Les Instruments enregistreurs photographiques

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LES INSTRUMENTS ENREGISTREURS
PHOTOGRAPHIQUES.

Parmi les sciences physiques, il en est, dont les progrès, pour ainsi dire intermittents, se révèlent par de véritables révolutions qui les transforment tout à coup ; il en est d’autres où les grands événements sont rares, où la patience continue de l’observateur supplée en quelque sorte à l’inspiration née fortuitement dans le cerveau d’un inventeur de génie. La Chimie a eu son Lavoisier, qui, par la théorie de la combustion, par l’analyse de l’air, a tout à coup marqué une ère nouvelle dans l’histoire de cette branche si féconde du savoir humain ; la Physique a eu son Volta, qui a su lui ouvrir d’immenses horizons, en donnant naissance à la pile électrique. – Mais il est d’autres sciences où de semblables progrès ne peuvent se manifester tout à coup. La Météorologie, par exemple, qui a pour but d’étudier les lois du mécanisme de l’atmosphère, doit déterminer chaque jour la température, l’humidité de l’air, noter les variations barométriques, les oscillations de l’aiguille aimantée ; le domaine où elle se meut ne comporte pas des conquêtes rapides ; science d’observation, elle ne peut rien attendre des hasards heureux de l’expérience. Le rôle de ceux qui s’y consacrent consiste essentiellement à recueillir chaque jour, à toutes les heures, des chiffres exacts et rigoureux ; l’espérance qui les anime, c’est de voir se multiplier les stations d’observation sur toute la surface des continents ; ils laisseront à leurs successeurs les patientes investigations de leur existence, heureux si la corrélation, la comparaison de leurs résultats, peuvent conduire un jour à la découverte de quelques-unes des lois fondamentales qui président aux mouvements atmosphériques.

En présence de la nécessité de lire le plus fréquemment possible, et dans un nombre multiplié de stations météorologiques, les divers instruments au moyen desquels on interroge l’atmosphère, on n’a pas tardé à s’apercevoir qu’il y aurait un intérêt immense à substituer au travail de l’homme celui des machines. Comment condamner un observateur, si consciencieux qu’il soit, à lire plusieurs fois, par heure et pendant des journées entières, le degré du thermomètre, la hauteur du baromètre ; à considérer, pour les noter, les mouvements de l’aiguille aimantée et la rotation de la girouette ? – Cependant il importe, pour le progrès de la météorologie, que ces observations journalières soient exécutées avec la précision qui doit caractériser tout document véritablement scientifique. – Ce que l’homme ne peut faire, la machine l’accomplit. – Pour obtenir cette mécanique ingénieuse, capable de laisser sur un papier les traces du mouvement du mercure dans le thermomètre et dans le baromètre, à toute heure du jour et de la nuit, d’indiquer la moindre perturbation survenue dans les organes les plus délicats de nos instruments les plus précis, les savants ont eu recours à l’auxiliaire précieux de la photographie : ils utilisent l’art de Daguerre dans la construction de ces instruments de météorologie qui écrivent eux-mêmes leurs variations de tous les instants, et que l’on nomme enregistreurs.

L’idée d’employer, pour l’étude des phénomènes météorologiques, des appareils disposés de manière à marquer eux-mêmes la trace des influences qu’ils subissent, est assez ancienne ; elle remonte à Magellan, l’illustre navigateur qui, au moyen d’un mécanisme ingénieux, avait construit, en 1782, des thermomètres et des baromètres qui enregistraient tous les états par lesquels les faisaient passer les variations atmosphériques.

L’enregistrement par la photographie, tel qu’il s’exécute aujourd’hui dans un grand nombre d’observatoires, offre l’avantage de supprimer des organes de transmission compliqués que nécessiterait tout autre moyen mécanique ou électro-magnétique. Cet enregistrement est surtout utilisé pour les variations du thermomètre, du baromètre, et pour l’étude des oscillations de l’aiguille aimantée.

On sait qu’à la partie supérieure de la colonne barométrique il y a un espace vide, connu sous le nom de vide de Torricelli. Si l’on place une lumière, celle du gaz par exemple, ou encore celle d’une lampe à pétrole, derrière le baromètre, à l’aide d’une lentille on pourra projeter sur un papier sensibilisé l’image de l’espace éclairé qui surmonte la colonne de mercure ; cette image photographique variera à chaque instant avec le niveau du mercure dans le baromètre.

Le thermomètre enregistreur ou thermographe est à peu près disposé de la même manière ; seulement il est indispensable que la lampe à gaz soit placée loin de l’appareil, afin que la chaleur qu’elle émet n’agisse pas sur l’instrument ; en outre, sa lumière ne passe plus par l’espace vide situé au-dessus du mercure, mais bien à travers une petite bulle d’air qui a été introduite à l’avance dans la mince colonne mercurielle, et qui joue ici le rôle de pinnule. La lumière, ainsi transmise, produit sur le papier une marque qui offre l’aspect d’un point.

Dans ces deux instruments, le papier sensibilisé est tendu sur un tambour que fait régulièrement tourner un mouvement d’horlogerie ; il accomplit lui-même un mouvement de rotation continue, et la trace des variations de niveau du mercure, dans le thermomètre, et du baromètre, s’y trouve marquée par une ligne continue, quand on a retiré le papier et qu’on lui a fait subir les opérations propres à la fixation de l’image.

La disposition du mécanisme varie selon que l’enregistrement doit s’appliquer à tel ou tel appareil. Pour que la photographie puisse noter les variations du baromètre, on a pris depuis longtemps des dispositions ingénieuses que nous croyons utile d’écrire.

Un baromètre à cuvette ordinaire est suspendu verticalement par un collier métallique. Au-devant de cet instrument est une lentille convexe qui concentre, à sa partie supérieure, la lumière d’une lampe d’Argant ou d’un bec de gaz. Le haut du tube barométrique est muni d’une échelle transparente en verre divisée en demi-millimètres. – Le rayon lumineux traverse cette échelle, passe au-dessus du ménisque mercuriel, et pénètre dans un objectif achromatique pour projeter sur une feuille de papier sensibilisé l’image de la graduation fixe et de la surface mobile du mercure.
La Nature - 1873 - Barométrographe et thermométrographe de M. Salleron - p068.png
Barométrographe et thermométrographe de M. Salleron

Le papier photographique est adapté à un cadre qui se meut sur un chariot dans un plan perpendiculaire à l’axe de l’objectif. Un mouvement d’horlogerie imprime le mouvement au cadre de telle façon qu’il parcourt seulement toute sa longueur en vingt-quatre heures. Ces dispositions sont représentées à la gauche de notre gravure. Le baromètre à mercure est au milieu de la table : son niveau est représenté en I. 0 est l’objectif photographique, II le mouvement d’horlogerie qui met en marche, par l’intermédiaire de la tige P, P, le châssis servant de support au papier photographique. Ce magnifique appareil de M. Salleron vient d’être construit pour l’Observatoire de Kiew. Mais non-seulement il joue le rôle de barométrographe, il enregistre encore les températures et les variations hygrométriques.

Le thermométrographe est représenté à la droite de notre gravure. Le réservoir métallique a est enfoui dans le sol à une température constante, il est creux et communique par un tube à une des branches d’un tube en U, rempli de mercure. L’autre branche du tube en U est en relation avec un second réservoir à air b, qui reste plongé dans l’atmosphère ambiante. La différence de température des deux réservoirs se traduit par un mouvement du mercure dans le tube en U ; la lumière passe à la surface du métal liquide, et impressionne le papier photographique en pénétrant dans le second objectif O′ ; elle trace sur le papier photographique en mouvement une courbe, qui représente les oscillations du mercure dans le tube en U, et par suite les températures de l’air. Un autre système semblable, a′, b′ sert de psychromètre enregistreur : le réservoir a′ est enfoui dans le sol, l’autre réservoir b′, humecté d’eau, reste exposé à l’atmosphère. Tous deux communiquent encore, par l’intermédiaire d’un tube, aux deux branches d’un tube en U contenant du mercure à la surface duquel passe le rayon lumineux.


La photographie ne s’applique pas seulement aux variations du baromètre et du thermomètre, elle peut servir à enregistrer l’inclinaison ou la déclinaison de l’aiguille aimantée, comme le savant docteur Brooke l’a prouvé par la construction d’un appareil aussi ingénieux que précis, et qui est constamment en usage à l’Observatoire de Greenwich.

L’aiguille aimantée porte à son extrémité un petit miroir, où tombe la lumière d’une lampe. — Le rayon réfléchi se projette sur un papier sensibilisé placé dans une chambre noire ; il y trace un arc d’autant plus grand que sa distance à cette surface photographique est plus considérable. L’aiguille aimantée fait-elle le moindre mouvement, la marque du rayon réfléchi se déplace sur l’écran, elle suit fidèlement la marche de l’aiguille, elle n’en laisse pas perdre la plus petite oscillation. — Le papier sensible n’est pas immobile, il est fixé à un cylindre qui, en vingt-quatre heures, opère une révolution sur son axe. À chaque moment, le reflet du miroir s’est tracé sur la feuille photographique ; celle-ci, à la fin de la journée, est développée et fixée par les procédés ordinaires. – On obtient ainsi une ligne continue qui indique la marche du rayon lumineux, réfléchi par le miroir adapté à l’aiguille magnétique, et qui en donne les moindres mouvements pendant le cours de vingt-quatre heures.

À l’Observatoire de Kiew, un système analogue est usité pour enregistrer les variations de l’état électrique de l’air. — Le photo-électrographe se compose d’un paratonnerre mis en relation avec les feuilles d’or, comme on le sait, s’écartent plus ou moins l’un de l’autre, suivant que la qualité d’électricité libre de l’air est plus ou moins considérable. Les feuilles d’or sont fortement éclairées, elles jouent le rôle de deux miroirs qui réfléchissent la lumière et projettent leur double image sur un papier sensibilisé, qui se déroule régulièrement de haut en bas, sous l’influence d’un mécanisme d’horlogerie. On obtient ainsi deux courbes sinueuses qui se rapprochent ou s’écartent à toute heure du jour, accusant avec une exactitude absolue l’état électrique de l’atmosphère à tout moment de la journée.

C’est à Francis Ronald qu’appartient l’honneur d’avoir imaginé cet admirable système d’enregistrement. Son photo-électrographe fonctionne à Kiew ; ouvrier infatigable, il inscrit, nuit et jour, pendant le cours des années, les moindres variations électriques des phases atmosphériques.

Une autre branche de la physique, la photométrie, a trouvé dans les opérations photographiques de puissants auxiliaires d’expérimentation. Quand les physiciens veulent mesurer l’intensité de deux foyers lumineux, ils les font briller simultanément, et en mesurent la puissance par la valeur comparative de leurs ombres. Mais comment opérer une telle mesure quand les deux sources de lumière ne peuvent briller ensemble ? Si la comparaison est facile entre l’intensité lumineuse d’une bougie et celle d’une lampe, que l’expérimentateur allume en même temps, comment pourra-t-il agir s’il veut mesurer la puissance relative de la lumière solaire et de la lumière des étoiles ou de la lune ? Les moyens photographiques ont seuls permis de résoudre des problèmes aussi délicats. Que l’on expose un papier sensibilisé à l’influence de l’image formée au foyer d’une lentille par une source lumineuse, le degré d’altération, plus ou moins sensible, de la surface impressionnable ne servira-t-il pas à mesurer l’intensité de la lumière émise ? La trace du foyer lumineux n’est plus fugitive, comme l’ombre qu’elle projette en éclairant la règle du photomètre ordinaire, elle est durable et permanente ; elle pourra se comparer avec celle fournie par une source de lumière qui brillera à d’autres moments.

La photométrie photographique a permis à la science de comparer l’intensité lumineuse des rayons solaires à celle des rayons lunaires. L’astre du jour donne une lumière qui est trois cent mille fois plus considérable que celle de l’astre des nuits !

Grâce à ces procédés, la physique a pu se tracer une voie nouvelle dans des domaines qu’elle considérait comme inaccessibles avant l’apparition de la photographie. MM. Herschell, Edmond Becquerel ont pu étudier avec efficacité les caractères propres aux rayons solaires, à des différentes heures du jour ; grâce à l’emploi des papiers photographiques, l’étude de l’action chimique de la lumière, à laquelle se sont consacrés des savants émérites, a pris rang parmi les chapitres les plus intéressants de la science moderne.

On voit, par la description succincte des admirables instruments que quelques-uns de nos grands observatoires mettent en action, combien l’enregistrement photographique est précieux, puisqu’il permet d’obtenir des indications précises et continues. Mais ces appareils sont à peine nés d’hier, leur usage n’est pas encore très-répandu ; ils sont certainement appelés à se modifier rapidement, pour céder la place à d’autres systèmes plus complets et plus ingénieux encore. En outre, l’enregistrement photographique peut s’appliquer à d’autres appareils d’observation. Rien n’empêche, par exemple, de munir le pluviomètre d’un système qui accuserait les variations de son niveau par l’intermédiaire d’un tube faisant fonction de vase communiquant.

Il ne faudrait pas supposer, d’après ce que nous venons de dire, que le système photographique est le seul que l’observateur puisse employer pour l’enregistrement ; nous avons uniquement insisté sur celui-là, parce qu’il abonde en appareils nouveaux et ingénieux. Mais, pour compléter notre exposé succinct, il n’est peut-être pas inutile d’ajouter, qu’en dehors du système photographique, la science a souvent recours à deux autres systèmes : celui qui est basé sur les procédés mécaniques et celui qui repose sur des méthodes électro-magnétiques. Le premier consiste à trouver, dans les variations qu’éprouvent les appareils, la force nécessaire à mettre en mouvement les styles enregistreurs, de telle façon qu’il soit possible de leur faire laisser des traces. Ce système est le plus ancien, mais il est difficilement applicable en raison de peu d’intensité de la force dont on dispose. Le second, comme son nom l’indique, est basé sur l’emploi de l’électricité dynamique. La photographie dans un grand nombre de cas offre d’incontestables avantages. Quoi qu’il en soit, l’avenir prouvera que l’enregistrement est la base fondamentale de la météorologie, qui ne peut formuler ses lois qu’en les étayant sur des observations continues. – Un jour viendra où les observatoires fonctionneront d’eux-même : le rayon lumineux écrira en silence la marche et la variation de tous les appareils ; l’observateur n’aura plus qu’à venir, une fois par jour, consulter les registres sensibilisés, où la nature aura, pour ainsi dire, marqué de son propre sceau les changements périodiques ou intermittents dont elle subit sans cesse la mystérieuse influence !

Gaston Tissandier.