Le baromètre à eau de la tour Saint-Jacques

Marcel Fauret, La Science Illustrée n° 130 — 24 mai 1890
Samedi 28 mars 2020

Les exemples de baromètres gigantesques sont rares dans l’histoire, et c’est à peine si en deux siècles et demi on rencontre trois ou quatre tentatives d’édifier un baromètre aux grandes proportions. Le premier en date est dû à Blaise Pascal, qui, alors qu’il habitait Rouen où il eut connaissance des expériences de Torricelli par le P. Mersenne, répéta les expériences avec des tubes et des liquides différents. C’est ainsi qu’il édifia, en 1646, dans la cour d’une verrerie du faubourg Saint-Sever à Rouen, le premier baromètre à eau. Le tube, qui avait 46 pieds, était plein d’eau mélangée de vin. Toutefois cet appareil, construit d’une façon rudimentaire, ne pouvait rendre des services ; aussi, lorsque Pascal eut démontré que les liquides s’élèvent dans un tube — préalablement vidé d’air — en raison de leur densité, son baromètre à eau fut démoli. Pour assister à une nouvelle tentative, il nous faut arriver jusqu’en 1830. À celte époque, le professeur Daniell établit, pour le compte de la Société Royale de Londres, un véritable baromètre à eau. Toutefois, quelques physiciens eurent l’idée de remplacer l’eau par un liquide moins sujet à évaporation, et dans ce but, M, H. Jordan — en 1870 — installa à l’observatoire de Kew un baromètre à glycérine. On sait que la densité de l’eau est 1 et celle de la glycérine 1,25 ; la colonne barométrique de l’instrument de Kew avait son minimum à 8,22 m. Ce baromètre était à cuvette. Enfin, en 1886, un riche négociant de New-York, grand amateur de météorologie, M. Zophar Mills, a fait placer dans sa maison un baromètre à glycérine.

Voilà, résumée en quelques lignes toute l’histoire, des baromètres à grande échelle. L’an dernier, pour célébrer le centenaire de 1789,M. Joseph Jaubert, directeur du Laboratoire d’études physiques de la tour Saint-Jacques, a imaginé de reprendre l’idée des grands baromètres, et pour cela en a édifié un à eau. C’est dans l’antique tour Saint-Jacques, lieu qui convenait à merveille pour une installation de ce genre — car ce monument occupe une place dans l’histoire de la pression barométrique — que le baromètre à eau a été placé. Une de nos figures donne une coupe de la tour Saint-Jacques et montre ainsi la place occupée par ce baromètre.

Sur une planche de 13 mètres de hauteur sur 0,25 m de large est fixé un tube de verre de 0,02 m de diamètre et de 12,65 m de haut. Ce tube, qui est le plus grand qui ait été livré aux sciences jusqu’à ce jour, a été étiré dans l’usine Guilbert-Martin. Pour l’apporter de Saint-Denis, on a placé ce tube dans une gaine de bois que six hommes ont chargé sur leurs épaules, non à cause de son poids, mais à cause de son extrême fragilité. Cet étrange cortège dut prendre les voies les plus larges, la route de Paris, le faubourg Saint- Denis, et les boulevards de Magenta, Strasbourg et Sébastopol, et finalement pénétrer dans le square Saint-Jacques. Pour faire pénétrer dans le monument un pareil tube, il fallut pratiquer une ouverture à la partie inférieure de la tour, et encore a-t-il été nécessaire de s’entourer des plus grandes précautions, car un faux mouvement pouvait briser l’objet de tant de soins. Enfin, après de nombreuses alternatives de crainte et d’espoir, le tube fut hissé dans la tour Saint-Jacques et adossé à la planchette où il est fixé aujourd’hui. À côté de ce grand tube, il en est un second d’un diamètre semblable et n’ayant que 2 mètres de hauteur. Il est réuni au premier par un tube en cuivre en forme de demi-cercle. C’est dans ce second tube, dont l’extrémité laissée à l’air libre permet à la pression atmosphérique d’exercer son influence, que se lisent les variations barométriques. Elles sont très curieuses, surtout en temps d’orage ; car on sait que l’eau étant treize fois et demie plus légère que le mercure, 0,001 m de déplacement dans la colonne mercurielle se traduit par près de 0,015 m dans le baromètre à eau. On peut donc observer les plus faibles variations. Dans ce second tube est également placé un thermomètre, donnant ainsi la température de l’eau.

Quant à la nécessité d’observer ce thermomètre,M. Joseph Jaubert compte y remédier en installant en face du tube un appareil photographiant automatiquement toutes les heures ; par suite, le système sera complet.

La partie la plus importante dans la construction du baromètre à eau a été le bouchage du tube. C’est là que les jeunes savants se sont trouvés aux prises avec les plus grandes difficultés, car quatorze essais infructueux ont été tentés avant d’obtenir le succès de l’entreprise. Pour cela, voici comment on a procédé.

On a d’abord rempli complètement le petit tube, qu’on a alors bouché, puis on a rempli le grand, et on a fermé le tube par un bouchon de métal entouré d’un cylindre de caoutchouc pour éviter le contact du verre et du métal. Dans ce bouchon, on avait disposé un tube d’étain, long d’une vingtaine dé centimètres, qui a été rempli avec de l’huile. En aplatissant l’extrémité du tube d’étain, on avait ainsi un tube entièrement plein. Il suffisait d’ouvrir le bas pour voir le niveau s’établir seul. La fermeture du haut a été rendue plus hermétique par un scellement à la cire et un capsulage. À cet instrument extraordinaire deux jeunes gens du Laboratoire d’études physiques ont travaillé fort longtemps, sous la direction de M. Joseph Jaubert, MM. Georges Georgel et Francisque Perrier. Ce dernier, que notre gravure (fig. 1) représente opérant le scellement du tube, est un des descendants du beau- frère de Pascal.

L’eau employée dans les baromètres présente le grand inconvénient de se vaporiser à la température ordinaire ; la vapeur d’eau qui se forme alors dans la chambre barométrique agit sur le niveau du liquide, et, pour une même pression, le maintient d’autant plus bas que la température est plus élevée. Dans le baromètre de la tour Saint-Jacques, on a remédié à ce défaut en recouvrant la surface de l’eau — dans le grand tube d’une couche d’huile de ricin et de naphte dans — le petit tube. Cette couche d’huile donne lieu à la formation de ménisques concaves ou convexes, suivant que le baromètre monte ou descend ; de telle sorte qu’à première vue on peut se rendre compte du mouvement de la pression atmosphérique. Cette année, M. Joseph Jaubert a perfectionné son instrument en l’augmentant d’un appareil qui note mécaniquement les moindres variations des oscillations du baromètre. Dans les baromètres enregistreurs ordinaires, soit à mercure, soit-métalliques, les indications, même amplifiées, ne dépassent pas 0,002 m par millimètre de mercure, soit pour un parcours de 0,730 m à 0,780 m de pression, un diagramme de 0,10 m, tandis que l’enregistreur de la tour Saint-Jacques peut fournir pour les mêmes variations une courbe de près de 0,65 m comme mouvement horaire ; la marche a été également amplifiée ; le diagramme d’une journée est porté à 0,75 m, soit plus de 0,03 m par heure.

Cet appareil que représente notre gravure (fig. 3), est un véritable chef-d’œuvre de précision. Il a été construit par M. Etienne Château, qui y a résolu divers problèmes de mécanique fort intéressants.

Dans la petite branche du baromètre plonge un cylindre de cuivre rempli de plomb, garni à sa circonférence extérieure de petits galets qui annulent le frottement et l’empêche de toucher au tube. Un fil est fixé à ce flotteur, qui sent toutes les oscillations de la colonne d’eau, et passant sur un système de poulies combinées de façon à rendre presque nul tout frottement — car la force dont on disposait pour faire fonctionner le système n’était que de 1 gramme — est attachée à son autre extrémité à un style traceur pouvant glisser le long d’une tige d’acier auquel il est lié par un anneau à frottement doux. On comprend dès lors que les mouvements du liquide soit facilement suivis par le style traceur, qui les note, sur un cylindre de 0,65 m de hauteur, tournant automatiquement sur lui-même en vingt-quatre heures. Une feuille de papier divisée horairement y est maintenue. L’horloge laisse passer toutes les minutes un courant qui, traversant l’électro-aimant, attire la tige d’acier maintenant le style traceur ; par suite, celui-ci appuie sa pointe sur le papier, et trace de cette façon une série de points, cependant assez rapprochés pour former une ligne non interrompue. Ajoutons, en terminant, que cette construction fait le plus grand honneur à M. Joseph Jaubert, qui l’a conçue et en a dirigé l’exécution ; une part des éloges revient aussi à ses intelligents et dévoués collaborateurs, et puisse ce baromètre — le plus grand du monde — répondre au désir de ses créateurs en apportant quelques nouveaux documents à la Science de l’atmosphère.

Marcel FAURET

N. B. — Pour visiter le baromètre, il suffit d’en faire la demande à M. Joseph Jaubert, directeur du Laboratoire d’études physiques de la tour Saint-Jacques.