et plongeons sa partie inférieure dans l'eau. Si l'on vient à élever le piston, le vide se fait au-dessous de lui, et la pression atmosphérique s'excrçant sur la surface extérieure du liquide force celui-ci à s'élever dans le tuba et à suivre le piston dans son mou- vement.
Cest là simplement le principe de la pompe aspirante, qui se compose essentiellement d'un corps de pompe, dans lequel se meut un piston communiquant par un tu^au avec un réservoir d'eau ^fig. 6^ . Au point de jonction du corps de pompe et du tuyau d'aspiration se trouve une soupape s'ouvrant de bas en haut; de même dans l'épaisseur du piston se trouve une ouverture formée par une soupape analogue.
POIDS DE L'ATMOSPHÈRE 33
Pour que l'eau puisse arriver jusqu'au corps de pompe, il faut que la soupape d'aspiration soit à moins de 1 0 mètres au-dessus du niveau de l'eau dans le puisard ; s'il en était autrement, l'eau s'arrêterait en un certain point du tuyau, sans que le mouvement du piston pût la faire élever davantage.
En outre, pour qu'à chaque ascension du piston on enlève un volume d'eau égal au volume du corps de pompe, il faut que le déversoir lui-même soit fait à moins de 10 mètres au-dessus du
Fig. 6. — Pompe aspi
Fig. 1. — Pompe aspirante et foulante.
réservoir. On voit donc que la pompe aspirante ne permet pas d'élever l'eau à plus de 1 0 mètres de hauteur.
Mais une fois que l'eau a passé au-dessus du piston, la hauteur à laquelle on peut alors la porter ne dépend que de la force qui fait mouvoir le piston.
La pompe aspirante et fou'anle (fig. 7) élève l'eau à ta fois par aspiration et par pression. A la base du corps de pompe, sur l'ori- flce du tube d'aspiration, est encore une soupape ouvrant de bas en haut. Une autre soupape s'ouvrant dans le même sens ferme l'ouverture du tube coudé qui vient se terminer dans un vase nommé le réservoir d'air. Enfin, de ce réservoir part un tube
34 POIDS DE L'ATMOSPHÈRE-
d^ascension destiné à élever Teau à une hauteur plus ou moins considérable.
Enfin ^ la pompe foulante n'agit que par action mécanique et n*utilise pas la .pression atmosphérique. Elle ne diffère de la pré- cédente que parce qu^elle n'a pas de tuyau d'aspiration^ son corps de pompe plongeant dans Teau même qu*on veut élever.
Sur cette élévation de Teau jusqu'à une certaine hauteur^ le compatriote de Galilée^ éloignant comme son maître toute idée de cause occulte, exposa que le poids de Vair du réservoir force l'eau à monter dans le tube dont on soutire l'air, et cela jusqu'à ce que le poids de Teau élevée dans le tube équivale celui de Tair pesant sur une section égale du réservoir. Il arriva^ par une simple conséquence de ce raisonnement^ à créer le Baro- mètre.
Pour exercer des pressions égales^ les colonnes liquides doivent avoir des hauteurs qui soient en raison inverse de leur densité; donc un liquide qui pèserait deux fois plus que Teau^ ferait équi- libre à FAtmosphère avec une colonne de 1 6 pieds, et le mercure qui pèse à peu près quatorze fois plus que Teau doit faire équili- bre avec une colonne qui est la quatorzième partie de 32 pieds, ou environ 28 pouces. C'est une conséquence facile à vérifier. On prend un tube de verre d'un mètre de longueur, fermé par un bout ; on le remplit de mercure, et ensuite, après l'avoir bouché avep le doigt (fig. 8), on le retourne verticalement pour en plonger l'extrémité dans une cuvette remplie de même liquide. Aussitôt qu*on enlève le doigt, le mercure intérieur descend de plusieurs centimètres, puis il s'arrête (fig. 9); l'équilibre est établi, la co- lonne liquide qui reste supendue dans le tube est une véritable balance, car son poids, c'est-à-dire sa hauteur, fait précisément équilibre à la pression atmosphérique.
A ce tube de mercure ainsi posé verticalement sur une cuvette de mercure, le savant élève de Galilée donna le nom de Barotnitre, c'est-à-dire d'appareil indiquant le poids de l'air (du grec papoç, poids, et liLeTpov, mesure).
Le baromètre se compose donc essentiellement d'un tube de mercure plongé dans une cuvette. Dans notre dernier Livre, nous nous occuperons des applications nombreuses de cet appareil ainsi que de ses diverses espèces; ici l'important était de définir son principe. Ce baromètre réduit à ses plus simples conditions s'appelle le Baromètre normal (fig. 10).
L'invention du baromètre par Torricelli date de l'année 1G43.
POIDS DE L'ATMOSPHÈRE. 95
Trois ans plus tard, en 1646, Pascal renouvela l'expérience en Fraocepar un véritahle baromètre à eau, et même par un baromètre à vin. C'était à Rouen, son tube avait 46 pieds de long, et pour s'é- TÎlerla difficulté, insurmontable à cette époque, d'en épuiser l'air directement, il le fit sceller à un bout, le remplit de vin, et ferma l'autre bout avec un bouchon. Alors, par le moyen de cordes et de poulies, le tube fut redressé verticalement, et l'extrémité infe-
Le tube dans ta cuveUe.
rienre fut plongée dans un vase d'eau. Au moment oij l'on enleva le bouchon qui la tenait fermée, toute la colonne liquide s'abaissa dans le tube jusqu'à ce que son sommet fût à environ 32 pieds au-dessus du niveau de l'eau du vase. Les 14 pieds qui étaient au-dessus étaient privés d'air. Ainsi, la colonne liquide faisait à elle seule équilibre à la pression atmosphérique : d'oii il con- clut qu'une colonne d'eau (ou de vin de même densité) de 32 pieds de hauteur pèse autant qu'une colonne d'air de même base.
36 POIDS DE UATMOSPHËRE.
La surrace de la Terre est pressée comme si elle était recouverte d'une couche d'eau de 32 pieds de hauteur; et nous, qui vivons au fond de l'océan de l'air, nous subissons la même pression.
Si c'est la pression de l'air qui cause l'élévation du mercure ou de l'eau : en s'éievant à diverses hauteurs dans l'Atmosphère, le poids de la colonne de mercure soulevée, et pur conséquent la longueur de cette colonne, doit diminuer graduellement de quantités cor- respondantes aux couches d'air laissées au-dea- sous de soi. L'expérience fut exécutée sur le Puy- de-Dôme d'après les instructions de Pascal, par son beau-frère, Florin Périer, le 10 septembre 1648; elle fut répétée pur Pascal même sur ta tour Saint-Jacques à Paris. Les résultats furent décisifs, et l'on eut dans le baromètre un moyen facile et sûr de mesurer le poids total de l'At- mosphère et les variations de la pression qu'elle exerce en divers temps et en divers lieux à la surface du {jlobe.
Ainsi, c'est de 1B43 à (0'>8 que fui, démon- tn'-ela pression atmosphérique, par la conslruc- lion du baromètre et les expériences auxquelles les chorcheurs se livrèrent immédiatement.
Par une coïncidence trè8-fré(iuente dans l'his- toire des sciences, tandis qu'on étudiait en Italie et en France les indications du baromètre, on s'occupait en Hollande de constater précisément le poids de l'air, mais par une tout autre mé- thode.
En 1050, Otto de Guéricke, bourgmestre de Magdebourg, invente la machine pneumatique, jmr laquelle on peut soutirer l'air contenu dans un récipient, et faire le viJe presque absolu.
ha môme année, l'ingénieux inventeur imagine
de peser un globe de verre, d'abord en lui laissant
l'air qu'il contient, puis en lui enlevant cet air
par la machine pneumatique. Le globe vide d'air est trouvé moins
lourd que plein d'air, avec une difl'érence de 1 gramme ^9 pour
chaque litre dont se compose la capacité du globe.
Déjà, Aristote avait soupçonné que l'air est pesant; pour s'en assurer il avait pesé une outre, d'abord vide, puis gonflée d'air :
Flg. 1].— TorricelU InTenlanl le B«romètre.
POIDS DE L'ATMOSPHÈRE.
39
car^ disait-il^ si Tair est pesant^ Toutre doit être plus lourde dans le second cas que dans le premier. L'expérience n*ayant pas confirmé ses prévisions^ il en conclut que Tair n était pas pesant. Cependant plusieurs philosophes de lantiquité admettaient la matérialité de 1 air comme un fait. Ainsi Técole d'Épicure comparait les effets du vent à ceux de Teau en mouvement, et regardait les éléments de Vair comme des corps invisibles; Lucrèce en parle longuement. Toutefois, pendant le règne de la philosophie péripatéticienns, on admit que l'air était sans poids, et un petit nombre seulement de philosophes ne partagèrent pas cette erreur.
Nous venons de voir qu'en répé- tant d'une manière judicieuse Teic- périence d'Aristote, Otto de Gué- ricke a démontré le poids réel de lair. Si Aristote avait trouvé le contraire, cela tient au changement de volume de Toutre dans ses deux essais; car tout corps pesé dans un fluide perd en poids une quantité égale au poids du fluide déplacé. L'outre employée par Aristote eût été plus lourde pesée dans le vide. Supposons qu\)n y introduisît par insufflation environ 30 décimètres cubes d'air : son poids augmen- tait de 4 grammes environ, mais pig. 12. -Expérience d'otto de Guéricke. en même temps Toutre s'était gon- flée; son volume s'était accru de 30 décimètres cubes, et déplaçait un volume d'air d'un poids égal, de telle sorte que sa perte en poids était également de 4 grammes, et qu'en définitive son poids restait le même; mais dans l'expérience d'Otto deGuéricke, le vase avait toujours la même capacité, qu'il fût vide ou plein d'air; et sa perte en poids par l'air déplacé étant la même dans les deux cas, on devait trouver une différence qui démontrât la pesanteur de Tair. Otto de Guéricke imagina en même temps les Hémisphères de Magdebourg^ ainsi nommés de la ville où ils furent inventés, et qui consistent en deux hémisphères creux, de cuivre, de 10 à i2 cen- timètres de diamètre. Ils s'emboîtent hermétiquement l'un dans l^autre. L'un des hémisphères porte un robinet qui peut se visser
40 PRESSION ATMOSPHÉRIQUE.
sur la platine de- la machine pneumatique, et l'autre un anneau qui sert de poignée pour le saisir et le tirer. Tant que les deux hémisphères, étant en contact, comprennent entre eux de l'air, on les sépare sans difficulté, car il y a équilibre entre la force expan- sive de l'air intérieur et la pression extérieui'e de l'Atmosphère; mais une fois que le vide est fait^ on ne peut plus les séparer sans un effort considérable.
Dans une de ses expériences, le savant bourgmestre fit tirer chaque bémisphère par quatre forts chevaux sans panenir à les séparer: le diamètre était de G5 centimètres, ce qui donne le chiffre de 3428 kilogrammes pour la pression atmosphérique exercée dans la direction de la résistance.
La pression de l'Atmosphère sur un centimètre carré de surface est équivalente au poids d'une co- lonne de mercure dont le volume est de 76 centimètres, ce qui cor- respond à I ^,033.
Il est facile fet curieux) d'en con- clure que la superficie du corps FiB.i3.-HémLsphéresd«M,edebourg. j.^^ homme de taille moyenne
étant d'un mètre carré et demi, c'est-à-dire de 15 000 centimè- tres carrésj chacun de nousp orte une charge de 1 5 500 kilogram- mes!
Si nous ne sommes pas écrasés sous cette énorme pression, c'est parce qu'elle n'agit pas seulement dans le sens de la verticale; l'air nous entourant de tous côtés, sa pression se transmet sur notre corps dans tous les sens, et oar suite se neutralise. L'air pénètre librement et avec sa pression tout entière dans les cavités les plus profondes de notre organisme; dès lors nous supportons du de- dans au dehors la même chaîne que du dehors au dedans, et par suite ces poids s'équilibrent exactement. C'est ce que l'on démon- tre facilement par l'expérience du crhve-vessit.
Prenons un manchon de verre fermé hermétiquement, à sa par- tie supérieure, par une membrane de baudruche. L'autre extrémité s'applique exactement (fig. 14) sur le récipient de la machine pneumatique. Aussitôt qu'on commence à faire le vide dans ce manchon, la membrane se déprime sous la pression atmosphé- rique qu'elle supporte, et bientôt crève avec une vive détonation causée par la rentrée subite de l'air.
L'inverse arrive si l'on diminue la pression extérieure. En pla- çant un oiseau sous le vide de la machine pneumatique, nous
PRESSION ATMOSPHÉRIQUE. 41
voyons soq corps se gonfler, le sang en jailUravec violence, et' peu après le petit être périr, boursouflé, victime d'une sorte d'ex- plosion inverse de la précédente.
Ce fait est encore confirmé, comme nous le verrons plus loin, par les ascensions à de grandes hauteurs. Quand on atteint des régions où l'air est notablement raréfié, les membres se gonflent et le sang tend à s'échapper de l'épiderme par suite du manque d'équilibre entre sa propre tension et celle de l'air extérieur.
On s'amuse parfois à constater la pression atmosphérique par une expérience fort simple ; on remplit exactement d'eau un verre, et on applique à la partie supérieure une feuille de papier; on peut alors le renverser sans que le liquide tombe, ce qu'il faut attri- baer à la pression normale que l'Atmosphère exerce sur la feuille
de papier. Le rôle de la feuille de papier est d'empêcher le mouve- ment individuel des molécules liquides, qui sans elle obéiraient sépa- rément à l'action de la pesanteur, en même temps que l'air s'introdui- rait dans le verre. Toutefois si l'ouverture était suffisamment petite, l'adhérence du liquide contre les parois produirait le même effet et la feuille deviendrait inutile. C'est ainsi, par exemple, que bien que l'on pratique une petite ouverture sous un tonneau plein, le liquide ne s'écoule pas, et il font, pour que l'écoulement ait lieu, o donner de l'air » à la partie supérieure par une seconde ouver- ture. Le petit tube appelé pipette, qui garde le vin tant que le doigt reste appliqué au-dessus, fonctionne par le même prin- cipe.
42 HAUTEUR ET POIDS DE L'ATMOSPHÈRE.
Nous venons de dire que là où Ton fait le vide la pression de Tair atmosphérique est d'environ l^^'^^OSS par centimètre carré. C'est cette pression qui retient le lépas au rocher^ lorsque par la contraction ce mollusque a fait le vide sous sa coquille. La mou- che pompant Tair et se collant au plafond nous en fournit un autre exemple. Les ventouses appliquées sur les membres n'agissent que par le même principe, et à chaque pas l'observation peut nous montrer un fait organique fondé sur les effets de la pression at- mosphérique.
Tels sont les faits généraux et les expériences qui ont démontré la réalité du poids de lair et sa valeur numérique, et donné nais- sance à l'instrument destiné à la mesure permanente de ce poids : au baromètre. 11 importe maintenant d'appliquer ces notions à l'étendue de l'Atmosphère, que déjà nous avons essayé d'apprécier dans le chapitre précédent.
Au fond de l'océan aérien, la pression soutient en moyenne la colonne barométrique à la hauteur de 760 millimètres, quelle que soit d'ailleurs le diamètre du tube.
Des expériences plusieurs fois répétées par les physiciens les plus habiles et dont on a vérifié la complète exactitude, ont montré que le poids de l'air h 0^ de température, et sous une pres- sion de 760 millimètres, est au poids d'un volume égal de mer- cure, dans le rapport de l'unité à 10 509; c'est à-dire que 10 509 millimètres cubes d'air, par exemple, pèsent autant que 1 milli- mètre cube de mercure. Il suit de là qu'il faut s'élever de 10 509 millimètres, ou de 10 mètres et demi, pour que le mercure s'a- baisse dans le tube du baromètre de 1 millimètre. Si la densité des couches d'air était partout la même, on pourrait facilement déduire du résultat précédent, non-seulement la hauteur d'un lieu quelconque dans lequel le baromètre aurait été observé, mais encore la hauteur totale de l'Atmosphère. Il est clair, en effet, que si un abaissement de 1 millimètre dans la hauteur du baro- mètre correspondait à un déplacement vertical de 10"*, 509, un abaissement de 760 millimètres, qui est la hauteur totale du baromètre, devrait correspondre à 10", 509 pris 760 fois, ou à 7986 mètres.
Telle serait la hauteur de l'Atmosphère si sa densité restait la même avec la hauteur; mais nous avons vu que ses couches in- férieures sont plus denses que les supérieures. Il résulte de là qu'il faudra parcourir en hauteur, pour faire baisser le mercure du baromètre de 1 millimètre, un espace qui dépassera d'autant plus
HAUTEUR ET POIDS DE L'ATMOSPHÈRE. 43
10", 509 qu'on se trouvera dans une couche d'air plus rare ou plus élevée au- dessus du niveau des mers et du sol.
Halley est le premier qui ait cherché à calculer une formule par laquelle les hauteurs seraient obtenues par les observations baro- métriques.
Nous avons vu dans le chapitre précédent que, depuis les étu- des de Mariette, on a reconnu que l'air se comprime proportion- nellement aux poids dont il est chargé ou aux pressions auxquel- les on le soumet. On déduit de là, par un calcul très-simple, que, si Ton s'élève verticalement dans l'Atmosphère, à des hauteurs successives qui croissent en progression arithmétique, la densité de couches d'air correspondantes diminuerait en progression géo- métrique. (Or, ces densités étant proportionnelles aux hauteurs du mercure dans le baromètre, il en résulte que la différence de niveau de deux stations sera proportionnelle à la différence des logarithmes des hauteurs du baromètre.)
Cette progression serait vraie si la température était partout la même, et le calcul des hauteurs ne serait guère plus com- pliqué qu'en admettant une densité constante; mais la tempé- rature de l'air diminue à mesure qu'on s'élève : la loi de la varia- tion des densités n'est donc pas aussi simple puisque les couches supérieures sont plus condensées par le froid que les couches in- férieures.
La variation de la température avec la hauteur est assez com- pliquée, comme nous le verrons plus loin : ce qui complique par là même la mesure barométrique dont nous nous occupons ici.
En même temps, les couches atmosphériques renferment tou- jours une certaine quantité de vapeur d'eau, dont le poids s'ajoute irrégulièrement à celui de l'air supposé sec.
De plus, le poids d'un corps quelconque, et par conséquent celui d'une couche d'air, est d'autant moindre que le corps est plus loin du centre de la Terre. La pesanteur des corps, variant en outre, avec la latitude terrestre, à cause de la force centrifuge qui naît du mouvement de rotation diurne, il est évident que pour qu'une même formule puisse être indistinctement employée pour le calcul des observations faites dans les différents points du globe, il est indispensable qu'elle renferme la latitude du lieu de l'observation, comme élément variable.
Laplace a présenté dans la Mécanique célesle les corrections auxquelles ces diverses causes donnent lieu dans la mesure
44 HAUTEUR ET POIDS DE L'ATMOSPHÈRE.
des hauteurs^ et a déduit ainsi de la seule théorie une formule dont Texactitude a été constatée par un grand nombre d'expé- riences.
On a cherché à abréger les calculs que nécessite la formule de Laplace; parmi les tables qu*on a publiées à cet efiTet^ celles que Ton trouve chaque année dans ï Annuaire du Bureau des longitudes sont les plus commodes.
Pour obtenir la hauteur d'une montagne^ deux personnes^ munies d'instruments comparés^ font au même instant, Tune au sommet ei l'autre au pied, lobservation de la hauteur du baromètre; elles ont soin d'observer en même temps les thermomètres qui sont enchâssés dans les montures de ces instruments, et ceux qui sont destinés à donner la température de l'air libre. Deux observations conjuguées suffisent à la rigueur, mais, lorsqu'on le peut, il est bon de multiplier les déterminations, parce qu'on augmente alors les chances de compensation des erreurs.
Un observateur isolé et muni de bons instruments peut aussi déterminer la différence de niveau de deux stations peu éloi- gnées, avec une exactitude suffisante s'il a l'attention d'obser- ver le thermomètre et le baromètre dans la station inférieure au moment du départ et à son retour. La comparaison de ces observations lui donne en efiTet la marche horaire des deux instru- ments, et dès lors il obtient par de simples parties proportion- nelles les valeurs des corrections qu'il faut appliquer aux observa- tions de la station la plus élevée, pour les rendre comparables à celles qu'on avait faites, à d'autres heures, dans le point le plus bas.
Lorsqu'on est parvenu, par une longue suite d'observations, à déterminer les hauteurs moyennes du baromètre et du thermo- mètre dans un lieu quelconque, on peut les employer à calculer l'élévation absolue de ce lieu, en prenant pour observations corres- pondantes les hauteurs moyennes du baromètre et du thermomètre au niveau de l'Océan.
Nous avons vu qu'au niveau de la mer et à 0 degré de tempéra- ture il faut s'élever de 1 0 mètres et demi pour voir le mercure s'abais- ser de 1 millimètre. Nous ne pouvons pas ajouter qu'en s'élevant à 21 mètres le mercure serait abaissé de 2 millimètres, et supposer qu'on observera une diminution barométrique de 1 millimètre par 10 mètres environ d'ascension. Au contraire, la diminution de la pesanteur atmosphérique ne tarde pas à devenir très-rapide.* On a fait aujourd'hui un nombre assez considérable d'observations ba-
HAUTEUR ET POIDS DE L'ATMOSPHÈRE. 45
rométriques à différentes hauteurs pour que nous puissions nous représenter exactement cette décroissance^ non plus théoriquement, mais par Tobservation directe.
En prenant une série d observations faites à des hauteurs bien différentes, nous formons la petite table suivante. Les hauteurs sont ramenées à la température de zéro.
Hauteur Altitude, du baromètre.
Au niveau de la mer 0 760
Hauteur moyenne à TObservatoire de Paris 65 756
Hauteur moj-enne à Strasbourg (Herreinschneider). \kk 751
Haut. moy. à TObservatoire de Toulouse (Petit). 198 746
Dijon, Cote-d'Or ;A. Perrey) 245 742
Obser>'atoire de Genève (Plantamour) 403 726
A Rodez, Aveyron (Blondeau) . . 630 709
Au sommet du Vésuve (Palmieri) 1 200 660
Guatemala Amérique (R. P. Canudas) 1480 641
A Guanaxuato (Humboldl) 2084 600
A rhospice du Grand Saint-Bernard 2478 563
Au sommet du Faulhorn (Bravais) 2674 555
Ville de Quito (Fouqué) 2908 534
Au sommet de TEtna (Élie de Beaumont) 3320 510
Dans plusieurs ascensions aéron. (Flammarion), 4000 475
Au sommet du Mont-Blanc (Gh. Martins) 4800 424
Sur le Ghimboraço (Humboldt et Bonpland) 6100 360
Au sommet de ribi-Gam'n, plus haute montagne
escaladée (Schlagintweit) 6704 340
Dans une ascension aéronautique (Gay-Lussac) . . . 7000 325
Dans une ascension aéronaut. (Bixio et Barrai).. . 7000 3î0
Dans plusieurs ascensions aéron. (Glaisher) 8000 274
Dans la plus grande ascension (Glaisher) 1 1000 165
Cette série satisfaisante d'observations barométriques, que nous pouvons établir grâce aux nombreuses ascensions faites soit en ballon, soit sur les montagnes, et aux études de plusieurs- ob- servateurs dans des points habités fort élevés au-dessus du ni- veau de la mer, nous permet aussi d'essayer de représenter par une courbe et par une teinte cette décroissance si rapide du poids de Tatmosphère. Dans cette figure (16), la ligne hori- zontale qui forme la base représente Tétat du baromètre au ni- veau de la mer (760"™). Chaque ligne horizontale reproduit la hauteur relative du baromètre suivant Télévation, représentée elle-même par la verticale. On voit par une verticale et par la teinte qu'à Î2500 mètres la pression est déjà diminuée d'un quart, qu'à 5500 elle Test de moitié, et qu'à 9500 elle l'est des trois quarts !
La hauteur du baromètre diminue donc rapidement à mesure
46 PRESSION ATMOSPHÉRIQUE GÉNÉRALE.
qu'on s'élève au-dessus du niveau de la mer. Mais elle a'est pas la même sur la surface entière du globe, au niveau de la mer. Elle est plus basse à l'équateur que sous les tropiques. De part et d'au- tre de l'équateur, où, corrigée de la pesanteur, elle est de 758 mil- limètres, elle s'élève jusqu'au 33* degré de latitude où elle atteint
766 millimètres. Puis elle décroît jusqu'au A3' degré (7G2™") vers lequel elle reste atationnaire jusqu'au -48'. Elle continue ensuite de décroître jusqu'au 64' degré, où elle est descendue à 753 milli- mètres. Enfio, de là elle remonte jusqu'aux dernières latitudes observées, au Spitzberg, 75' degré, où la hauteur du baromètre est
PRESSION ATMOSPHÉRIQUE GÉNÉRALE. 47
de 768 millimètres. Entre la pression au 33'' degré et celle au 64""^ il y a donc 12 millimètres de différence.
Je résume ces observations^ et j'en trace la courbe suivante (fig. 17) d après les mémoires de Humboldt^ sir John Herschel^ capitaine Beechey^ Poggendorf et Erman.
Ces variations dans la pression atmosphérique sont probable-
50 53 60 £3 7(» 71V «9
Fig. 17. — • Variation de la pression atmosphérique au niveau de la mer^ de Téquateur
au pôle.
ment dues aux alises et aux courants supérieurs^ qui soulèvent légèrement la masse entière de l'Atmosphère.
On conçoit facilement que la latitude puisse avoir une influence sur la pression de Tair^ puisque les conditions de température, de pesanteur et de mouvement rotatoire varient avec elle. On s'explique moins facilement celle de la longitude. Cependant elle existe. A latitude égale^ la pression moyenne de l'Atmosphère est
48 ■ PRESSION ATM03PHÊR IQUE GÉNÉRALE.
de S'^'^^S plus forte sur l'océan Atlantique que sur l'océan Pa- cifique.
La hauteur du baromètre change à chaque instant. Cependant en examinant les hauteurs moyennes_, on peut construire une carte des ligues isobares à la surface de notre planète. C'est le travail que
LAuiiaipfcérr
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Fi'-T, IH. — r.'frîe (!fs îii:iics i>(ili;iirs dr l;i FrniiLV.
lîerghaus donne pour h» glolx' eiiliiîr;, et que neutre savant collègue de la Sociélé lurtéorologiqiie, M. Reuou, a entrepris pruirla France.
On connaît à peu près, depuis longtemj)s, la distribution de la pression de rAlmosplière sur l'océan Atlantique et sur Tensemble des côtes.
La carte des lignes isobares en France a été construite d'après
POIDS DE L'ATMOSPHÈRE. 49
«
un certain nombre de séries faites avec de bons iastruments h des altitudes bien connues. Ces points y sont indiqués avec les hauteurs baromélriques réduites au niveau de la mer : pour faire cette ré- duction^ Fauteur s'est servi des températures telles qu*elles ré- sultent du tracé des isothermes .de la France. Il a tenu compte de toutes les corrections de variation de la pesanteur en latitude et altitude; comme partout il s*agit de plateaux^ la correction a été réduite au 5/8 de celle qui correspondrait à des hauteurs en baJ- Jon^ d'après les calculs de Poisson.
Ce travail est l'analogue de celui que A. de Humboldt a donné pour la distribution de la température à la surface du globe^ il y a cinquante ans.
Les lignes d'égale pression ou isobares sont d'abord assez régu- lièrement distribuées quand on va du N. au S.; elles se dirigent de O.S.O. à E. N. E. ; la ligne isobare de 7G1 millimètres passe par le midi de l'Angleterre et des Pays-Bas; celle de 702°*", 50 près de Tours et de Nancv; mais le centre de la France offre une ligne de pression maximum très-remai^uable; la ligne isobare de 768 mil- limètres traverse diagonalement la France, en passant près de Strasbourg^ Chaumont^ Dijon, Clerraont et Toulouse; de l'autre côté, vers le S. E., la pression diminue, et elle atteint un mini- mum non moins remarquable sur le golfe de Gênes, où la pres- sion se réduit à 701 """^SO environ.
La courbe de 762 millimètres est formée, et son tracé assez bien connu y à cause des points assez nombreux où l'on a fait de bonnes obser\'ations. L'isobare de 764 millimètres qui «passe tout près d'Oran et un peu plus loin d'Alger se prolonge nécessairement dans ro. à peu près parallèlement à la précédente.
Sur l'Atlantique on trouve un maximum de pression à 35° de latitude N. et un minimum de pression vers l'Islande, on ren- contre un minimum de pression à 5* au nord de l'équateur, un maximum de pression considérable à 16*^ de latitude S. vers Sainte-Hélène, puis le minimum principal du monde au S. du cap Horn; la pression n'y dépasse pas 745 millimètres.
Sur le continent asiatique, la distribution est absolumest diffé- rente, et la Sibérie offre un maximum de 768 millimètres ou envi- ron entre Nertchinsk et Bernaoul.
La principale difficulté, dans le calcul des altitudes, est la con- naissance du niveau moyen de la mer. L'équilibre n*estpas absolu à la surface des mers; leur niveau est influencé par plusieurs causes : la force centrifuge dans la zone équatoriale, les vents, la
4
50 POIDS DE L'ATMOSPHÈRE.
pression barométrique et la température; ajoutons la configuration (les cotes, qui <lonne à l'action des vents et à celle de la marée un ciïeî différent. Tout le monde sait que la mer monte plus vite qu'elle ne descend ; quand les golfes sont resserrés, cet effet est plus j)ron()ncé : le long des cotes, la mer doit être plus haute qu'à une CiU'taine distance.
Le niveau de la mer à Marseille est plus bas de 80 centimètres que le niveau moyen de TOcéan sur nos côtes. La Méditerranée doit être un plan incliné (|ui s'abaisse du détroit de Gibraltar jusqu'aux (•(Mes de Syrie. Le dernier nivellement effectué en Egypte, de la xMéditerranée à la mer Ronge, a montré que cette dernière est plus haute que la Méditerranée. Il est bien facile de voir que ces mers, recevant boaucouj) moins d'eau qu'elles n'en laissent évaporer, doivent tendre à s'abaisser, et qu'elles ne s'alimentent que par les détroits qui les réunissent à rOc(''an.
(le premier tableau général du poids de l'air et de sa pression sur la surface sphérique du ghdje doit s arrêter à cette es(juisse. (]'est en quelque sorte la statique. Nous arriverons bient(jt à la dynamique. L'Atmosphère est sans cesse en mouvement, par ses (l('q)lacements [)artiels, horizontaux, verticaux et obliques, à la surlace du globe. 11 en résulte que le poids de Tair sur un lieu donné, ou la hauteur du baroniètn^ vaiie sans cesse. La chaleur solaire donne naissance à des variations diurnrs et à des varia- tions mcnsuclh's régulières, dont l'intensité diffère suivant les lati- tudes. Le (lé[)lacemenl des grands courants donne naissance à des variations étendues sur une vaste échelle. Le changement de temps s'annonce par ces tluctuations liées à la pression générale.
Toutes ces \ariations dans la pression bai'ométrique seront pré- sentées et analysées dans notre septième Livre, qui couronnera cet ouvrage par l'exposé de l'état actuel des d('ductions de la science relatives au grand problème pratique de la [)révision du temps.
A propos du poids général de l'Atmosphère, nous ne pouvons cependant clore ce chapitre sans signaler ce poids numérique lui-même.
Sous ce titre : Combien pesc la masse entière de tout Vair qui est au monde y Pascal a écrit, au moment où il s'adonnait à ses célèbres expériences sur la pression atmosphérique, un petit travail aussi sinq)le (pie curieux, preniicVe ('^baïU'hede tout ce qui a été composé depuis sur ce sujet, et qui contient dès le principe la réponse absolue à la question que nous venons de souligner.
« Nous apprenons par ces (expériences, dit il, que l'air qui est sur
POIDS DE L'ATMOSPHÈRE. 51
m
le niveau de la mer pèse autant que Teau à la hauteur de 31 pieds 2 pouces; mais parce que Tair pèse moins sur les lieux plus éle- vés^ et qu'ainsi il ne pèse pas sur tous les points de ]a Terre éga- lement; on ne peut pas prendre un pied fixe qui marque combien tous les lieux du monde sont chargés; mais on peut en prendre un par conjecture^ bien approchant du juste : comme^ par exem- ple, on peut faire état que tous les lieux de la terre en général, considérés comme également chargés d*air, le fort portant le fai- ble, en sont autant pressés que s*ils portaient de Teau à la hauteur de 31 pieds; et il est certain qu'il n*y a pas un demi-pied d'eau d'erreur en celte supposition.
« Or, nous avons vu que l'air qui est au-dessus des montagnes hautes de 500 toises pèse autant queTeau à la hauteur de 26 pieds 1 1 pouces. Par conséquent, tout l'air qui s'étend depuis le niveau de la mer jusqu'au haut des montagnes hautes de 500 toises pèse à peu près la septième partie de la hauteur entière.
« Nous voyons aussi de là que, si toute la sphère de l'air était pressée et comprimée contre la terre par une force qui, ia poussant par le haut, la réduisit en bas à la moindre place qu'elle puisse occuper, et qu'elle la réduisît comme en eau, elle aurait alors la hauteur de 3 1 pieds seulement. On peut considérer toute la masse de l'air, de la même sorte que si elle eût été autrefois comme une masse d'eau de 31 pieds de haut, qui eût été raréfiée et di- latée extrêmement, et convertie en cet état où nous l'appelons air, auquel elle occupe, à la vérité, plus de place, mais auquel elle conserve précisément le même poids.
ft Et comme il n'y aurait rien de plus aisé que de supputer com- bien l'eau qui environnerait toute la terre à 31 pieds pèserait de livres, et qu'un enfant pourrait le faire, on trouverait, par le même moyen, combien tout l'air de la nature pèse, puisque c'est la même chose; et si on en fait l'épreuve, on trouvera qu'il pèse à peu près huit millions de millions de millions de livres.
« J'ai voulu avoir ce plaisir, et j'en ai fait le compte en cette sorte : En multipliant le diamètre de la terre par la circonférence de son grand cercle, on trouve qu'elle a en toute sa superficie spbérique 16495200 lieues carrées.
« C'est-à-dire, 103095000000000 toises carrées.
1» C'est-à-dire, 3711420000000000 pieds carrés.
« Et parce qu'un pied cube d'eau pèse 72 livres, il s'ensuit qu'un prisme d'eau d'un pied carré de base et de 31 pieds de haut pèse 2232 livres.
50 POIDS DE L'ATMOSPHÈRE.
pression baroiiuHrique et la lempératurc; ajoutons la configuration (les cotes, qui donne h Taetion (les vents et à celle de la marée iin elTeî tlifférent. Tout le monde sait que la mer monte plus vile qu'elle ne descend; quand l(*s golfes sont resserrés, cet effet est plus prononcé : le long des cotes, la mer doit (*tre plus haute qu'à ime ((îrtaine distance.
Le niveau de la mer à Marseille est plus l)as de 80 centimètres (|ue le niveau moyen de l'Océan sur nos côtes. La .Méditerranée doit (*tre un plan incliné (|ui s abaisse du détroit de Gibraltar jusfju'aux cotes de Svrie. 1-e dernier ni\ellement effectué en Egypte, de la Méditerranéen la mer Uoiigc, a montré que cette dernière est plui^ baule que la Méditerranée. II est bien facile de voir que ces mers, recevant beaucoup moins d'eau qjrelb's n'en laissent évaporer, doi\ent tendre à s'abaisser, et rpiellcs ne s'alimentent que j)ar les détroits (|ui les léunissent à l'Océan.
(le premier tabb^au général du poids de l'air et de sa pression sur la surface spliérique du globe doit s arrêter h cette esquisse. (Test en quelque sorte la stiiti([U(». Xous arriverons bient(H h la dynamique. L'Atmosphère est sans cesse en mouvement, par ses (b'j)lacements parti(»ls, horizontaux, V(»rticau\ et obliques, à la sïirface du globe. Il en résulte que le poids de l'air sur un lieu donné, ou la hauteur du baromètre, \aiie sans cesse. La chaleur solaire donne naissance à des varialions diurnoH et à des varia- lions mcnsucllrs régulières, dont l'intensité diffère suivant les lati- tudes. Le dé])lacement des grands courants donne naissance à (les variations étendues sur une vastes échelle. Le changement de temps s'annonce par ces fluctuations liées à la pression générale.
Toutes ces \ariations dans la pression barométrique seront pré- sentées et analysées dans notre septième Livre, (|ui couroimera cet ouvrage par Texposé d(» l'état actuel d(\s déductions de la science relatives au grand problème praticpie de la |)révision du temps.
A ])ropos du poids général(le rAtmos[)hère, nous ne pouvons cependant clore ce chapitre sans signaler ce poids numérique lui-même.
Sous ce titre : Combien phsr la massr enlihre de tout l'air qui est aufnonde^ Pascal a éitrit, au moment où il s'adonnait à ses célèbres ex[)ériences sur la [)ression atmosphérique, un petit travail aussi sinq)le ([lU) curieux, pi'eniière ébauche de tout ce cpii aété composé depuis sur ce sujet, et (pii contient dès le j)rincipe la réponse absolue à la qu(îstion que nous venons d(» souligner.
« Nous apprenons par ces expériences, dit il, que l'air qui est sur
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le niveau de la mer pèse autant que Teau à la hauteur de 31 pieds 2 pouces; mais parce que Tair pèse moins sur les lieux plus éle- vés^ et qu'ainsi il ne pèse pas sur tous les points de la Terre éga- lement^ on ne peut pas prendre un pied fixe qui marque combien tous les lieux du monde sont chargés; mais on peut en prendre un par conjecture^ bien approchant du juste : comme, par exem- ple, on peut faire état que tous les lieux de la terre en général, considérés comme également chargés d'air, le fort portant le fai- ble, en sont autant pressés que s'ils portaient de Teau à la hauteur de 31 pieds; et il est certain qu'il n'y a pas un demi-pied d'eau d*erreur en celte supposition.
a Or, nous avons vu que l'air qui est au-dessus des montagnes hautes de 500 toises pèse autant queTeau à la hauteur de 26 pieds 1 1 pouces. Par conséquent, tout l'air qui s'étend depuis le niveau de la mer jusqu'au haut des montagnes hautes de 500 toises pèse à peu près la septième partie de la hauteur entière.
« Nous voyons aussi de là que , si toute la sphère de l'air était pressée et comprimée contre la terre par une force qui, ia poussant par le haut, la réduisit en bas à la moindre place qu'elle puisse occuper, et qu elle la réduisit comme en eau, elle aurait alors la hauteur de 31 pieds seulement. On peut considérer toute la masse de l'air, de la même sorte que si elle eût été autrefois comme une masse d'eau de 31 pieds de haut, qui eût été raréfiée et di- latée extrêmement, et convertie en cet état où nous l'appelons air, auquel elle occupe, à la vérité, plus de place, mais auquel elle conserve précisément le même poids.
« Et comme il n'y aurait rien de plus aisé que de supputer com- bien l'eau qui environnerait toute la terre à 31 pieds pèserait de livres, et qu'un en&nt pourrait le faire, on trouverait, par le même moyen, combien tout l'air de la nature pèse, puisque c'est la même chose; et si on en fait l'épreuve, on trouvera qu'il pèse à peu près huit millions de millions de millions de livres.
« J'ai voulu avoir ce plaisir, et j'en ai fait le compte en cette sorte : En multipliant le diamètre de la terre par la circonférence de son grand cercle, on trouve qu'elle a en toute sa superficie sphérique 16495200 lieues carrées.
u C'est-à-dire, 103095000000000 toises carrées.
• Cest-à-dire, 3711420000000000 pieds carrés.
« Et parce qu'un pied cube d'eau pèse 72 livres, il s'ensuit qu'un prisme d*eau d'un pied carré de base et de 31 pieds de haut pèse 2232 livres.
l. PmIDS r»E r/ ATMOSPHÈRE.
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Te [►p'-uiier taMeau i:énéral du p'»i'ls d»^ 1 air et de sa pression >ur la >urfaee sjdrérique du i:l'd,e d«'if s arrès-r à cette esipiisse. (re>t en quelque Sorte ]a >taMque. Vous arriverons bient«'»t à la dxuaiuiqu'*. l/Atmo>pliere v>\ sans res>e en mouvement, jïar ses déj)laccrnerits partiels, horizontaux, vertieauv et obliques, à la >urrae«' du tilohe. Il en ré>idtM que le jHiids de l'air sur un lieu donné, u\\ la h;iut»Mu* du baromètre, \arie sans cesse. La chaleur .-olai'-e «lonrie uai^^ine» ji (b*s r/irifitions (linrnfs et à des varia- /ions ntf'ftsif^'lh's régulières, dont liîilensité tliffere suivant les iati- tuder,. Le déplaerruenl ries irrand.^ enuran's donne naissance à des \ariations éterirlue> >ui" une vaste érhelle. Le chanirement de temps s annoner» par ees tluetuatious liées à la pression iiénérale.
Toutes ees \arialious dans la pi-ession barométrique seront pré- >eutér> et anaivsées dans notn* stqjtième Livre, qui couronnera cet ouvra;L:e [)ar rc\|)Osé de létal aeturd des déductions de la science relatives au frrand problème pratique de la prévision du temps.
A i)ropos du poids ^^énéral ile rAtmosphère, nous ne pouvons cep(»ndant clore ce chapitre sans siirnaler ce poids numérique lui-même.
Sous ce titre : (jniihien p>sp la masse rntirre de tout l'air qui est fiumomlf'^ Pascal a écrit, au moment (ùi il s'adonnait à ses célèbres e\[)^'riener's sur la pression atmosphérirpie, un petit travail aussi simple rpu! curieux, premiènMd)au(die de tout ce qui a été composé <lcpuis >ur ce sujet, et qui couti(»nt dès le principe la réponse absolue à la question qu(» nous venf»ns de souliijrner.
« Nous ap[>n!nonH par ces expériences, dit il, que Tair qui est sur
POIDS DE L'ATMOSPHÈRE. 51
le niveau de la mer pèse autant que Teau à la hauteur de 31 pieds 2 pouces; mais parce que Tair pèse moins sur les lieux plus éle- vés, et qu'ainsi il ne pèse pas sur tous les points de la Terre éga- lement, on ne peut pas prendre un pied fixe qui marque combien tous les lieux du monde sont chargés; mais on peut en prendre un par conjecture, bien approchant du juste : comme, par exem- ple, on peut faire état que tous les lieux de la terre en général, considérés comme également chargés d*air, le fort portant le fai- ble, en sont autant pressés que s*ils portaient de Teau à la hauteur de 31 pieds; et il est certain qu'il n*y a pas un demi-pied d'eau d'erreur en celte supposition.
« Or, nous avons vu que l'air qui est au-dessus des montagnes hautes de 500 toises pèse autant que Teau à la hauteur de 26 pieds 1 1 pouces. Par conséquent, tout l'air qui s'étend depuis le niveau de la mer jusqu'au haut des montagnes hautes de 500 toises pèse à peu près la septième partie de la hauteur entière.
(c Nous voyons aussi de là que, si toute la sphère de l'air était pressée et comprimée contre la terre par une force qui, 4a poussant par le haut, la réduisit en bas à la moindre place qu'elle puisse occuper, et qu'elle la réduisit comme en eau, elle aurait alors la hauteur de 31 pieds seulement. On peut considérer toute la masse de l'air, de la même sorte que si elle eût été autrefois comme une masse d'eau de 31 pieds de haut, qui eût été raréfiée et di- latée extrêmement, et convertie en cet état où nous l'appelons air, auquel elle occupe, à la vérité, plus de place, mais auquel elle conserve précisément le même poids.
« Et comme il n'y aurait rien de plus aisé que de supputer com- bien l'eau qui environnerait toute la terre à 31 pieds pèserait de livres, et qu'un enfant pourrait le faire, on trouverait, par le même moyen, combien tout l'air de la nature pèse, puisque c'est la même chose; et si on en fait l'épreuve, on trouvera qu'il pèse à peu près huit millions de millions de millions de livres.
« J'ai voulu avoir ce plaisir, et j'en ai fait le compte en cette sorte : En multipliant le diamètre de la terre par la circonférence de son grand cercle, on trouve qu'elle a en toute sa superficie spbérique 16495200 lieues carrées.
w C'est-à-dire, 103095000000000 toises carrées.
« C'est-à-dire, 3711420000000000 pieds carrés.
ce Et parce qu'un pied cube d'eau pèse 72 livres, il s'ensuit qu'un prisme d'eau d'un pied carré de base et de 31 pieds de haut pèse 2232 livres.
50 POIDS DE L'ATMOSPHÈRE.
pression barométrique et la température; ajoutons la configuration des côtes, qui donne It Taetion des vents et à celle de la marée un eflet différent. Tout le monde sait que la mer monte plus vite qu'elle ne descend; quand les golfes sont resserrés^ cet effet est plus prononcé : le long des côtcS| la mer doit être plus haute qu'à une certaine distance.
Le niveau de la mer à Marseille est plus bas de 80 centimètres que le niveau moyen de TOcéan sur nos côtes. La Méditerranée doit être un plan incliné qui s abaisse du détroit de Gibraltar jusqu'aux côtes de Syrie. Le dernier nivellement effectué en Egypte, de la Méditerranée à la mer Rouge, a montré que cette dernière est plus haute que la Méditerranée. Il est bien facile de voir que ces mers, recevant beaucoup moins d'eau qu'elles n'en laissent évaporer, doivent tendre à s'abaisser, et qu'elles ne s'alimentent que par les détroits qui les réunissent à l'Océan.
Ce premier tableau général du poids de l'air et de sa pression sur la surface sphérique du globe doit sarréter à cette esquisse, (^'est en quelque sorte la statique. Nous arriverons bientôt à la dynamique. L'Atmosphère est sans cesse en mouvement, par ses déplacements partiels, horizontaux, verticaux et obliques^ à la surface du globe. II en résulte que le poids de l'air sur un lieu donné, ou la hauteur du baromètre, varie sans cesse. La chaleur solaire donne naissance à des variations diurms et à des varia- tions mensuelles régulières, dont l'intensité diffère suivant les lati- tudes. Le déplacement des grands courants donne naissance à des variations étendues sur une vaste échelle. Le changement de temps s'annonce par ces fluctuations liées à la pression générale.
Toutes ces variations dans la pression barométrique seront pré- sentées et analysées dans notre septième Livre, qui couronnera cet ouvrage par l'exposé de l'état actuel des déductions de la science relatives au grand problème pratique de la prévision du temps.
A propos du poids général de l'Atmosphère, nous ne pouvons cependant clore ce chapitre sans signaler ce poids numérique lui-même.
Sous ce titre : Combien pèse la masse entière de tout t*air qui est au tnonde, Pascal a écrit, au moment où il s'adonnait à ses célèbres expériences sur la pression atmosphérique, un petit travail aussi simple (jue curieux, première ébauche de tout ce qui a été composé depuis sur ce sujet, et qui contient dès le principe la réponse absolue à la question que nous venons de souligner.
« Nous apprenons par ces expériences^ dit -il, que l'air qui est sur
POIDS DE L'ATMOSPHÈRE, 51
le niveau de la mer pèse autant que Teau à la hauteur de 31 pieds 2 pouces; mais parce que Tair pèse moins sur les lieux plus éle- véSy et qu'ainsi il ne pèse pas sur tous les points de la Terre éga- lement^ on ne peut pas prendre un pied fixe qui marque combien tous les lieux du monde sont chargés; mais on peut en prendre un par conjecture^ bien approchant du juste : comme^ par exem- ple^ on peut faire état que tous les lieux de la terre en général^ considérés comme également chargés d*air^ le fort portant le fai- ble^ en sont autant pressés que s*ils portaient de Feau à la hauteur de 31 pieds; et il est certain qu'il n*y a pas un demi-pied d'eau d'erreur en celte supposition.
« Or^ nous avons vu que Tair qui est au-dessus des montagnes hautes de 500 toises pèse autant queTeau à la hauteur de 26 pieds 1 1 pouces. Par conséquent^ tout l'air qui s'étend depuis le niveau de la mer jusqu'au haut des montagnes hautes de 500 toises pèse à peu près la septième partie de la hauteur entière.
u Nous voyons aussi de là que^ si toute la sphère de l'air était pressée et comprimée contre la terre par une force qui^ ia poussant par le haut^ la réduisit en bas à la moindre place qu'elle puisse occuper^ et qu'elle la réduisît comme en eau^ elle aurait alors la hauteur de 31 pieds seulement. On peut considérer toute la masse de l'air^ de la même sorte que si elle eût été autrefois comme une masse d'eau de 31 pieds de haut^ qui eût été raréfiée et di- latée extrêmement, et convertie en cet état où nous l'appelons air, auquel elle occupe, à la vérité, plus de place, mais auquel elle conserve précisément le même poids.
« Et comme il n'y aurait rien de plus aisé que de supputer com- bien l'eau qui environnerait toute la terre à 31 pieds pèserait de livres, et qu'un enfant pourrait le faire, on trouverait, par le même moyen, combien tout l'air de la nature pèse, puisque c'est la même chose; et si on en fait l'épreuve, on trouvera qu'il pèse à peu près huit millions de millions de millions de livres.
« J'ai voulu avoir ce plaisir, et j'en ai fait le compte en cette sorte : En multipliant le diamètre de la terre par la circonférence de son grand cercle, on trouve qu'elle a en toute sa superficie sphérique 16495200 lieues carrées.
w C'est-à-dire, 103095000000000 toises carrées.
« C'est-à-dire, 3711420000000000 pieds carrés.
« Et parce qu'un pied cube d'eau pèse 72 livres, il s'ensuit qu'un prisme d'eau d'un pied carré de base et de 31 pieds de haut pèse 2232 livres.
62 POIDS DE L'ATMOSPHÈRE.
« Donc^ ôi la Terre était couverte d'eau jusqu'à la hauteur de 31 pieds, il y aurait autant de prismes d'eau de 31 pieds de haut qu'elle a de pieds carrés en toute sa surface.
« Et partant elle porterait autant de 2232 livres d'eau qu'elle a de pieds carrés en toute sa surface.
aDonc cette massed'eau entière pèserait 8 283 889 440 000 000 000 livres. Et tout l'air qui est au monde pèse ce même poids, c'est- à-dire huit millions de millions de millions, deux cent quatre- vingt-trois mille huit cent quatre-vingt-neuf millions de mil- lions, quatre cent quarante mille millions de livres. »
Ce curieux calcul de Pascal n'est pas essentiellement modifié par les mesures contemporaines. Nous pouvons arriver à la même détermination par un autre procédé.
La pression atmosphérique est de 1 kilog. 33 grammes par centi- mètre carré, ou de 1 03 kilog. par décimètre carré, ou de 1 0330kilog. par mètre carré.
Une surface de 10 mètres carrés, supportant un poids d'air cent fois plus grand que le précédent, représente I 033 000 kilog. Une surface de 100 mètres carrés supporte 103300000; et une surface de 1000 mètres carrés 10330000000: dix milliards 330 millions de kilog. d'air.
Or la surface totale de la terre est d'environ 510 millions de kilomètres carrés. En multipliant le nombi*e précédent par 510 millions, on obtient le poids colossal de 5 quintillions 2G8 qua- trillions de kilogrammes. A cause des platt^aux qui s'élèvent sen- siblement au-dessus du niveau de la mer, nous devons admettre 5 quintillions (Pascal n'avait trouvé que 4 quintillions). C'est le poids réel de toute l'atmosphère terrestre.
Le poids de la Terre étant de 5875000 quintillions de kilog. on voit que le poids de l'Atmosphère est à peu près la millionième partie du pojds de la planète, ou, plus exactement, la onze cent millième partie.
Si toute cette masse d'air se trouvait agglomérée en une seule boule, elle pèserait autant qu'une boule de cuivre massive de près de 100 kilomètres de diamètre, ou de 75 lieues de tour!
On voit que le poids de l'air est loin d'être insignifiant, et nous concevrons facilement plus tard les terribles ravages du vent et des ourag.ins dont nous aurons à nous entretenir.
CHAPITRE V.
COMPOSITION CHIMIQUE DE KAIR.
C'est au grand chimiste français Lavoisier que la science est redevable de la découverte de la composition chimique de lair.
Remontons directement aux recherches de ce laborieux obser- vateur, et écoutons de sa propre bouche le résumé de ses curieuses études.
Notre atmosphère, remarque-t-il, doit être formée de la réunion de toutes les substances susceptibles de demeurer dans Tétat aéri- forme au degré habituel de température et de pression que nous éprouvons. Ces fluides forment une masse de nature à peu près ho- mogène, depuis la surface de la Terre jusqu'à la plus grande hauteur à laquelle on soit encore parvenu, et dont la densité décroît en raison inverse des poids dont elle est chargée ; mais il est possible que cette première couche soit recouverte d'une ou de plusieurs autres, de fluides très-différents.
Quel est le nombre et quelle est la nature des fluides élasti* ques qui composent cette couche inférieure que nous habitons?
Après avoir établi que la chimie présente deux méthodes essen- tielles pour l'étude des corps, savoir l'analyse et la synthèse, Lavoisier décrit comme il suit sa fameuse expérience de la pre- mière analyse de l'air :
J'ai pris un matras (fig. ]9| de 36 pouces cubiques environ de capacité, dont le col était très-long et avait 6 k 7 lignes de grosseur intérieurement. Je l'ai courbé, comme on le voit représenté (fig. 20), de manière qu'il pût ôtre placé dans un fourneau M, tandis que l'extrémité e de son col irait s'engager sous la cloche 0, placée dans le bain de mercure. J'ai introduit dans ce matras k onces de mer- cire très-pur, puis, en suçant avec un siphon que j'ai introduit sous la cloche G,
54
COMPOSITION CHIMIQUE DE L'AIR.
j'ai élevé le mercure jusqu'en L; j'ai marqué soigneusement cette hauteur avec une bande de papier collé, et j'ai observé exaclenient le baromètre et le thermo- mëU-e.
Les choses ainsi préparées, j'ai allumé du feu dans le fourneau, et je l'ai entre- tenu presque continuellement pendant douze jours, de manière que le mercure fût échauffé jusqu'au degré nécessaire pour le faire bouillir.
[| ne s'est rien passé de remarquable pendant tout le premier jour : le mercure, quoique non bouillant, était dans un état d'évaporation continuelle, il tapissait l'intérieur des vaisseaux de goiitteletles, d'abord très-fines, qui allaient ensuite en augmentant, et qui, lorsqu'elles avaient acquis un certain volume, retombaient d'elles-mêmes au fond du vase et se réunissaient au reste du mercure. Le second jour, j'ai commencé à voir nager à la surface du mercure de petites parcelles rou- ges, qui pendant quatre ou cinq jours ont augmenté en nombre et en volume, après quoi elles ont cessé de grossir et sont restées absolument dans lemèmettat. Au bout de douze jours, voyant que la calcinalion du mercure ne faisait plus aucun progrès, j'ai éteint le fi'u et j'ai laissé refroidir les vaisseaux. Le volume de l'air
Fig. 30. — L'appareil.
contenu tant dans le raatras que dans son col et sous ta partie vide de la cloche était, avant l'opération, do 50 pouces cubiques environ. Lorsque l'évaporation a été finie, ce même volume, à pression et à température égales, ne s'est plus trouvé que de ki à 43 pouces: il y avtût eu, par couséquent, une diminution de volume d'un sixième environ. D'un aulre c.té, ayant rassemblé soigneusement les parcelles rouges qui s'étaient formées, et les ayant séparées, autant qu'il était possible, du mercure coulant dont elles étaient baignées, leur poids s'est trouvé de 45 grains.
L'air qui restait après cette opération, et qui avait élè réduit aux cinq sixièmes de son volume par la calcination du mercure, n'était plus propre à la respiration ni à la combustion ; car les animaux qu'on y introduisaity périssaient en peu d'in- stant, et les lumières s'y éteignaient sur-le-champ, comme s'y on les eût plongées dans l'eau.
D'un aulre cùli5, j'ai pris les 45 grains de matière rouge qui s'était fonnée [wn- dant l'opération, je les ai introduits dans une très-pelite cornue de verre à laquelle était adaplé un appareil propre à recevoir les produits liquides et aériformea qui pourraient se sèiiarer ; ayant allumé du feu dans le fourneau, j'ai observé qu'à me- sure que la matière roug^ était échauffée, sa couleur augmentait d'intensité. Lorsque ensuite la cornue a approché de l'incandescence, la matière rouge a corn- mencé à perdre peu à peu de son volume, et en quelques minutes elle a entièrement disparu ; en même temps, il s'est condensé dans le petit récipient 41 grsips 1/3 de meicure coulant, et il a passé sous la cloche 7 à 8 pouces cubiques d'un fluide élas-
Kg. 11. — Ltvoisier analysant l'air atmuipliérique.
EXPÉRIENCES DE LAVOISIER. 57
tique beaucoup plus propre que Pair de Tatmosplière h entretenir la combustion et U respiration des animaux.
Ayant fait passer une portion de cet air dans un tube de verre d'un pouce de Jiamètre, et y ayant plongô une bougie, elle y répandait un éclat éblouissant ; le charbon, au lieu de s'y consumer paisiblement comme dans Tair ordinaire, y brû- lait avec flamme et crépitation, à la manière du phosphore, et avec une vivacité de lumière que les yeux avaient peine à supporter. Cet air que nous avons découvert prosque en même temps, M. Prieslley, M. Schéele et moi, a été nommé, par le premier, air déphlogistiqué ; par le second, air empyrial. Je lui avais d'abord donné le nom d'atr éminemment respirable; depuis on y a substitué celui d'at'r vitaL
En réfléchissant sur les circonstances de cette expérience, on voit que le mer- rurp, en se calcinant, absorbe la partie salubre et respirable de Tair, ou, pour parler d'une manière plus rigoureuse, la base de celte partie respirable ; que la ^lortion d'air qui reste est une espèce de mofette incapable d'entretenir la com- bustion et la respiration ; l'air de l'atmosphère est donc composa de deux fluides éJa<;tiques de nature diflFérente et pour ainsi dire opposée.
Une preuve de cette importante vérité, c'est qu'en recombinant les deux fluides élastiques qu'ion a ainsi obtenus séparément, c'est-à-dire les («2 pouces cubiques de mofette ou air non respirable et les kS pouces cubiques d'air respirable, on rp-forme de l'air en tout semblable à celui de l'atmosphère, et qui est propre, à peu près au même degré, à la combustion, à la calcination des métaux et à la res- piration des animaux....
Arrivant plus loin aux dénominations à donner aux substances découvertes, Lavoisier ajoute :
La température de la planète que nous habitons se trouvant très-voisine du de$rn'* où l'eau passe de l'état liquide à l'état solide, el réciproquement, et ce phé- nomène s'opérant fréquemment sous nos yeux, il n'est pas étonnant que, dans toutes les langues, au moins dans les climats où l'on éprouve une sorte d'hiver, on ait donné un nom à l'eau devenue solide par l'absence du calorique.
Nous n'avons pas jugé qu'il nous fiU permis de changer deî> noms reçus et con- sacrés dans la société par un antique usage. Nous avons donc atUiché aux mots d'eott et de giace leur signiflcation vulgaire ; nous avons de môme exprimé par le mot d'air la collection des fluides élastiques qui composent notre atmosphère.
C'est principalement du grec que nous avons tiré les mots nouveaux, et nous avons fait en sorte que leur étyniologie rappelât l'idée des choses que nous nous proposions d'indiquer; nous nous sommes surtout attaché k n'admettre que des mots courts et, autant qu'il était possible, qui fussent susceptibles de former des idjectifs et des verbes.
D'après ces princifies, nous avons conservé le nom de gaz, employé par Van- Helinont, et nous avons rangé sous cette dénomination la classe nombreuse des fluides élastiques aériformcs.
L'air «le l'atmosphère est principalement composé de deux fluides aériformes ou paz: Pun respirable, susceptible d'entretenir la vie des animaux, dans lequel les métaux se calcinent et les corps combustibles peuvent brûler ; l'autre, qui a des propriétés absolument opposées, que les animaux ne peuvent res]»irer, qui ne peut ^nlr*»t4»nir la combustion, etc. Nous avons donné à la base de la portion respirable dp Tair le nom tToxygéne, en le dérivant des deux mots grecs ^ç, acide, yê(vo|jwk, fengendre^ parce qu'en effet une d(»s propriétés les plus générales de cette base est àe former des acides en se combinant avec la plupart des substances. Nous appel- lerons donc Oxygène la réunion de cette bcise avec le calorique. Sa pesanteur dans «et étal est assez exactement d'un demi-grain poids de marc par pouce cube, ou d*une once et demie par pied cube, le tout à 10 degrés de température et à 28 ouces <lu baromètre.
COMPOSITION CHIMIQUE DE I/Aflt.
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rlii' non nspir;iMc <iy Tiiir dv l'iitiims^plièi Moii- nous ',nriini.-< ronlvul.' .1,- iK-.hnrc ■ 1.^1/ lii' [irivcr i|i' la ïii' li-s aninijinx qui
I .1.'
I,a iiaUm' di' i'air l'tuil donr ('•taljlic iietlciiii^iit pat- ci;s expô- lieiici'S, ijuî soni ilo l'annéi' I (77. Sa véiitaMe uoiiipo^ilion, tou- tefois, ne l'dt (.■oniiiii' cuinpUHi'itH'iil (pip ilans nolie sièilc.
L;i |)iviiii(-re analyse cvaete de l'air reinonte à ciiupiante ans à
peine, et ell*! csi dm- à (j.i\-Lnsri;i(r et lliiiiiliuldl, qui IrM-eiitèreiit par riivdroiit'iie au niovi'ii df Vfiidioiiictrc.
Lot-sipi'iiiiM|)i're la i(ini!iU!>lion d'un luélannede MiUnnes é^auv d'air et d'Iiydruiii-no [nir, dans l'end ioniètre à niei'ciU'e, tout 1 oxy- îi;ène disparait sons forme d"ean «pii se eoiidense en rusée, dont le vidunni est iiéi;lif:;e;ilile, el il reste un iiH'laniie formé d'azote et de l'excès dlijdroiiène employé ; or rii\di'o^ène fuit disj^raïtre, à l'étal ircaii, un yolunie d'oxyj;ène éifal à la moitié du sien. Il suit de là ipie le yohime de l'oxygèni^ eontejiu dans l'air riie-suré est éf-al au tiers du volume disparu. Si la mesure de Tuir, de l'Iiy- (iri)jjèiie, puis des gaz a]irès l'explosion, est ('aile à la même pres- sion et il la même température; si, de plus, les yaz étaient saturés
1. OEuvri'ft Je Laro:
: KM\
■ I.
DIVERSES ANALYSES DE L"AIR. 59
d'humidité avant l'explosion, les déterminations faites ne com- porteront aucune correction. Tel est le principe «Je la méthode,
Gay-Lussac «t Uumholdt trouvèrent en volume 21 pour 100 d'oxygène et 79 d'azote. Cette analyse a été reprise depuis par presque tous les chimistes, dans lehut d'étudier les modifications <]ue la vie des animaux et des végétaux peut apporter dans la composition de l'air, et de mieux connaître toutes les substances qui e'y trouvent mêlées.
l'Qe autre méthode a été imaginée par MM. Dumas et Boussin- gault. Elle permet de peser les quantités relatives d'oxygène et d'azote que contient l'air atmosphérique, ce qui donne des résul-
Fig. 23. — Appareil pour l'analyse
lats beaucoup plus exacts que la mesure des volumes, toujours très-petits, des gaz employés dans les autres méthodes. L'appareil dont on fait usage se compose : 1° d'un tube allant puiser l'air bore de la chambre où l'on opère; 2° d'un appareil à houles L de Liebig, contenant une dissolution concentrée de potasse caustique ; 3* d'un tube f, ayant la forme de plusieurs U et rempli de fragments de potasse caustique; 4° d'un second appareil à boules 0, contenant de l'acide sulfurique concentré; 5° d'un second tube l de même forme que le précédent, rempli de pierre ponce imbibée d'acide sul- furique concentré; G* d'un tube droit T, en verre réfractaire; ce lobe est rempli de tournure de cuivre et est déposé sur un four- neau long en tôle, de manière à pouvoir être chaufie dans toute ta longueur; il porte en outre à ses extrémités deux robinets r et f", qui permettent d'y faire le vide; T d'un ballon de verre B, de
6) COMPOSITION CHIMIQUE DE L'AIR.
10 à 15 litres de capacité, et dont le col est muni d'un robinet R. Cela posé, on fait le vide aussi complètement que possible dans le tube T ; on ferme les deux robinets r et r', puis on pèse ce tube ainsi vide d'air. On fait ensuite le vide dans le ballon B, que Ton pèse également.
On ajoute alors l'appareil dans Tordre où nous l'avons décrit, et l'on chauffe au rouge le tube T. Puis on ouvre successivement les robinets Vyi^ du tube etlerobinetR du ballon. L'air, entrant par le tube aspirateur de droite, traverse d'abord l'appareil à boules L et le tube /*, où il se dépouille de son acide carbonique; puis il passe dans le second appareil à boules 0 et dans le tube /, où il aban- donne à l'acide sulfurique la totalité de sa vapeur d'eau. Ainsi débarrassé de son acide carbonique et de sa vapeur d'eau, l'air arrive dans le tube T, qui contient le cuivre chauffé au rouge; il abandonne alors son oxygène au métal, et.se précipite dans le ballon vide à l'état d'azote pur.
L'augmentation de poids que le tube a subie donne évidemment le poids de l'oxygène qui s'est fixé sur le cuivre; la différence entre le poids du ballon vide et le poids du ballon plein d'azote représente évidemment aussi Je poids de ce gaz. C'est au moyen de cette analyse, faite avec toutes les précautions convenables^ que MM. Dumas et Boussingault ont constaté que 1 00 parties d'air contiennent :
Oxypc'ne. 23 en poids: 20,8 en volume. Azolo, 77 — 79,2 —
La différence que l'on remarque entre le rapport des volumes et le rapport des poids tient à ce qu'à poids égal l'oxygène pèse un peu plus que l'azote.
Ainsi, voilà les deux éléments fondamentaux de la constitution chimi(iue de l'air. Mais il y a encore dans l'air d'autres éléments, en quantité beaucoup plus petite : tels sont d'abord l'acide carbo- nique, et la vapeur d'eau.
Leur quantité se détermine par l'appareil de M. Boussingault (fig. 2\). Un vase en tôle est rempli d'eau, et se vide par le robi- net situé à sa partie inférieure. L'eau qui s'écoule est remplacée à mesure par de l'air provenant du dehors, mais qui ne peut arriver au réservoir qu'après avoir traversé six tubes recourbés. Les deux premiers tubes à traverser sont remplis de pierre ponce imbibée d'acide sulfurique, et l'air en les traversant y laisse son humidité. Les deux tubes du milieu sont remplis d'une dissolution concentrée
L'OXYGÈNE. — L'AZOTE. 61
de potasse, qui prend à soo tour l'acide carbonique. Des deux derniers tubes, contenant de la pierre ponce imbibée d'acide sul- furique, !'a\ant-dernier est destiné à retirer l'bumidité prise à la potasse par l'air, et le dernier à empêcber l'bumidilc de rebrousser chemin de l'aspirateur dans les tubes. En pesant avant, puis après l'eiLpénence, tes séries de tubes analysateurs, on olitient le poids de Veau et le ])oids de Vacide carbonique contenus dans un volume d'air é^i au volume du réservoir.
L'atmosphère contient environ 4 dix-millièmes de son volume d'acide carbonique.
On peut encore faire l'analyse de l'air, et séparer l'oxygène de l'azote par un procédé très-simple.
bans un tube gradué contenant un certain volume d'air, mesuré Kur l'eau ou sur le mercure, on introduit un long bâton de phos- phore. Au bout de G ou i heures, généralement, l'oxygène est aWorl*é, et l'on peut retirer le bâton de phosphore et mesurer le gaz qui resle, c'est-à-dire l'azote. — L'absorption est jugée cora- pléle (l'appareil étant porté dans l'obscurité) lorsqu'on ne voit |Jus de lueui-s à la surface du bâton de phosphore.
On peut déterminer l'absorption rapide de l'oxygène par le phosphore en chaufTant le gaz dans une cloche courbe dans laquelle DD a introduit un fragment de phosphore; onchaufTc le phosphore avec une lampe à alcool; il a'ullunie, on volatilise une partie du
62 . COMPOSITION CHIMIQUE DE L'AIR.
phosphore^ et lorsque la flamme a parcouru toute la partie occu- pée par le gaz^ Texpérience est terminée. On laisse refroidir^ on transvase dans un tube gradué et on mesure le volume de Tazote; par diiTérence avec le volume primitif on a Toxygène.
L'oxygène et Tazote sont deux gaz permanents^ c'est-à-dire que l'on n'a pu jusqu'à ce jour, ni par le froid ni par la compression, leur faire perdre leur forme gazeuse. Le premier, l'oxygène, est l'agent ordinaire des combustions, qu'elles aient lieu dans nos foyers ou dans l'intimité de nos organes, l^e second, au contraire, est le modérateur du premier.
Lacide carbonique, qui existe en quantités variables suivant les temps et les lieux, mais toujours très-faibles, a pu être liquéfié sous une forte pression aidée d'un froid très-vif; il a pu même être solidifié. Il présente alors l'aspect d'une neige légère et très- compressible, dont le contact avec la peau produit Teffet d'une brûlure : l'épiderme est désorganisé par ce froid excessif comme par la chaleur. Aux doses minimes où il se trouve généralement dans l'air, l'acide carbonique est sans inconvénient; à des doses plus fortes, il nuit à la respiration et finit par produire l'asphyxie.
Les émanations, les sources abondantes de gaz acide carbonique se rencontrent fréquemment dans les contrées volcaniques.
Lorsque 31. Boussingault explora les cratères de Téquateur, on lui signala une localité où les animaux ne pouvaient rester impu- nément: c'est le Tunguravilla, situé à peu de distance du volcan de Tunguragua, et que le chimiste visita en décembre 1831. « Nos chevaux, dit-il dans sa relation, nous indiquèrent bienUU que nous appi*ochions ; ils n'obéissaient plus à l'éperon, levaient la tête par saccades et de la manière la plus déplaisante pour le cavalier. La terre était jonchée d'oiseaux morts, parmi lesquels se trouvait un magnifique coq de bruyère que nos guides s'empres- sèrent de ramasser. Il y avait aussi dans les asphyxiés plusieurs reptiles et une multitude de papillons. La chasse fut bonne, le gibier ne parut pas trop faisandé. Un vieil Indien Quichua, qui nous accompagnait, assurait que lorsqu'on voulait dormir long- temps et paisiblement, il fallait faire son lit sur le Tunguravilla. » Cette émanation délétère se manifeste par la stérilité dont le sol est frappé sur une étendue de quelques centaines de mètres carrés; elle était surtout très-intense sur un point où l'on voyait plusieurs grands arbres renversés, desséchés et presque enfouis dans la terre végétale, ce qui implique que ces arbres avaient vécu là où ils sont tombés depuis l'éruption du gaz acide carbonique. Ce gaz, comme
L'OXYGÈNE. — L"AZOTE. — L'ACIDE CARBONIQUE. 63
celui que l'on rencontre semblablement en diverses régions du globe, estde l'acide carbonique plus ou moins mélangé d'air, selon la distance à laquelle il est pris au-dessus du sol.
L'acide carbonique exerce une action directe et délétère sur les nerfs et le cerveau; de là les effets anesthésiques qu'il peut pro- doire, et que tous les voyageurs ont pu observer dans une grotte devenue célèbre précisément par ce caractère : la grolte du Chien à PûuzzoJes, près de Naples.
Fig. SQ. — La grolte du Chien.
Le gardien a un chien dont il lie les pattes pour l'empêcher de Tuir et qu'il dépose au milieu de la grotte. L'animal manifeste une vive anxiété, se débat et paraît bientôt expirant; son maître l'em- porte alors au dehors et l'expose au grand air. Peu à peu l'animal revient à la vie, et l'un de ces chiens a fait ce service pendant plus de trois ans. Il est à peu près prouvé aujourd'hui que les convul- sions des pythies chargées de faire connaître les décrets des dieux étaient produites par les prêtres au moyen du gaz carbonique.
Cette grotte est située sur le penchant d'une petite montagne extrêmement fertile, en face et à peu de distance du lac il'Agnano.
64 COMPOSITION CHIMIQUE DE L'AIR.
L'entrée en est fermée par une porte dont un gardien a la clef. La grotte a l'apparence et la forme d'un petit cabanon dont les parois et la voûte seraient grossièrement taillées dans le rocher. Sa lar- geur est d'environ un mètre, sa profondeur de trois mètres, sa hauteur d'un mètre et demi. 11 serait difficile de juger par son aspect si elle est l'œuvre de l'homme ou de la nature. Le sol de cette petite caverne est terreux, humide, noir, parfois brûlant. Il est en quelque sorte baigné par un brouillard blanchâtre, dans le- quel on distingue de petites bulles. Ce nuage est formé de gaz acide carl)onique que colore un peu de vapeur d'eau. La couche de gaz a une hauteur de vingt h soixante centimètres. Elle re- présente donc un plan incliné, dont la plus grande hauteur cor- respond à la partie la plus profonde de la grotte. C est là une consé([uence toute physique de la disposition du sol. L'aire de la grotte étant à peu près au même niveau que l'cmverture extérieure, le gaz trouve une issue au dehors par le seuil de la porte, et coule comme un ruisseau le long du sentier de la montagne. On peut suivre le courant à une assez grande distance. Par un temps ^alme, une bougie qu'on y plonge s'éteint à plus de deux mètres extérieurement au-dessous de l'entrée.
Un chien meurt dans la grotte au bout de trois minutes, un chat en quatre minutes, les lapins en soixante-quinze secondes. Un homme y périt en moins de dix minutes, quand il est couché horizontalement sur ce sol funèbre. On raconte que- l'empereur Til)ère y fit enchaîner deux esclaves qui périrent aussitôt, et (|ue Pierre de Tolède, \ice-roi de Naples, y fit enfermer deux con- damnés qui eurent le même sort.
Deux analyses de l'air de cette grotte recueilli à deux époques différenles ont donné en Aolume Ch. Ste-CI. Deville et F. Le Blanc) :
Acido carlmniqiîo 67.1 73.6
Oxyfrênc 6-5 5.3
AzoU» ; 26 4 21.1
ICO.O 100.0
Du reste, il n'est pas besoin d'aller aussi loin pour trouver cette prédominance de l'acide carbonique. Il y a près de Paris, ù Montrouge et dans les environs, des carrières abandonnées, des caves mômes qui se remplissent, à certaines époques, de ce gaz méphitique.
Il existe sur les bords du lac Laacher, pi*ès du Rhin, et pivs d'Aigueperse, en Auvergne, deux sources d acide carbonique d'une
L'ACIDE CARBONIQUE. — LA VAPEUR D'EAU. 65
abondance telle qu'elles produisent des accidents en pleine cam- pagne. Le gaz sort de petits enfoncements de terrain sur les bords desquels la végétation est très-belle : les insectes^ les petits ani- maux attirés par la richesse de la verdure viennent s y mettre à couvert et tombent asphyxiés; leurs cadavres attirent les oiseaux, qui périssent également; enfin arrivent des bergers du voisinage qui, connaissant le danger, retirent de loin ces animaux et font ainsi sans frais une chasse souvent fructueuse.
Au moyen âge, les accidents que ce gaz amenait dans les caves, dans les mines, dans les puits même, avaient donné naissance aux fables les plus extravagantes. Ces localités étaient, disait-on, han- tées par des démons, des gnomes, ou par des génies, gardant des trésors souterrains, dont le regard seul produisait la mort; car c'était en vain qu'on cherchait des lésions, des plaies, des mar- ques quelconques sur les malheureux frappés d'une manière aussi soudaine.
Outre l'oxygène, l'azote et l'acide carbonique, l'air renferme un certain nombre d'autres substances, en quantité plus faible, et d'ailleurs très-variable.
La plus importante osl la vapeur d'eau, dont nous venons déjà de parler à propos de la méthode d'analyse susceptible de la dé- terminer. L'air contient en tout temps, en tous lieux une cer- taine proportion de vapeur aqueuse en dissolution, à l'état invi- sible; lorsque cette eau passe à l'état particulier que Ton appelle vésiculaire, elle constitue les nuages ou les brouillards.
Cette quantité de vapeur d'eau est variable, suivant les saisons, la température, l'altitude, la situation géographique, etc. Pour une même température et une même pression, la quantité maxi- mum tenue en dissolution dans l'air est invariable. L'état hygro- métrique de l'air, pour une température déterminée, n'est autre chose que le rapport entre la quantité d'humidité existant réelle- ment dans Fair et celle qui y existerait si l'air était saturé à cette même température.
Les millions de mètres cubes de vapeur d'eau qui, charriés dans l'air, forment les nuages et les pluies constituent l'élément le plus important de l'Atmosphère au point de vue de la circulation de la vie. Aussi l'eau sera-t-elle plus loin l'objet d'études toutes spécia- les dans ce livre sur ïair.
On a pu déterminer la quantité de calorique employé à évapo- rer les eaux à la surface de la terre. L'évaporation qui se produit annuellement peut être représentée par le volume d'eau météorique
5
66 COMPOSITION CHIMIQUE DE KAIR.
qui tombe de T Atmosphère pendant le même laps de temps. Or, en rapprochant les résultats des observations faites à différentes latitudes et dans les deux hémisphères, on est amené à fixer ce volume au chiffre de 703435 kilomètres cubes! ce qui équivaut à une couche d eau de l'épaisseur de 1™, 379 qui couvrirait la terre. La quantité de chaleur enlevée ainsi suffirait, suivant 31. Daubrée, à liquéfier une couche de glace de 10"', 70 d'épaisseur enveloppant le globe tout entier.
D'après les calculs de Dalton, l'Atmosphère renferme environ 0,0142 parties de son poids d'eau ; les couches supérieures en sont presque totalement privées.
Quelles sont les substances que l'Atmosphère renferme encore dans son sein?
Elle contient incontestablement de petites quantités d'ammo- niaque, en partie à l'état de carbonate d'ammoniaque, en partie peut-ôtre aussi à l'état d'azotate ou même d'azotite d'ammo- niaque. L'origine de cette ammoniaque doit être évidemment at- tribuée surtout à la décomposition des matières végétales et ani- males ; et sa présence dans l'air a une importance toute particulière au point de vue des phénomènes de la végétation et de la statique chimi(jue des plantes. Plusieurs chimistes se sont occupés d'en déterminer la proportion exacte. Elle ne paraît pas dépasser quel- ques millionièmes du volume d'air.
La quantité d'ammoniaque trouvée dans les eaux est, en poids :
Dans les eaux pluviales 0,0000008
Dans les eaux des rivières 0,0000002
Dans les eaux do sources 0,0000001
On a trouvé dans l'eau de la mer de 2 à 5 dixièmes de milli- gramme d'ammoniaque par litre. C'est une proportion assez faible^ sans doute; mais si l'on réfléchit que l'Océan recouvre plus des trois quarts du globe, et si l'on envisage sa masse, il est permis de le considérer comme un immense réservoir de sels ammonia- caux, où l'Atmosphère réparerait les pertos qu'elle éprouve conti- nuellement.
Les fleuves portent d'ailleurs à la mer de prodigieuses quanti- tés de matières ammoniacales. Je rapporterai un seul fait. D'après M. l'ingénieur Desfontaines, le Uliin, a Lauterbourg, débite, lors des eaux mo\ennei, 1 lOG mètres cubes par seconde. Un litre de cette eau contient au minimum 0 millième 17 d'ammoniaque. Il en résulte qu'en vingt-quatre heures le Rhin, en passant devant
L'AMMONIAQUE 6?
Lauterbourg, entraîne dans ses eaux au moins 10 245 kilogrammes d'ammoniaque^ c'est-à-dire certainement plus de 6 millions de ki- logrammes par année !
L'Atmosphère incessamment reconstituée dans ses principes ac- tuellement invariables par le travail immense des êtres vivants qui, semblables à autant de soufflets chimiques, agissent sans trêve au fond de l'océan aérien, est le théâtre de modifications cjii- miquès accidentelles qui ont leur part dans l'organisation géné- rale. Nous voyons jaillir du sol des vapeurs aqueuses, des effluves de gaz acide carbonique, presque toujours sans mélange d'azote; du gaz hydrogène sulfuré, des vapeurs sulfureuses, plus rarement des vapeurs d'acide sulfureux ou d'acide hydrochlorique; enfin du gaz hydrogène carboné, dont on se sert, depuis des milliers d'années, chez différents peuples, pour l'éclairage et le chauffage.
De toutes ces émanations gazéiformes, les plus nombreuses et les plus abondantes sont celles d'acide carbonique, qu'on nomme aussi mofelies. Aux époques antérieures, la chaleur plus forte du globe et le nombre considérable de failles que les roches ignées n'avaient pas encore comblées, favorisèrent puissamment ces émis- sions; de grandes quantités de vapeur d'eau chaude et de ce gaz se mêlèrent au fluide aérien et produisirent cette végétation exubé- rante de charbon de terre et de lignites, sources presque inépui- sables de force physique pour les nations. L'énorme quantité d'a- cide carbonique dont la combinaison avec la chaux a produit les roches calcaires, sortit alors du sein de la terre, sous l'influence prédominante des forces volcaniques. Ce que les terres alcalines ne purent absorber se répandit dans l'air, où les végétaux de l'ancien monde puisèrent incessamment. Alors aussi, d'abon- dantes émissions d'acide sulfurique en vapeur ont amené la des- truction des mollusques et des poissons, et formé les couches de g}'pse. A. de Humboldt ajoute que l'introduction du carbonate d'ammoniaque dans l'air est probablement antérieure à l'appa- rition de la vie organique sur la surface du globe.
Outre les vapeurs ammoniacales, l'Atmosphère contient encore des traces non insignifiantes d'acide azotique et d'acide azoteux. Plusieurs observateurs ont aussi démontré, surtout dans les grandes villes, la présence d'une petite quantité d'un principe hydrogéné et probablement carburé. M. Boussingault a le premier constaté par des expériences précises, dans l'air de Lyon, la présence d'un gaz ou d'une vapeur hydrogénée dont la teneur en hydrogène atteignait au maximum 0,0001 dans une partie d'air en volume.
68 COMPOSITION CHIMIQUE DE L'AIR.
L'analyse y a décelé aussi une quantité variable d'iode.
La disparition ou la presque disparition de Tiode dans l'air ou dans les eaux de certains pays montagneux serait^ suivant M. Cha tin^ liée avec l'existence du goitre chez les habitants de ces con- trées. Les conclusions de ce savant ont été généralement accueil- lies avec une certaine incrédulité par les chimistes. Cependant si Ton considère que les eaux pluviales recueillies dans les plu- viomhires contiennent des sels assez variés provenant du lavage des poussières en suspension dans Tatmosphère^ et que des chi- mistes exercés ont souvent constaté la présence de Tiode dans les eaux pluviales^ on pourra accorder sans difficulté que la présence de l'iode libre ou combiné peut être admise^ sinon comme nor- male^ au moins comme accidentelle dans l'air.
Nous arrivons maintenant au dernier élément constaté dans l'Atmosphère par des études toutes spéciales, à ïozone.
Vers 1780, Van Marum se servant de puissantes machines électriques excita dans un tube plein d'oxygène un grand nombre d'étincelles de près de 1 5 centimètres de longueur. Après en avoir fait passer dans le tube 500 environ, il reconnut que le gaz avait pris une odeur très-forte qui, dit-il, « parut être très-clairement l'odeur de la matière électrique. » Tout le monde sait, en effet, que si la foudre tombe quelque part, elle laisse ce qu'on appelle vulgairement une odeur de soufre. Van Marum reconnut aussi que le gaz possédait après Texpérience la propriété d oxyder le mercure à froid. Soixante ans après, en 1839, M. Schœnbein, professeur à Bille, informait l'Académie des sciences de Munich qu'ayant dé- composé l'eau par la pile, il avait été frappé de l'odeur du gaz dégagé au pôle positif. Après quelques recherches, il conclut qu'un corps simple nouveau se trouvait mis en évidence par son expé- rience, et il l'appela ozone, de o^w (émettre une odeur). Un grand nombre de mémoires furent successivement présentés sur la ques- tion par différents savants.
L'ozone est intéressant au point de vue chimique, tant par sa nature que par ses affinités énergiques ; il oxyde en effet directe- ment l'argent et le mercure, du moins quand ces métaux sont humides ; il chasse l'iode de Tiodure de potassium, et forme avec . le métal un oxyde sans doute plus oxygéné que la potasse. Les hydracides lui cèdent leur hydrogène. Les sels de magnésie se dé- composent par son contact avec formation de peroxyde. Le chlore, le brome, l'iode passent, au moyen de l'ozone, à l'état d'acide chlorique, bromique, iodique, pourvu qu'ils soient humides.
L'OZONE. 69
Cet agent excite les poumons^ provoque la toux, la suffocation, et présente tous les caractères d'une substance toxique.
Malgré toutes les recherches faites sur Tozone, sa connaissance au point de vue physique et chimique laisse encore beaucoup à désirer : ce que Ton comprendra facilement si Ton pense que par les moyens les plus parfaits on ne peut transformer que 1/1300 d*une masse d'oxygène en ozone libre; parvenue à ce maximum, l'action cesse. Comment étudier un corps forcément répandu dans au moins 1300 fois son volume d'un autre gaz?
On a songé à adjoindre aux observations météorologiques ordi- naires, des observations ozonoscopiques ou même ozonométriques. Parmi les expérimentateurs qui ont suivi cette voie, il faut citer MM. Schœnbein, Bérigny, Pouriau, Bœckel, Houzeauet Scoutetten.
Pour ses observations, M. Schœnbein fait bouillir 1 partie d'io- dure de potassium, 10 parties d'amidon et 200 parties d'eau, puis il y trempe du papier Joseph. On sèche dans un appartement clos, puis l'on découpe en bandelettes. Ce papier bleuit au contact de l'ozone, car l'iode est mis en liberté et réagit sur l'amidon; mais l'intensité de la teinte dépend de la quantité d'oxygène ozonisé. On expose chaque jour pendant douze heures une bandelette à l'air libre, à l'abri des rayons solaires et de la pluie, puis l'on compare sa teinte à une échelle de dix couleurs, allant depuis le blanc jus- qu'à rindigo.
En 1851 , MM. Marignac et de la Rive se livrèrent, sur l'ozone, à de nombreuses recherches expérimentales, et ils en conclurent que cette substance doit être simplement de l'oxygène dans un état particulier d'activité chimique déterminé par Télectricité. Ber- zelius et Faraday se rangèrent à l'opinion des physiciens genevois; MM. Frémy et Becquerel, en 1852, démontrèrent, par de nouvelles expériences, la légitimité de cette explication.
Les travaux de Thomas Andrew s, publiés en 1 855, ne laissent aucun doute à cet égard. L'ozone, de quelque source qu'il dérive, est un seul et même corps, ayant des propriétés identiques et la même constitution, et ce n'est point un corps composé, mais un état allotropique de Toxygène. Cet état allotropique est dû à l'action de l'électricité sur l'oxygène.
Cette opinion, basée sur de belles expériences, a prévalu par- tout, et l'jexistence de l'ozone, ainsi considéré, parait aujourd'hui incontestable.
Ajoutons encore à toutes ces diverses substances la présence de l'eau oxygénicy constatée par M. Struve, directeur de l'Observatoire
70 COMPOSITION CHIMIQUE DE L'AIR.
de PulkoNva. Occupé à faire des analyses chimiques de Teau de la rivière Kusa, notre savant correspondant était frappé de la présence dans cette eau d'une certaine quantité de nitrite d'ammoniaque^ dont il ne constatait l'existence qu'après chaque chute de neige ou de pluie. Mais quelque temps après il était impossible de découvrir même la plus petite trace de cette substance. M. Struve pensa donc que le nitrite d'ammoniaque existait dans l'air, et qu'il avait été entraîné par la neige ou la pluie. Il entreprit des re- cherches sur cette question, et c'est dans le courant de ces re- cherches qu'il fit l'intéressante découverte de la présence de l'eau oxygénée dans l'Atmosphère. De ces recherches résultent les con- clusions suivantes :
i"* L'eau oxygénée se forme dans l'Atmosphère comme l'ozone et le nitrite d'ammoniaque, et se sépare de l'air par les dépôts at- mosphériques.
2"* L'ozone, Teau oxygénée et le nitrite d'ammoniaque se trou- vent toujours dans un rapport intime.
S'^Les altérations que l'air atmosphérique fait subir aux papiers ioduro-amidonnés sont dues à l'ozone et à l'eau oxygénée.
Un dernier mot encore.
Tout en absorbant pour nos poumons la quantité d'air qui leur est due, nous respirons souvent sans le savoir des armées d'ani- malcules microscopiques en suspension dans le tluide atiuosphé rique, et môme des animaux antédiluviens, des momies et des squelettes des temps disparus !
Paris est presque entièrement bâti de carapaces et de squelettes calcaires microscopiques. Les coquilles des foraminifères, entre autres, à l'état fossile, forment à elles seules des chaînes entières de collines élevées et des bancs immenses de pierre à bâtir. Le calcaire grossier des environs de Paris est, dans certains endroits, tellement rempli de ces dépouilles, qu'un centimètre cube des car- rières de Gentilly, carrières par couches d'une grande épaisseur, en renferme au moins 20000; ce qui fait, par mètre cube, le chiffre énorme de 20 000 000000.
Quand nous passons près d'une maison en démolition ou d'un édifice que Ton construit, et que nous sommes enveloppés par uu nuage de poussière qui pénètre dans notre gosier, nous avalons sou- vent, sans nous en douter, des centaines de ces infiniment petits.
Chaque jour, chaque heure, nous aspirons et faisons pénétrer dans notre poitrine des légions animales et végétales. Ici ce sont des microzoaires vivants, dont plusieurs espèces sont les pois-
SUBSTANCES CONTENUES DANS L'AIR, 71
sons de notre sang; là ce sont des vibrions, qui viennent s'atta- cher à nos dents comme des bancs d'huîtres aux rochers; plus loin c'est de la poussière d'animalcules microscopiques si petits qu'il en faut 1111 500 000 pour faire un gramme ; ailleurs ce sont des grains de pollen qui vont germer sur nos poumons et répan- dre la vie parasite, incomparablement plus développée que la vie normale visible à nos yeux.
Les vents et les ouragans, en agitant violemment TAtmosphère, les courants ascendants dus aux inégalités de température, les volcans en émettant d'une manière incessante des gaz, des va- peurs et des cendres tellement divisées, que souvent elles vont s'abattre a de prodigieuses distances, portent et maintiennent dans les plus hautes régions des corpuscules enlevés à la surface du sol ou arrachés à la partie interne et peut-être encore incandes- cente du globe. Dans les phénomènes liés à l'organisme des plan- tes et des animaux, ces substances si ténues, d'origines si diver- ses, dont l'air est le véhicule, exercent vraisemblablement une action bien plus prononcée qu'on n'est communément porté à le supposer. Leur permanence est d'ailleurs mise hors de doute par le seul témoignage des sens, lorsqu'un rayon de soleil pénètre dans un lieu peu éclairé ; « l'imagination se figure aisément, mais non sans un certain dégoût, dit M. Boussingault, tout ce que ren- ferment ces poussières que nous respirons sans cesse, et que l'on a parfaitement caractérisées en les nommant les immondices de l Atmosphère, Elles établissent en quelque sorte le contact entre les individus les plus éloignés les uns des autres, et bien que leur proportion, leul* nature, et, par conséquent, leurs effets soient des plus variés, ce n'est pas s'avancer trop que de leur attribuer une partie de l'insalubrité qui se manifeste habituellement dans les grandes agglomérations d'hommes. »
On aura une idée de ce que nous pouvons absorber en respirant, en jetant un coup d'œil sur la collection d'objets de la page sui- vante. Les quatre premiers sont des foraminiftres; les deux sui- vants, des écailles d'ailes de papillon. Au second rang, nous voyons deux milioles, coquilles de la pierre à bâtir, et deux ani- malcules qui sèchent et ressuscitent sur les toits : le tardigrade et le rotifère. Le dernier rang nous représente de petits grains de pollen, comme il y en a des milliers en suspension dans l'air au printemps. Il est superflu d'ajouter que tous ces êtres et germes sont extrêmement grossis. Nous respirons tout celai Mais nous en buvons et mangeons bien d'autres.
72 COMPOSITION CHIMIQUE DE L'AIR.
Les eaux météoriques entraînent ces poussières en même temps qu'elles en dissolvent les matières solubles, parmi lesquelles se trouvent des sels fixes ammoniacaux, comme elles dissolvent la vapeur de carbonate d'ammoniaque et le gaz acide carbonique ré- pandus dans l'air. Une pluie, lorsqu'elle commence, doit donc renfermer plus de principes solubles que lorsqu'elle finit, et si cette pluie se prolonge sans interruption par un temps calme, il
Fig. 1". — Corpuscules en suspension dans
arrive un moment oîi l'eau ne contient plus que de très-faibles indices de ces principes.
Des miasmes, propagateurs des épidémies, sont entraînés par les courants aériens; le choléra, la fièvre jaune, la variole, les mala- dies qui périodiquement tombent sur les peuples, paraissent avoir leur principal mode de propagation dans l'Atmosphère, usine de la mort comme de la vie. La mortalité, qui a été si considérable à Paris pendant les premiers mois de cette année 1870, par suite de
CE QU'IL Y A DANS L'AIR. 73
la petite vérole^ des pleurésies et des fluxions de poitrine, s'est manifestée surtout dans les arrondissements septentrionaux^ sur lesquels les vents du sud apportent les miasmes de la grande ville et où l'ozone disparait presque complètement. La connais- sance des conditions de la santé publique sera fournie en partie par l'élude des rapports de la météorologie avec les variations de cette santé^ qui oscille constamment sous le souffle léger des bri- ses comme sous le faible balancement de la pression barométrique.
L air rapporté de 7000 mètres de hauteur par Gay-Lussac, lors de son voyage aérostatique^ avait la même composition que celui qui se trouvait à la surface de la terre. Les expériences de M. Bous- singault en Amérique, celles de M. Brunner dans les Alpes, con- duisent aux mêmes conclusions. Cette similitude dans les résultats dépend de ce que les courants d air et les variations continuelles de densité mélangent sans cesse les couches atmosphériques.
En est-il encore de même à des hauteurs plus considérables? Cela n'est pas probable, car Tazote et l'oxygène étant à l'état de mélange et non de combinaison, les gaz doivent s'arranger sui- vant Tordre des densités, eu égard^ bien entendu, à la loi d'expan- sion, c'est-à-dire qu'ils se comportent comme deux atmosphères distinctes^ le plus dense devant s'étendre moins loin que l'autre; de sorte que la proportion d'azote, dont la densité est 0,972, celle de l'air étant I , doit s'accroître à mesure que l'on s'élève dans l'Atmosphère ; tandis que l'oxygène, dont la densité est 1 ,057, et qui est le plus dense, doit se trouver en plus grande proportion à la surface. Suivant cette hypothèse, à 7000 mètres, ce dernier gaz n'entrerait plus que pour 19 centièmes dans le volume de Tair; mais, jusqu'à présent, l'expérience n'a pu constater une telle différence, attendu que cette évaluation suppose l'air tran- quille, et qu'entre ces limites il est continuellement agité.
La composition de l'air varie entre de très-faibles limites : quand il pleut, l'eau condensée dissout plus d'oxygène que d'azote; quand il gèle, l'eau abandonne ces mêmes gaz; l'eau qui s'évapore en rend aussi à l'Atmosphère.
Nous pouvons nous demander maintenant, en terminant cette étude de la composition chimique de l'air, si cette constitution varie actuellement sur le globe terrestre.
En vertu d'une de ces grandes harmonies naturelles qui lient le r^e animal et le règne végétal, tandis que les animaux fonc- tionnent comme des appareils de combustion, fixent l'oxygène
74 COMPOSITION CHIMIQUE DE L'AIR.
(le Tair et le rejettent à l'état d'acide carbonique dans TAtmo- sphère, les végétaux jouent un rôle inverse; ils fonctionnent en effet comme des appareils de réduction : sous l'influence des rayons solaires, les parties vertes des plantes réagissent sur l'acide carbonique, le décomposent, fixent le carbone et restituent l'oxy- gène à l'air. L'Atmosphère, que les animaux tendent à vicier, est pu- rifiée par l'action des A'égétaux. L'équilibre chimique de composi- tion de l'air tend donc à se conserver en vertu de ces actions in- verses exercées sur ses éléments constitutifs.
Certains phénomènes dus à la décomposition des roches par oxvdation, sembleraient d'abord de nature à modifier à la Ion- gue la composition de l'air; mais une série d'actions inverses de réduction tend à restituer, sous la forme d'acide carbonique, l'oxygène disparu. Comme le fait observer Ebelmen, dans son mémoire sur les altérations des roches, le jeu des réactions de la matière minérale à la surface du globe semble aussi de nature à établir une compensation pour maintenir la constance de com- position chimique de l'Atmosphère.
Cette compensation s'établit-elle d'une manière exacte? En sup- posant qu'elle n'ait pas lieu, ce qui est possible, la quantité d'oxy- gène ira-t-elle en diminuant? « C'est une grande question, disait Thenard, dont on ne pourra avoir la solution qu'au bout de plu- sieurs siècles, en raison de l'énorme volume d'air dont notre pla- nète est entourée. »
Dans leur beau mémoire sur la véritable constitution de l'air atmosphérique, MM. Dumas et Boussingault s'exprimaient ainsi en 1841 :
(( Quelques calculs qui ne peuvent avoir une précision bien absolue, sans doute, mais qui reposent néanmoins sur un ensem- ble de données suflisamment certaines, vont montrer jusqu'où il conviendrait de pousser l'approximation de l'analyse pour attein- dre la limite où les variations d'oxygène pourraient se manifester d'une manière sensible. L'Atmosphère est sans cesse agitée; les courants excités par la chaleur, par les vents, par les phénomènes électriques, se mêlent et en confondent sans cesse les diverses couches. C'est donc la masse générale qui devrait être altérée pour que l'analyse put indiquer des différences d'une époque à l'autre. Mais cette masse est énorme. Si nous pouvions mettre l'Atmo- sphère tout entière dans un ballon et suspendre celui-ci au pla- teau d'une balance , il faudrait pour lui faire équilibre dans le plateau opposé 581 000 cubes de cuivre de 1 kilomètre de côté.
CE QU'IL Y A DANS L'AIR. 7:>
u Supposons maiotenant que chaque homme consomme 1 kilo- gramme d'oxygène par jour^ qu'il y ait mille millions d'hommes sur la Terre, et que, par l'effet de la respiration des animaux et la putréfaction des matières organiques, celte consommation attribuée aux hommes soit quadruplée. Supposons de plus que l'oxygène dégagé par les plantes vienne seulement compenser l'effet des cau- ses d'absorption oubliées dans notre estimation; ce sera mettre bien haut, à coup sûr, les chances d'altération de l'air. Eh bien ! dans celte hypothèse exagérée, au bout d'un siècle tout le genre humain et trois fois son équivalent n'auraient absorbé qu'une quantité d*oxygène égale à 1 5 ou 1 6 cubes de cuivre de 1 kilomètre de côté, tandis que l'air en renferme près de 134 000.
w Ainsi, prétendre qu'en y employant tous leurs efforts les ani- maux qui peuplent la surface de la Terre pourraient en un siècle souiller l'air qu'ils respirent, au point de lui ôter la huit millième partie de l'oxygène que la nature y a déposé, c'est faire une suppo- sition infiniment supérieure à la réalité. »
Nous verrons, au chapitre suivant, que dans les lieux habités, fermés ou mal ventilés, les effets de la respiration des hommes ou des animaux, les phénomènes de la combustion du charbon ou des matières combustibles peuvent amener l'air à vn degré d'alté- ration notable. Aussi dans les appartements, casernes, salles d'hô- pitaux, amphithéâtres, dans les puits et galeries de mines, etc., l'analyse chimique, lorsqu'elle est suffisamment précise, indique- l-elle toujours une composition différente de celle qui correspond à l'air libre.
En outre, dans les lieux habités et même en dehors de Tm- fluence de la présence de nialades, les émanations animales qui s'échappent avec la vapeur acjueusepar la transpiration pulmonaire et cutanée peuvent exercer une influence physiologique incontes- table et souvent plus fâcheuse que celle de la production de l'acide carbonique ou de la disparition de l'oxygène en faible quantité.
C'est surtout lorsque l'air arrive à Tétat de saturation par les causes précitées qu'on est porté à le considérer comme nuisible. On admet aujourd'hui que pour éviter toute influence désastreuse sur l'économie organique il faut construire les demeures, et sur- tout les hôpitaux, de manière à donner 60 mètres cubes d'air pur par heure et par individu.
Telle est l'Atmosphère terrestre, à la fois usine et substance de la vie à la surface de notre planète. Une combinaison chimique quelconque effectuée dans son sein pourrait la mettre en confia-
76 COMPOSITION CHIMIQUE DE L'AIR.
gration et anéantir la vie^ comme on peut facilement Timaginer en supposant par exemple la rencontre d'une queue de comète formée de gaz hydrogène ou quelque émanation expulsée des entrailles du globe. Il y a quatre ans^ nous avons assisté à une sorte de fin de monde de cette nature^ à Fincendie d un monde de la constella- tion de la Couronne boréale causé par une combustion d'hydro- gène, comme l'analyse spectrale l'a montré. Aujourd'hui ce monde^ embrasé et brûlé, roule silencieux dans les déserts du vide. C'est le spectacle que nous pouvons aussi donner d'un jour à l'autre aux habitants des autres planètes. Une simple modification dans la composition de notre atmosphère pourrait causer ici la mort uni- verselle, et peut-être préparer des conditions nouvelles à des géné- rations inconnues. Il est probable, en effet, que quoique l'oxygène soit sur la Terre le principe de la vie, les milliards de mondes de l'infini ne sont pas identiquement organisés de la même façon, et qu'il y a des modes d'existences divers vivant en des atmosphères tout à fait différentes de la nôtre. Peut-être dans cent siècles, les hommes de la Terre seront-ils tout différents de ce que nous sommes aujourd'hui, et vivront-ils eux-mêmes dans les régions aériennes, conquises et hospitalières.
CHAPITRE VI.
LCEUVRE DE L'AIR DANS LA VIE TERRESTRE.
RESPIRATION ET ALIMENTATION DES PLANTES, DES ANIMAUX
ET DES HOMMES.
Maintenant que nous connaissons le volume^ le poids et la na- ture de rAtmosphère terrestre, il convient que nous embrassions dans une esquisse rapide l'œuvre permanente de ce fluide vivifiant à la surface de notre planète, et que nous nous rendions un compte aussi exact que possible du fonctionnement de cette œuvre à travers les corps vivants.
La constitution organique de la Terre est construite par l'air et pour l'air. C'est l'air qui a joué le premier rôle dans la formation des êtres. Depuis le plus humble jusqu'au plus riche, tous respi- rent, tous renouvellent leurs tissus par- la respiration, et par l'alimentation, qui n'est elle-même qu'une sorte de respiration. L'air baigne, emplit, compose toutes choses. L'herbe des champs, l'arbre des forêts, le fruit du poirier ou de l'oranger, la pêche ou Tamande, le grain de blé ou la grappe de la vigne : autant de fruits de l'air. L'animal n'est lui-même que de l'air organisé; et l'homme est une âme vêtue dair plus ou moins condensé, plus ou moins agréablement disposé par la force vitale suivant la forme du type humain terrestre.
L'âme de la plante, l'âme de l'animal, l'âme de l'homme, se fabrique son organisme planétaire à l'aide du milieu ambiant. Là elle pousse une feuille dans la lumière pour saisir et fixer avec avidité l'acide carbonique de l'air. Ici elle ouvre et ferme al- ternativement les poumons destinés à extraire l'oxygène du même
78 L'ŒUVRE DE L'AIR DANS LA VIE TERRESTRE.
milieu aérien qui nous imbibe. Là encore elle dirige une racine haletante vers tel suc terrestre qui conviendra à son espèce ; ici elle nous engage à choisir tel aliment^ à laisser tel autre; et ainsi dans chaque être vivant elle entretient sans oubli Torganisme qu'elle s'est formé.
Considérons un instant cet entretien de la vio végétale, ani- male et humaine; et puisque notre propre personne nous inté- resse ordinairement plus que les autres productions de la nature, voyons d'abord de quoi vit Thomme.
L'alimentation d'abord est multiple en apparence, mais elle se résume en défmitive pour tous, dans les éléments analogues à ceux de la respiration.
L'indigène d«* l'Amérique du Sud toujours en chasse à cheval sur son coursier sauvage consomme dix à douze livres de viande par jour; une tranche de citrouille qu'on lui offre dans une ha- cienda est pour lui une véritable jouissance; le mot de pain ne se trouve pus dans son vocabulaire. Las de son travail de chaque jour, l'Irlandais plein d'insouciance se régale de ses polatoesei ne cesse jamais d'égayer son repas frugal par des plaisanteries. La viande lui est une chose étrangère, et heureux est celui qui a pu se pro- curer quatre fois par année un hareng pour assaisonner ses pommes de terre. Le chasseur des prairies, qui abat le bison d'un coup in- faillible, savoure avec plaisir la loupe succulente et entrelardée qu'il vient de rôtir entre deux pierres brûlantes; pendant ce temps l'industrieux Chinois porte au marché ses rats engraissés avec soin et ses nids d'iiinmdelles, bien assuré de trouver parmi les gour- mets de Pékin des chalands généreux; et dans sa hutte enfumée, presque ensevelie sous la neige et la glace, le Groenlandais dé- vore le lard qu'il vient de couper aux flancs d'une baleine échouée. Ici l'esclave nèi^re miche la canne à sucre et maniée ses Itananes ; là le négociant africain vide son sachet de dattes, seule nourriture à tra\ers le désert; plus loin le Siamois se remplit l'estomac d'une quantité de riz effrayante, qui ferait reculer l'EuroiRvn le plus avide. Et quel que soit l'endroit de la terre habitéi» où nous demandions l'hospitalité, partout on nous offre un ali- ment différent, « le pain quotidien », sous les formes les plus variées.
Cependant, se demande Schleiden, l'homme est-il un être telle- ment accommodant, qu'il puisse se construire à l'aide des ma- tières les plus hétérogènes l'habitation corporelle de son esprit, ou bien toutes ces différentes e>pèces d'aliments ne conliennent-elle>
RESPIRATION ET ALIMENTATION. 79
qa*un seul ou un petit nombre d*éléments similaires qui consti- tuent la nourriture de Thomme? C'est cette dernière hypothèse qui est la Traie.
Tout ce qui nous entoure est constitué d*un petit nombre d'élt - ments simples découverts successivement par la chimie. Il y en a surtout quatre d'entre eux qui entrent dans la composition de tout être organisé vivant sur la terre : Tazote et Toxygène sont les éléments les plus importants de l'air atmosphérique; l'oxygène et i'/jvdrogène forment Teau, par leur combinaison; le carbone et l'uxygène produisent l'acide carbonique^ et, enfin, l'azote et l'hydrogène se réunissent pour composer l'ammoniaque. Ce sont ces quatre éléments, à savoir : le carbone, l'hydrogène, l'oxygène et l'azote, qui dans leurs combinaisons diverses for- ment les substances dont se composant les plantes et les ani- maux.
Les quatre corps que nous venons de nommer, en se réunis- sant dans différentes proportions, constituent une infinité de sub- stances organiques que l'on pourrait classer en deux séries dis- tinctes. L'une comprend les corps composés des quatre éléments réunis, tels sont : l'albumine, la fil)rine, la caséine et la gélatine. Le corps animal entier est tissé de ces matières, et quand elles en sont séparées ou que la vie les quitte, elles se décomposent en fort peu de temps et donnent de l'eau, de l'ammoniaque et de l'acide carbonique qui se dégagent dans l'air. La seconde série contient, au contraire, des substances privées d'azote, savoir: la gomme, le sucre, l'amidon, les liquides qui en dérivent, tels que Talcool, le vin, le beurre et enfin les corps gras. Ceux-ci pas- sent par le corps animal, en ce sens que leur carbone et l'hydro- gène sont consumés par l'oxygène aspiré pendant la respira- tion, et ensuite exhalés sous forme de gaz acide carbonique et d'eau.
Les mêmes atomes des corps simples passent en proportions différentes, et dans des combinaisons ou mélanges différents, à travers les organismes. végétaux et animaux, venant de l'air et y retournant. La vie se nourrit de la mort, et les décompositions servent de nouveaux mets sur la table toujours complète de l'en- tretien de la vie terrestre. Le naturaliste a raison de dire que Diomme vit en définitive de l'air par l'intermédiaire des plantes. La plante absorbe dans l'Atmosphère les substances dont elle compose sa nourriture. Que nous mangions du végétal, de l'a- nimal, ou que nous respirions simplement, nous ne faisons ja-
80 LŒUVRE DE L'AIR DANS LA VIE TERRESTRE.
mais que remplacer les molécules do notre corps par des molé- cules nouvelles, qui ont appartenu à d'autres corps, et en défini- tive, absorber ce qui a été rejeté par d'autres, et rejeter ce qui va être repris par d'autres.
L'homme adulte pèse en moyenne 70 kilog., et après avoir dé- falqué la grande quantité d'eau qui circule dans toutes les parties du corps, il reste environ 18 kilog., dont 7 pour les os et 11 pour les autres parties. Les premiers contiennent eu moyenne 6G pour 100, et le reste 3 pour 100 de substance terreuse qui subsiste après l'incinération. A part ce sable, ce phosphate de chaux, nous prenons tout dans l'air, directement ou indirectement.
Nous nous nourrissons aux trois quarts d'air par la respiration. Nous devons demander le dernier quart à des aliments en appa- rence plus solides ; mais nous voyons que ces aliments eux-mêmes sont surtout composés des principes constitutifs de l'air. Tel est l'état de notre planète. Il existe certainement des mondes où Ton vit plus agréablement, sans être astreint à ce travail grossier du manger et du boire, et à leurs désagréables conséquences, — où l'air, un peu plus nutritif qu'ici, l'est suffisamment. A l'opposé, il existe sans doute des mondes où l'on est encore plus malheu- reux qu'ici, où l'on ne possède pas cette Atmosphère qui nous nourrit aux trois quarts à notre insu, et où Ton est obligé de ga- gner, par le travail, des déjeuners d'oxygène ou d'autre gaz.
En somme, l'air transparent est composé des mêmes principes qui se trouvent en plus grande abondance dans la croûte opaque et solide de notre globe. Les quatre éléments principaux de tout organisme végétal ou animal : l'oxygène, l'azote, l'hydrogène et le carbone, s'y retrouvent également : les deux premiers, comme éléments constituants de l'air; le troisième, mélangé avec l'oxygène sous forme de vapeur d'eau; et le quatrième enfin, mèlc au souille expiré par les animaux et à maint autre gaz provenant de la décomposition des plantes.
Si nous reconnaissons ainsi dans les principes de Talimentation la prépondérance de l'oxygène, de l'eau et de l'azote, en diverses combinaisons, il nous sera incomparablement plus facile de cons- tater maintenant dans la respiration l'œuvre constante et unique de l'Atmosphère.
Examinons donc ce grand rôle de l'air dans la vie.
Le système sanguin qui se développe dans tout notre corps se divise principalement en deux sortes de conduits : h^s artères^ par lesquelles le sang se transporte du cœur à tous les organes; les
RESPIRATION ET ALIMENTATION. 81
veines, par iesqueUes il revient au cœur. On désigne sous le nom de circulation cette marche du sang parcourant le corps entier, et revenant au cœur, son point de départ.
Le cœur est un oi^ne creux et musculaire, de forme conique, et de la grosseur du poing chez l'adulte. 11 est divisé par une cloison musculaire en deux moitiés à peu près égales, adossées l'une à l'autre et partagées, chacune dans sa hauteur, en deux cariléfi, dont la supérieure est l'oreillette, et l'inférieure le ven- Iricule. Les oreillettes doivent leur nom à_ un appendice aplati qui retombe sur leur fece externe. L'oreillette droite C communique avec le ven- tricule droit lA}, roreillelle gauche D) avec le ventricule gauche fB'. Il n'existe pas de communication entre les deux venlricules.
Agent principal de ta cir- culation, le cœur est le siège de mouvements qui ne sont pas soumis à la volonté, mais qui néanmoins (comme cha- cun l'a pUis d'une fois éprouvé sur soi-même) sont influencés sans cesse par les impressions morales et les sensations. Ces mouvements consistent dans la contraction et le relâchement alternatifs des parois du cœur. Les ventricules se contractent simultanément, puis, à leur con- traction succède une période de relâchement, pendant laquelle les oreillettes se contractent à leur tour, pour se relâcher pendant b nouvelle contraction des ventricules. Pendant la dilatation, le sang afllue dans les cavités du cœur; il en est chassé par la con- Iractioo: celle des oreillettes le.fait passer dans les ventricules; celle des ventricules ie lance dans les artères.
C'est cette alternance qui constitue le rhjlhmc du cœur et les hat'^ments régulièrement espacés qu'il fait entendre et sentir à travers les parois de la poitrine. Voyons d'abord comment s'ac- complit la circulation artérielle. La contraction du ventricule gauche (B) pousse le sang dans
Fig. 27. ■
Cipur do l'hommo.
82 L'ŒUVRE DE L'AIR DANS LA VIE TERRESTRE.
l'artère aorte (E)^ et par là dans toutes les artères^ où il coule sous la triple action de la contraction ventriculaire^ de Télasticité et de la contractilité des parois artérielles. Dans les vaisseaux d*un certain calibre^ son mouvement est rhythmé comme celui du cœur; si l'on appuie le doigt sur le trajet d'une artère^ on per- j;oit le choc du sang, le pouls.
A mesure que le sang avance dans les ramifications artérielles, les nombreux changements de direction qu'il subit et le frottement du liquide contre les parois des vaisseaux diminuent sa force d'impulsion; enfin, dans les vaisseaux capillaires^ il coule par un mouvement continu et sans secousse.
Lorsqu'il est parvenu dans les capillaires, le sang artériel trans- met aux tissus les principes dont il se compose^ et les livre à l'assimilation^ pour reprendre en échange les molécules désas- similées qui doivent être rejetées de l'organisme ou soumises à une élaboration nouvelle. Fluide vivant et nourricier, il porte dans les organes la vie, la chaleur et les éléments de la nutrition.
Après avoir parcouru les vaisseaux capillaires, il passe dans les radicules veineuses. A son entrée dans l'aorte et pendant sa marche dans le système artériel, il était d'un rouge éclatant; maintenant sa couleur est sombre, le sang rouge s'est transformé en sang noir. Privé d'une grande partie de ses principes consti- tuants, il revient en puiser de nouveaux à leur source.
Le sang se meut dans les veines sous l'impulsion qu'il a reçue primitivement du cœur. Des régions inférieures du corps il re- monte dans la poitrine, où les éléments de la nutrition viennent remplacer ceux qui, tout à l'heure, ont été livrés à l'assimilation. Ainsi reconstitué partiellement, le sang va se jeter, par la veine cave (K), dans l'oreillette droite (C), et l'oreillette, en se contrac- tant, le chasse dans le ventricule droit (A).
Voilà le sang revenu au cœur; mais bien qu'enrichi des produits assimilables de la digestion, il est incomplet, et doit se transformer pour redevenir un sang parfait, en même temps que la combustion d'une partie de ses principes produira la chaleur qu'il distribuera bientôt à l'organisme. C'est dans les poumons que cette élaboration s'efTectue.
Le ventricule droit se contracte, le flot de sang veineux passe dans l'artère pulmonaire (F).
Dans les capillaires des poumons, l'air agit sur le sang veineux chargé d'acide carbonique et le transforme en sang artériel. Les globules rouges brun du sang veineux prennent, au contact de
RESPIRATION DE L'HOMME. 83
l'oxygène, une couleur vermeille et rutilante ; ils se chargent du calorique dégagé par la combustion du carbone et, revivifié, le sang pénètre jusqu'à l'oreillette gauche qui le transmet immédia- temeût au ventricule, où son trajet circulaire se termine pour re- commencer aussitôt.
La circulation, dit le docteur Le Pileur, peut donc être divisée en deux périodes simultanées, le cercle fictif parcouru par le sang se compose de deux segments inégaux que décrit la colonne li- quide; le segment supérieur est la circulation pulmonaire ou pe-
>^y
Fig. îg. -Trajet ficiif du «ang.
Tig. 39. — CcGur et poumons de l'homme.
lile circulation, le segment inférieur est la circulation générale ou grande circulation. Le sang veineux noir (r) devient rouge (iana la circulation pulmonaire, et, recommençant son cours en a, est sang artériel.
Comme leur nom l'indique, les poumons (pneumôn, de twe'w, je respire' sont l'organe essentiel de la respiration. Au nombre de deux, mais recevant l'air d'un même canal et le sang d'un seul Misseau, ils doiveni être considérés comme l'expansion terminale des ramifications de la trachée-artère (A), ou, si l'on veut, comme les deux têtes d'un même arbre. Placés dans la poitrine dont ils occupent la plus grandepartieet qui est comme leur moule, ils re-
84 L'ŒUVRE DE L*AIR DANS LA VIE TERRESTRE.
présentent deux cônes irréguliers, reposant par leurs bases sur le diaphragme.
Les poumoDB reçoivent l'air par le larynx , la tracbée-artère et les bronches. Le larynx, organe de la voix, se continue par son orifice inférieur avec la trachée-artère. Celle-ci se divise en deux conduits que l'on nomme les bronches, et qui, parvenus à la ra- cine des poumons, donnent naissance à des ramiûcations nom- breuses. Ils continuent à se subdiviser et se terminent par les cellules pulmonaires dont l'agglomération en grappes constitue les lobules du poumon.
La respiration est une fonction caractérisée par l'introduction de
l'oxjgène de l'air dans le sang et l'expulsion, sous forme gazeuse, d'une partie des matériaux inutiles ou nuisibles à l'organisme. Elle se divise en deux temps : Viiispiratio}i, pendant laquelle l'air atmosphérique pénètre dans les cellules pulmonaires, et Icrpira- lion, qui chasse des poumons cet air modiûé. On peut comparer les poumons à un tin tissu, dont le développement serait l'iO fois plus grand que la surface du corps entier, qui est replié sur lui- même, et criblé de 40 à 50 millions de petits trous. Ces pores sont justes trop petits pour laisser filtivr le sang, et assez grands pour laisser pénétrer l'air! Quand l'uxygène de l'air les traverse
RESPIRATION DE L'HOMME. 85
pour se combiner avec le sang, celui-ci se régénère par ce contact et laisse ses molécules inutiles se mêler à Tair qui les emporte a?ec lui dans Texpiration. C'est, comme on voit, un échange de gaz qui se fait entre l'air et le sang, le premier abandonnant au second de l'oxygène et en recevant d'autres fluides gazeux, parmi lesquels l'acide carbonique domine. Ce dernier gaz, en excès dans le sang veineux, s'exhale au dehors, tandis que Toxy- gène de l'air revivifie le sang rapporté au cœur par les veines.
Ainsi, d'une part Toxygène atmosphérique brûle dans le pou- mon du carbone; d*autre part le poumon exhale de lacide car- bonique, de l'azote et de la vapeur d'eau. L'oxygène combiné au sang pendant la respiration s'en est séparé peu à peu dans les capillaires du corps entier, pour faire naître des produits nom- breux^ et, entre autres, de l'acide carbonique. Au sortir du cœur et dans les artères, le sang contenait 24 centimètres cubes pour 1000 d'oxygène, dans les veines il n'en contient plus, que 11. Quaat à l'azote et à la vapeur d'eau, l'un est dégagé, l'autre pro- duite pendant ce même travail de la nutrition, et tous deux sont puisés par l'organisme dans les principes qu'y introduisent la digestion et la respiration.
Lavoisier qui, nous l'avons vu, fut le premier analysateur de l'air, fut encore le premier qui ait constaté l'absorption de l'oxy- gène dans la respiration, et montré par des expériences l'analogie qui existe entre les fonctions respiratoires et la combustion. « La respiration n'est, dit-il, qu'une combustion lente de carbone et d'oxygène, qui est semblable en tout à celle qui s'opère dans une lampe. Dans la respiration comme dans la combustion, c'est l'air qui fournit l'oxygène.... Mais, comme dans la respiration, c'est la substance même de l'animal qui fournit le combustible; si les animaux ne réparaient pas habituellement par les aliments ce qu'ils perdent par la respiration, l'huile manquerait bientôt à la lampe, et l'animal périrait comme la lampe s'éteint lorsqu'elle manque de nourriture. » La plupart des physiologistes ont admis la théorie de Lavoisier et considèrent la respiration comme une combustion lente des matériaux du sang par l'oxygène de l'air ambiant, et comme la source de la chaleur animale.
Une bougie d'une part, un petit animal d'autre part, placés chacun sous une cloche, effectuent la même opération. L'un et l'autre usent l'oxygène pour faire de l'acide carbonique. Aussi l'un et l'autre s'éteignent-ils, meurent-ils, lorsqu'il n'y a plus assez d'oxygène pour les entretenir.
86 L"(EUVRE DE L'AIR DANS LA VIE TERRESTRE.
L'expérience apprend que l'air arrivé au même degré d'altéra- tion que l'air expiré eat incapable de soutenir la combustion de» lampes à simple courant d'air et des bougies.
On comprend, d'après ce qui précède, que l'air exhalé n'a pas le même volume ni les mêmes proportions d'éléments constituants, que l'air inspiré. En effet, l'bomme adulte absorbe par la respira-
Fig. 31. — Respiration et combustion.
lion de 20 à 25 litres, c'est-à-dire 29 à 36 grammes d'oxygène par beure ou 500 litres par jour. En évaluant la population hu- maine du globe à 1 milliard, il en résulte que l'humanité enlève par jour à l'Atmosphère 500 milliards de litres, ou 500 milliotts de mèlres cubes d'ojrygene!
L'homme exhale par heure 20 litres ou 41 grammes d'acide carbonique, 480 litres par jour ou près de 1 kilogramme. En un jour la i-ace humaine donne donc à l'Atmosphère 480 mil- lions de mètres cubes ou mille millions de kilogrammes d'acide carbonique 1
La ville de Paris seule exhale dans l'air 4 millions 500 000 mètres cubes d'acide carbonique par jour, dont 1000000 par la population et les animaux, et 3 300000 par les combustions diverses.
Avec une petite quantité d'azote (un centième de l'oxygène absorbé) l'expiration humaine renvoie encore par heure G30 grammes d'eau environ, sous forme de vapeur, ou plus de 15 kilogrammes par jour. C'est donc plus de 1 5 miltiards de kilogrammes d'eau qui s'échappe par jour des lèvres de l'humanité.
Enfin, comme chaque individu introduit à peu près 10 mètres cubes d'air dans ses poumons par jour, c'est 10 mttUardt de
RESPIRATION DE L'HOMME. 87
fii^tres cubes d*air qui traversent par jour les poumons insatiables des fils d*Adam et des filles d'Eve.
Aussi voit-on survenir les accidents les plus graves chez les in* dividus placés dans un espace clos où l'air ne peut se renouveler. An siècle dernier^ pendant la guerre des Anglais dans l'Inde^ cent quarante-six prisonniers furent enfermés dans une salle à peine suffisante pour les contenir^ et où l'air ne pénétrait que par deux étroites fenêtres; au bout de huit heures, vingt-trois de ces hommes restaient seuls vivants et dans un état déplorable. Percy rapporte qu'après la bataille d'Austerlitz^ trois cents prisonniers russes avant été renfermés dans une caverne, deux cent soixante de ces malheureux succombèrent en quelques heilres à l'asphyxie.
Les atmosphères rendues asphyxiantes par la combustion du charbon doivent leurs propriétés délétères non à l'acide carbo- nique^ mais à une faible proportion d'oxyde de carbone. C'est là véritablement le gaz qui produit Tasphyxie lors de la combustion du charbon en l'absence d'appareils de tirage pour l'expulsion des gaz brûlés. L'influence toxique de l'oxyde de carbone est dé- montrée par la mort presque immédiate des animaux à sang chaud portés dans un air auquel on a ajouté 1 pour 100 en volume d'oxyde de carbone pur.
En analysant l'air des enceintes habitées, vicié par la respira- tion, on a obtenu des résultats intéressants, parmi lesquels on peut citer les suivants :
Acide carbonique (en poids).
Chambre de caserne de TÉcole militaire de Paris, affectée à ces expériences (onze soldats y pas- saient la nuit). Portes et fenêtres fermées et cal- feutrées * 19 millièmes.
Id. Portes et fenêtres fermées et non calfeutrées. . H millièmes.
Amphithéâtre de chimie non ventilé après le séjour de 90O personnes pendant 1 heure 1/2 environ.. , 10 millièmes.
Salles d'hôpital non ventilées et encombrées (à la fin de la nuit' 8 millièmes.
?alle d'école primaire avec ventilation imparfaite. . kl dix-millièmes.
Salle de spectacle à la fin de la représentation (parterre) 43 dix-millièmes.
Air pris dans la cheminée d'appel de la Chambre des députés, à Paris (1842], à la fin d'une séance. 25 dix-millièmes.
Chambre à coucher ventilée [h. la fin ds la nuit) .... 5 dix-millièmes.
La combustion du charbon ou des matières combustibles desti- nées à réclairage est encore une source d'altération de l'air. Une bougie stéarique^ brûlant 1 0 grammes de matière combustible par
88 L'ŒUVRE DE L'AlK DANS LA VIE TERRESTRE.
heure, consomme environ 20 litres d*oxygène et produit environ 15 litres d'acide carbonique. Un bec de gaz de houille qui débite par heure 140 litres de gaz (bec des lanternes de Téclairage public à Paris) consomme environ 230 litres d'oxygène et produit environ 1 1 2 litres d'acide carbonique. Une lampe Carcel^ brûlant 42 grammes d'huile de colza épurée à Theure, consomme un peu plus de 80 li- tres d'oxygène^ en produisant près de GO litres d'acide carbonique.
Telle est Tœuvre chimique de Tair dans la vie. Occupons-nous un instant de son œuvre mécanique.
Chez l'adulte au repos^ le cœur bat communément soixante fois par minute; la respiration a lieu généralement dix-huit fois par minute; elle est plus fréquente chez Tenfant. On sait que, comme les battements du cœur^ elle devient plus active sous Tinfluenco de toute cause d excitation physique ou morale, et plus lente dans l'attention que l'on donne à un travail difficile.
Quoique tout le monde respire, tout le monde cependant ne sait pas bhn respirer. C est la fonction la plus importante de la vie, et qui s'eflectue pendant le travail, la marche, le sommeil. Cest un fait merveilleux, lorsqu*on y songe, de pouvoir combiner sans le savoir la parole d'un long discours avec la respiration. L*in- spiration facile et sans efTort permet de prolonger longtemps, sans fatigue, les exercices du chant aussi bien que ceux de la gymnastique. Au contraire, les personnes qui respirent surtout par l'élévation des côtes supérieures, se fatiguent et s'essoufflent rapi- dement. C'est ce qu'on observe chez les femmes, lorsque le corset comprime la base de la poitrine.
Les mouvements respiratoires ne sont pas complètement soumis à la volonté. Après l'inspiration il n'est pas possible de suspendre longtemps le mouvement contraire, et, quand l'expiration a eu lieu, le besoin d'inspirer se fait de nouveau sentir impérieusement. On ne peut, en un mot, retenir son haleine que pendant un espace de temps assez court, deux ou trois minutes au maximum, et les plongeurs les plus exercés ne déplissent pas cette limite.
On estime que chez l'homme de trente-cinq à quarante ans, la capacité des poumons est d'environ 3 litres 70 centilitres d'air; elle est moindre avant cet âge et tombe à un peu moins de 3 litres vers soixante ans. Chez la femme, elle est plus faible, et varie du reste suivant les individus.
. La pression atmosphérique influe aussi sur la fréquence des battements du cœur, mais seulement dans certaines conditions. Si l'on s'élève rapidement à une grande hauteur, on remarque dans le
RESPIRATION DE L'HOMME. 89
pouls une augmentation de fréquence très- sensible. Les ascensions aérostatiques et les voyages dans les montagnes en fournissent la preuve. Une augmentation dans la pression atmosphérique diminue la fréquence du pouls. On a vu le pouls tomber à 50 et même à 45 pulsations chez des sujets placés dans un appareil à air com- primé^ où la pression était portée à 2 atmosphères et plus.
Les fonctions les plus importantes de la nature passent inaper- çues pour nous lorsqu'elles sont permanentes. Telle est la respira- tion. Depuis la première minute qui succéda à notre naissance en ce monde^ nous respirons incessamment^ nuit et jour^ dans le tra- vail comme dans le repos^ dans le plaisir comme dans la peine^ et nous semblons ne point nous en apercevoir. Ce grand acte de la vie mérite cependant toute notre attention.
Ce n'est point au milieu des agitations du jour que iious pou- vons jamais donner un instant d'observation à la production in cessante et infatigable de ce phénomène ; mais bien plutôt lorsque le soir^ étendus rêveurs sur le divan du repos^ ou mieux encore dans les moments qui précèdent le sommeil^ lorsque sous Tombre silencieuse de la nuit nous laissons lentement s'assoupir nos pen- sées et nos membres. Alors le mouvement léger des poumons qui se gonflehtet se dégonflent en cadence peut appeler notre attention solitaire sur cette force insouciante et fatale qui régit notre vie. Nous pouvons penser que durant le sommeil ce mouvement iso- chrone se perpétuera dans notre poitrine^ et tandis qu'une mort apparente enveloppe nos sens et que notre esprit voltige dans le monde chatoyant* des rêves^ incessamment^ sans oublia notre sein appellera Tair extérieur et ouvrira d'instant en instant la porte de sortie à Tacide carbonique qui nous asphyxierait. Peut-être pourrions-nous aussi penser au désagrément qui résulterait pour nous de Toffuscation accidentelle des conduits respiratoires^ si pendant ce même sommeil un objet malencontreux venait^ par rextérieur ou par Tinlérieur, fermer notre gorge et intercepter la communication permanente qui doit sans cesse régner entre les poumons et lair qui baigne notre visage. Mais une telle crainte serait peu propre à amener le sommeil^ et nous n'avons garde de la susciter.
En ces instants de calme -et de repos où il nous est permis de nota sentir viwre par la respiration^ nous sommes en excellente condition pour nous rendre compte non-seulement de la nécessité absolue de cette fonction^ mais encore de notre vraie situation au fond de l océan aérien. En effets observons-nous. Couchés ou debout
90 L'ŒUVRE DE UAIR DANS LA VIE TERRESTRE.
à la surface du sol^ nous sommes^ relativement à Tocéan aérien placé sur nos tètes^ dans la même situation que les coraux^ les crusta- cés et les zoophy tes qui habitent le fond de la mer 1 La mer aérienne se déploie sur nos tètes avec ses oiseaux, ses insectes et ses ani- malcules invisibles pour poissons. Nous, nous sommes attachés au fond comme de pauvres et lourds crustacés, comme de gros- siers poissons ouvrant et fermant leurs branchies de seconde en seconde. Voilà notre situation réelle, à laquelle on ne songe guère. Nous ne sommes pas à la surface, à l'extérieur véritable du monde terrestre, mais nous respirons grossièrement et fatalement au fond de son océan aérien.
Qui sait s^il n*y a pas dans les régions supérieures de Tair des êtres, invisibles pour nos yeux et notre séjour sous-aérien, des êtres supérieurs, qui seraient les véritables intelligences souveraines, les véritables hôtes glorieux de cette création sublunaire?
Une différence dans les degrés de pression atmosphérique, ou, en d'autres termes, les oscillations journalières et les variations accidentelles du baromètre, ont-elles de Tinfluence sur le corps humain ? Dans quelles circonstances et par quels symptômes cette action se manifeste-t-elle? Jl est certain que les fonctions s'exécu- tent avec plus d'énergie, lorsque le baromètre monte et que la pres- sion ambiante est plus forte. On conçoit, en efTet, que la pression extérieure étant accrue, le ressort des parois membraneuses est favorisé par cet excès de pression. S'il arrive, au contraire, que le baromètre baisse d'une quantité un peu considérable, nous éprou- vons un sentiment de gêne et de fatigue, une projSension au repos; nos liquides tiennent quelques gaz en dissolution, et tendent d'ail- leurs à se vaporiser par la température propre du corps. Le ralen- tissement des fonctions, qui est la suite de ce trouble, nous rend plus pénible toute espèce de mouvement ; et, rapportant alors à l'air qui nous environne le sentiment produit dans nos organes mêmes, nous avons coutume de nous plaindre que l'air est lourd y précisément parce qu'il est trop léger.
Nous avons dit que le poids total supporté par un homme de taille moyenne est de 15 500 kilogrammes; la diflërence de pres- sion, pendant les variations atmosphériques les plus extrêmes, atteint 1000 à 1200 kiloâ^rammes, c'est-à-dire environ un dou- zième. La température, l'électricité de l'air, son degré de séche- resse ou d'humidité, s'unissent d'ailleurs à l'action de la pres- sion atmosphérique.
Nous avons tous éprouvé l'abattement produit dans notre orga-
LA RESPIRATION. 91
nisme par rabaissement parfois considérable du baromètre'. Une différence plus prononcée serait capable de briser les consti- tutions délicates ou affaiblies^ et ce n*est pas un petit sujet de réflexion que de supposer un état de TAtmosphère susceptible d'endormir du dernier sommeil la race humaine entière.
Les physiologistes ont cité plusieurs exemples fort remar- quables de rinfluence produite par une simple diminution de la pression atmosphérique. Suivant Mead^ dans le mois de février 1687, le baromètre tomba à un degré où jamais on ne l'avait vu descendre : le professeur Gockburn mourut subitement d*une hémoptysie; le même jour, à la même heure, plusieurs person- nages connus éprouvèrent des épistaxis et diverses hémorrhagies dangereuses que rien n avait annoncées, et qui n'avaient été pré- cédées que d'un sentiment de lassitude et de faiblesse. Le 2 sep- tembre 1658, il s'éleva une tempête violente, et Mead prétend qu'elle fut l'une des causes de la mort d'Olivier Cromwell.
Certaines personnes sont de véritables baromètres. Le docteur Foissac cite une dame sujette à des défaillances correspondant à la variation du baromètre et au changement de temps. Il lui est arrivé parfois de prédire un changement de temps très-prochain, en voyant survenir les défaillances chez cette malade, et il a même pu annoncer, sans en être informé, ce qu'elle éprouvait, par la seule connaissance de l'état du baromètre.
A cet exemple pris entre mille, le docteur météorologiste ajoute celui d'un certain marquis, présentant le vrai type de Thypocondrie la plus caractérisée. »< Durant les hautes pressions atmosphériques, il devient morose, colère et même enclin au suicide. Lorsque le poids de la colonne d'air diminue sensible- ment, quand le baromètre marque pluie ou tempête, les symptômes
1. Au moment où je corrige cette épreuve (18 mai 1870), j'ai précisément une constatation toute particulière de ce qui vient d'être avancé. Tout le monde, il y a quelques jours, paraissait maussade, alourdi, oppressé. La remarque était si gé- nérale, qu'un très-grand nombre de personnes me l'ont manifestée en tempêtant contre les saisons. J'ai répondu que cet état désagréable de la santé publique n'é- tait certainement qu'une affaire de baromètre. En effet, le baromètre était tombé à une pression très-faible, comme on peut le voir en comparant les chiffres du bulletin de l'observatoire météorologique de Montsouris :
5 mai (matin). 763 12 (l h. m.) 7^5
7 — 761 13 — 750
8 — 760 Ik — 757
9 — 757 17 — 761
10 — 752 18 — 764
11 — 748
92 LŒUVRE DE L'AIR DANS LA VIE TERRESTRE.
hypocondriaques subissent une sorte de transformation : le marquis tombe dans le découragement; il est sans force^ sans énergie^ sans volonté^ et il emploie les expressions les plus pitto- resques pour peindre sa mollesse et son incapacité. » Cest entre ces deux extrêmes de l'échelle barométrique que cet organisme trop sensible éprouve un peu de trêve à ses souffrances habituelles.
Les variations extraordinaires dans la pression atmosphérique^ les grands mouvements du baromètre^ sont*ils sans influence sur Tétat de la santé publique et des maladies? — Non^ sans doute. C'est à la suite des fortes perturbations de l'air que se manifestent les épidémies et les fléaux qui frappent tout le règne organique.
Si^ libre de préventions et sans idée préconçue^ Thomme pou- vait noter tout ce qu'il ressent dans un temps donnée il reconnaî- trait promptement qu'il est un point dans la hauteur du baro- mètre où ses fonctions s'exécutent avec plus de vigueur^ où son esprit est mieux disposé, plus libre, plus vif, où l'étude devient plus facile et la vie plus pleine. Dans les zones tempérées, à Paris en particulier, une hauteur moyenne est la plus favorable à la santé du plus grand nombre d'individus, au plein exercice de leurs facultés, ainsi qu*aux manifestations les plus puissantes de leur vie morale. En général, le point où s'accomplit, avec la plus entière perfection, le jeu des fonctions vitales, est celui de 76'* millimètres.
Quand le baromètre a dépassé cette hauteur favorable, on sent un plus grand bien-être aux heures où l'oscillation diurne des- cend à son minimum. Le baromètre, au contraire, se trouve-t-il bas, c'est aux heui*es où l'oscillation atteint son maximum que se manifeste la tendance à l'amélioration et au bien-être. Il en est de même pour les variations accidentelles.
Ces règles, ces indications ne sont pas applicables à tous, dirons-nous avec le docteur Foissac; et comme la sécheresse ou l'humidité, le froid ou la chaleur, sont favorables aux uns, nuisi- bles à dautres, de même la différence dans la pression atmosphé- rique produit des effets divers, selon l'état de santé, les tempéra- ments et les habitudes. On voit d'ailleurs certaines constitutions soustraites à ces influences délicates; et par exemple ces personnes en assez grand nombre qui sentent et pensent comme elles digè- rent; que les orages physiques non plus que les accidents mo- raux ne troublent, ni ne dérangent de leur voie accoutumée, et dont la vie, renfermée dans les réalités du positivisme, ne connaît ni les écarts de l'imagination, ni les nuances multiformes de la
LA RESPIRATION. 93
sensibilité. Les réflexions précédentea s'appliquent principalement à ces natures malheureuses (privilégiées?) pour lesquelles la somme de bonheur et de souffrance est double, par leur ma- nière de les ressentir; elles s'appliquent à ces sensitives intelli- gentes pour qui une épine légère, physique ou morale, est uo dard acéré; à ces personnes enfin vouées à l'étude et à la contem- plation, inquiètes du passé, soucieuses de l'avenir et plus ou moins effleurées par le tsdium vils, qui pénètre dans leur cœur comme le ver dans le calice de la fleur ou dans le fruit mûri par l'été. C'est, nous n'en doutons pas, de ces natures que le poëte de Tristam Shandy disait, sans penser que par une réflexion morale il formulait une loi physique ; «■ La marée de nos passions monte tt s'abaisseplusieurs fois par jour, a
Ainsi nous régit le ciel, ainsi notre état physiologique de corps et même d'esprii peut presque toujours se traduire en chiffres ba- rométriques.
Nous venons d'apprécier le rôle de l'air dans la vie humaine et dans celle des animaux supérieurs.
Nous ne pouvons omettre de compléter celte appréciation par l'étude du même rôle chez les autres ordres organiques: chez les oiseaux, les insectes et les poissons, et dans la respiration des plantes. Nous constaterons par là, une fois pour toutes, l'universalité du règne de l'air dans l'organisation de la vie terrestre tout entière.
Chez les oiseaux, la circulation est double. IjC cœur est formé de deux moitiés distiniïtes, et leur sang est même plus riche en globules que ce- lui de l'homme, parce qu'il est abon- damment pénétré par l'air, non-seu- lement dans les poumons, comme cbez les mammifères, mais dans les
j . .... ■• ■ 1 Fig. 3î. — Reipiralion des oiseaui.
derniers rameaux de 1 arbre artériel, Trwbée-anire au pigeon.
du tronc et des membres. Ce qui dis- tingue, en effet, l'oiseau, ce n'est pas seulement le vol, c'est surtout son mode de respiration. On ne trouve pas chez les oiseaux cette cloison mobile appelée diaphragme, qui chez les mammifères arrête l'air à la poitrine : l'air extérieur pénètre dans toutes les parties de leur corps, par les voies respiratoires, qui se ramifient dans tout le
94 L'ŒUVRE DE L'AIR DANS LA VIE TERRESTRE.
tissu cellulaire et jusque dans les plumes, dans l'intérieur des os, et mfime entre les muscles. Leur corps, dilaté par l'air inspiré, est allégé d'une portion considérable de son poids.
Aux ailes dont les battements le soutiennent dans l'air, l'oiseau ajoute donc une respiration double, qui donne à son corps une suffisante légèreté spécifique, et de plus une circulation activée, écbauffée par la pénétration de l'oxygène. La cbaleur vitale est, on le sait, en rapport avec la respiration. Aussi les oiseaux, grâce à leur riche organisation, peuvent-ils vivre dans les régions les plus froides de l'atmosphère.
Joyeux et charmants habitants de l'air, cœurs palpitants, chan- sons vivantes, ne serable-t-il pas que ces petits êtres, si puissanis dans leur apparente faiblesse, planent au-dessus de nous dans les hauteurs aériennes comme un défi perpétuel jeté à notre vanile humaine? Peut-on contempler un groupe d'oiseaux suivant en chantant les vastes plaines de l'air, sans voir en eux quelque promesse anticipée de l'avenir réservé aux efforts de l'homme, poursuivant la conquête non chimérique de l'Atmosphère?
Mais l'homme n'aura jamais cette respiration des oiseaux, et ne volera jamais par sa seule force musculaire.
Si nous considérons maintenant les insectes, plus aériens que nous, eux aussi, nous observons (et ceci n'est connu que depuis Malpighi, i 669) que leur délicat appareil respiratoire est eesen-
LA RESPIRATION. 95
tiellement composé de conduits membraneux^ d'une grande déli- catesse, dont les ramifications^ en nombre incalculable^ se répan- dent partout, et s'enfoncent dans la substance des organes, à peu près comme les racines chevelues d'une plante s'enfoncent dans le soi. Ces vaisseaux ont reçu le nom de trachées. Leurs communi- cations avec l'air s'établissent ensuite de diverses façons ^ selon le milieu dans lequel vivent les insectes.
On sait que la plus grande partie d'entre eux passent leur vie bercés sur les ondes aériennes. Or l'air ambiant pénètre dans les trachées par un grand nombre d'orifices situés sur les côtés du corps^ et qui ont été nommés stigmates. Ce sont ces points, ordi- nairement en forme de boutonnière^ qu'on aperçoit, pour peu qu'on y regarde de près, chez un très-grand nombre d'espèces.
L'appareil respiratoire des insectes se compose tantôt de tubes élastiques seulement, tantôt d'un assemblage de tubes et de poches membraneuses. Les parois de ces tubes sont très-élastiques, et conservent toujours une forme presque cylindrique, lors même que rien ne les distend. Cette disposition est déterminée par l'exis- tence, dans toute la longueur de la trachée, d'un fil, de consistance semi-cornée, enroulé en hélice, et revêtu extérieurement d'une gaine membraneuse très-délicate.
Le nombre des trachées dans le corps d*un insecte est extrême- ment considérable. Lyonnet a prouvé, dans son immense travail sur la Chenille du saille^ que l'Insecte a de nombreux rapports, par ses muscles, avec les animaux supérieurs. Sans avoir tué plus de huit ou neuf individus de l'espèce qu'il voulait décrire, il eut la patience de compter leurs diverses branchies. Dans la chenille du lossus liquiperdaj il trouva 236 branchies longitudinales et 1336 transversales. De sorte que le corps de cet être si modeste est sillonné dans tous les sens par 1572 tubes aérifères, visibles à Tceil armé d'un verre grossissant, sans compter ceux qui ne peuvent être aperçus !
Le mécanisme de la respiration, chez les insectes, est facile à comprendre. La cavité abdominale, qui loge la plus grande partie de l'appareil trachéen, est susceptible de se contracter et de se dilater alternativement. Quand le corps de l'insecte se resserre, les trachées sont comprimées et l'air en est chassé. Mais lorsque la cavité viscérale qui loge les trachées reprend sa capacité pre- mière ou se dilate davantage, ces canaux s'agrandissent et l'air dont ils sont remplis, se raréfiant par suite de cet agrandisse- ment, ne fait plus équilibre à l'air extérieur avec lequel il com-
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muoique par l'intermédiaire des stigmates. Cet air extérieur se précipite donc alors dans l'iatérieur des tubes respiratoires, et l'inspiration s'effectue.
Les mouvements respiratoires psuveat, du reste, s'accélérer ou
Fi(t. 34. — Re^piratîoD des insectes. Appareil respiratoire du banneioo.
se ralentir, suivant les besoins de l'animal. En général, on en compte entre trente et cinquante par minute. Dans 1 elat de repos les stigmates sont béants, et l'air arrive librement dans toutes les trachées chaque fuis que la cavité viscérale se dilate. Mais ces orifices peuvent se fermer, et les insectes possèdent ainsi la faculté de suspendre à volonté toute communication entre leur appareil respiratoire et le milieu ambiant.
Quelques insecLes vivent dans l'eau. Ils sont dès lors obligés de venir prendre à la surface du liquide l'air dont ils ont besoin, ou de s'emparer du peu d'air que l'eau tient en dissolution. Ces deux modes de respiration existent, sous des formes variées, chez les insectes aquatiques.
Nous venons de voir que l'appareil de la respiration ac(iuiert chez les insecles un développement considérable. Il est dès lors facile de prévoir que cette fonction doit s'exercer avec une vive activité chez ces légers petits êtres. En effet, si on la compare à la quan- tité pondérable de matière organique dont leur corps se compose, les insectes font une énorme consommation d'oxygène. Les pa- pillons, par exemple, brûlent constamment d'une flamme éter- nelle, malgré leur réputation.
Arrivons maintenant aux Poissons.
Il suffit de regarder un instant un poisson dans l'eau pour remar- quer deux grandes ouvertures derrière la tête: ce sont les ouïes, leur bord antérieur est mobile, et se soulève et s'abaisse comme un battant de porte, pour servir à la respiration.
RESPIRATION DES POISSONS 97
Sous cette espèce de couvercle sont situées les branchies, organes de la respiration de ces animaux aquatiques.
Les branchies sont des lamelles étroites longues et aplaties, dis- posés en séries parallèles, à la manière de dents de peigne, et qui sont atttachéeB sur des tiges osseuses, désignées sous le nom d'arcs branchiaux. Elles flottent ainsi dans l'eau aérée qui doit servir à U respiration de l'animal.
ng. 3â- — Respiraiios des paissons. Bcaocbies de la carpe, (br. : branchies. — c : c^Pur.)
Voici comment s'exécute la foaction respiratoire. L'eau entre par la bouche, passe, par un mouvement de déglutition, sur les fentes que les arcs branchiaux laissent entre eux, arrive aux bniDchies dont elle inonde la large et multiple surface, et s'é- chappe enfin au dehors, par les ouvertures des ouïes. Tout le monde a observé ce double mouvement.
Peodant le contact de l'eau et des branchies, le sang qui circule dans la trame de ces organes, et qui leur communique la coloration rouge qu'on leur connaît, se combine chimiquement avec l'oxygène de l'air, que l'eau tient toujours en dissolution, quand elle coule librement, à la température ordinaire, en présence de l'air. Le sang devient ainsi oxygéné, ou artériel. — Tout le monde sait que les poissons vivent dans l'eau, mais tout le monde ne sait pas que si l'on retirait l'air de l'eau, les poissons périraient I
Cest ainsi que dans les habitants des eaux aussi bien que dans cenx du sol et de l'air, l'Atmosphère régit partout en souveraine les fonctions de la vie sur la terre.
U même conclusion résulte de l'élude attentive du règne vé- gétal. La plante respire. Elle respire aussi bien que les animaux, c'est à-dire que sa sève, qui n'est autre chose que son sang, est mise en contact avec l'air au moyen de ses feuilles et de ses parties vertes qui représentent les organes respiratoires. Sous
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rinfluence des rayons solaires^ ces organes absorbent Tacide car- bonique répandu dans Tair^ le décomposent^ dégagent le carbone qui se fixe dans le tissu végétal et rendent Toxygëne à l'atmosphère.
Mais la respiration des plantes n*est pas toujours la même. Tandis que les animaux^ le jour comme la nuit^ exhalent sans cesse de la vapeur d*eau et du gaz acide carbonique^ la plante possède deux modes de respiration : Tun diurne dans lequel les feuilles absorl>ent Tacide carbonique de Fair^ décomposent ce gaz et dégagent de Toxygène ; l'autre nocturne et inverse, dans lequel la plante absorbe de loxygène et dégage de l'acide carbonique, c'est-à-dire respire à la façon de l'animal.
Le carbone que la plante fixe pendant le jour est indispensable au développement parfait de ses organes et à la consolidation de ses tissus. Par sa respiration, la plante vit et s'accroît.
Il importe de remarquer que les parties vertes des végétaux res- pirent seules comme nous venons de le dire. Les parties non colorées en vert, comme les fruits mûrs, les graines, les feuilles rouges ou jaunes, etc., respirent, soit à la lumière, soit dans l'obscurité, à la manière des animaux; elles absorbent de l'oxy- gène et dégagent de l'acide carbonique
Si l'on considère que les parties vertes des plantes sont très- nombreuses comparativement à celles qui sont autrement colo- rées; — que les nuits claires des pays chauds et lumineux ne font que diminuer plutôt qu'interrompre leur respiration diurne; — que la saison des longs jours dans les contrées du Nord est celle de la plus grande activité végétale ; — on sera conduit, par ces remarques, à conclure qu'en somme les plantes vivent beau- coup plus à la lumière que dans l'obscurité, et que, par consé- quent, leur respiration diurne est prépondérante sur leur respira- tion nocturne.
Ces organes respiratoires de la Plante, qui ont reçu le nom de stomates (du mot grec <m[xa, bouche), se composent d'une mul- titude de petites chambres à air situées sous l'épiderme des feuilles; les plus grandes ont 33 millièmes de millimètre de dia- mètre. Sur la feuille de chêne on en compte 250 par millimètre carré. Chacune de ces chambres est mise en communication avec l'air extérieur au moyen d'une petite ouverture laissée entre deux cellules d'une forme spéciale et dont le rapprochement constitue deux livres. C'est dans ces petites bouches que l'air se met en rapport, à travers les parois cellulaires, avec les liquides séreux qui exhalent (pendant la durée du jour) un excès de gaz oxy-
RESPIRATION DES PLANTES. 99
gèae, et absorbent^ en revanche, une certaine quantité d'acide carbonique.
Les cellules qui bordent l'ouverture du stomate sont hygrosco- piques; elles peuvent, sous l'influence de l'humidité ou de la se* cheresse, s'écarter ou se resserrer ; par conséquent élargir l'ouver- lure ou la rétrécir, et, par ce moyen, favoriser ou gêner la sortie des gaz et des vapeurs.
Cette respiration diurne des plantes, qui verse dans l'air des masses considérables de gaz oxygène, vient heureusement coin- peaser les effets de la respiration animale, qui produit de l'acide carbonique, gaz impropre à la vie de Thommc. Les plantes puri- fient donc Tair altéré par la respiration de l'homme et des ani- maux. Si les animaux transforment en acide carbonique l'oxygène de l'air, les plantes reprennent cet acide carbonique par leur res-
Fig. 3S. — RupiralioD des plantes. Stomates.
piration diurne; elles fîient le carbone dans les profondeurs de leurs tissus, et rendent à l'atmosphère un oxygène réparateur.
Nous ne pouvons mieux terminer cette étude du travail de l'air dans l'organisation des plantes qu'en cherchant le chiffre de ce travail accompli sur la surface entière des continents.
Un hectare de forêt emprunte à l'air et fixe annuellement dans ses tissus 4000 kilogrammes de carbone.
l'a hectare d'herbe en fixe 3500; un hectare de topinam- bours, 6000.
Or, un hectare représente 1 00 millions de centimètres carrés, et il arrive du soleil à la surface du sol 115 000 unités de chaleur ea un an, c'est-à-dire 1 1 5 000 fois la chaleur qui élèverait un gramme d'eau de 0 à 1 degré.
Or, un kilogramme de carbone fournit 8000 unités de chaleur.
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En prenant la fixation de Tacide carbonique comme équivalant en moyenne à 3000 kilogrammes de carbone par hectare^ il y aurait donc 24 000 000 d'unités de chaleur déployées sur un hectare par la fixation de Tacide carbonique de Tair dans les plantes res- pirant sous rinfluence de la lumière; 24 milliards sur 1000 hec* tares.
La France ayant 55 350 000 hectares de superficie, il y a, en une année, 1 66 milliards de kilogrammes de carbone fabriqués par les végétaux, ce qui représente une quantité de chaleur capable d'élever d'un degré centigrade 1 328 000 milliards de kilogrammes d'eau à 0 degré.
L'Europe ayant une superficie de 1 milliard d'hectares repré- sente une fabrication annuelle de 3000 milliards de kilogrammes de carbone.
La surface terrestre occupée par le règne végétal mesure 1 3 mil- liards d'hectares. Sur cette surface entière, les plantes absorbent en un an l'énorme quantité de carbone représentée par le chiffre de 40 trillions de kilogrammes de charbon pur.
Un homme brûle, en une heure, un poids minimum de carbone égal à 9 grammes. En un jour, le poids de carbone brûlé est de 210 grammes; en un an, il est d'environ 79 kilogrammes. De sorte que, en un an, un homme de proportion ordinaire brûle un morceau de carbone dont le poids est au moins égal au sien. Si l'on essaye de se représenter le volume du carbone consommé pour faire de l'acide carbonique, pendant une vie humaine seule- ment, par tous les représentants de l'humanité, par tous les ani- maux, par tous les végétaux pendant les nuits et leurs parties co-