Flu2-2 - Tube de Torricelli (avec cuve profonde)
Fonction
Mise en évidence et mesure de la pression atmosphérique.
Description
Un tube de verre, d’un mètre de long environ, est fermé à un bout, ouvert à l’autre. On le remplit de mercure, on le bouche avec le pouce, on le retourne et on plonge l’extrémité bouchée par le pouce dans le mercure contenu dans une cuve profonde. On enlève le pouce, le mercure descend créant le vide au-dessus de lui (si on néglige la vapeur saturante de mercure) ; la surface libre du mercure dans le tube se stabilise à une hauteur H au-dessus de la surface du mercure dans la cuve. Cette hauteur H est indépendante de l’enfoncement du tube et de son inclinaison. Elle mesure la pression atmosphérique (voisine de 76 cm de mercure au niveau de la mer). Nous venons de décrire l’expérience de Torricelli.
Histoire
Au début du XVIIème siècle, on savait élever l’eau à l’aide d’une pompe aspirante. On « expliquait » le phénomène en disant que la nature avait horreur du vide. Mais il arriva qu’un maître fontainier de Florence ne put élever l’eau à plus de 10,3 mètres. Galileo Galilée (1564-1642) fut intrigué par ce phénomène. Il crut l’expliquer dans ses « Dialogues » (1638) par la rupture, sous l’action de son poids, de la colonne d’eau. Bien que cette explication soit fausse, elle contenait l’idée d’une cohésion, d’une pression interne, que l’on met en évidence actuellement avec les « liquides tirés ».
Evangélista Torricelli (1608-1647), physicien et géomètre disciple de Galilée, vit là une possibilité de faire le vide, mais, pour plus de commodité, il eut l’idée de remplacer l’eau par du mercure. On dit que c’est son ami Vincent Viviani qui réalisa cette expérience en 1643, un an après la mort de Galilée. Torricelli sut interpréter cette expérience et dégager la notion de pression atmosphérique.
Dans son interprétation du phénomène découvert par le fontainier de Florence, Torricelli avait été précédé dès 1631 par Descartes (1596-1650) qui combattait l’« horreur du vide » et les partisans d’Aristote. C’est Pierre Petit en 1646 qui fit connaître aux Pascal, père et fils, l’expérience de Torricelli. Blaise Pascal la reproduisit. Le père Mersenne (1588-1648) avait fait connaître, lui aussi, l’expérience de Torricelli en France. Descartes, au cours d’un voyage en France en 1647 s’en entretint avec Blaise Pascal, et ainsi naquit l’idée de mettre en évidence la variation de la pression atmosphérique avec l’altitude. Mais Pascal habitait Rouen et n’ayant pas à sa disposition de montagne voisine, il demanda à son beau-frère Florin Périer qui habitait Clermont-Ferrand, de faire l’expérience de Torricelli au sommet du Puy de Dôme. Le 19 septembre 1648, en compagnie de notables, Périer mesura la pression atmosphérique dans le jardin des pères Minimes (le lieu à peu près le plus bas de Clermont-Ferrand) et la trouva de 26 pouces 3 lignes et demie (71,2 cm) puis ils se rendirent au sommet du Puy de Dôme (1465 m), plus élevé d’environ 1000 m et ils y constatèrent une pression de 62,7 cm de mercure seulement. Pascal répéta l’expérience à la tour Saint-Jacques à Paris.
Citons quelques autres travaux de Torricelli : étude du mouvement parabolique des projectiles, quadrature de la cycloïde (1644) et des hyperboles, démontre l’égalité des vitesses sur un plan incliné pour une même hauteur de chute, études d’hydrodynamique, il établit la loi d’écoulement d’un liquide par un trou étroit percé au fond d’un vase...