Physique terrestre

Paulian précise comment il compte présenter cette partie: «Une Physique terrestre compléte, mon cher Chevalier, doit se diviser en 3 Parties. Elles ont pour matière l’atmosphère terrestre, l’extérieur de la Terre, & son intérieur» 12. Une fois de plus, nous n’aborderons pas les contenus trop éloignés de notre sujet où Paulian se pose les questions suivantes: «Qu’est ce que les Plantes qui sont le plus bel ornement du globe que nous habitons ? Que faut-il penser des Animaux qui paroissent avoir été créés que pour nous ? Qu’est-ce enfin que l’homme pour qui la Terre a été tirée du néant». Enfin, dans cette partie, Paulian donne souvent les références des ouvrages dont-il s’est servi et nous ne manquerons pas de les indiquer dans les notes de bas de page.

-L’atmosphère terrestre-

Paulian explique ici comment s’est formée l’atmosphère terrestre et donne sa composition: «Le Créateur en tirant cette Terre du néant, l’a entourée d’un fluide qui participe à ses deux mouvements, l’un diurne sur son axe, & l’autre périodique dans l’Ecliptique. A ce fluide auquel nous avons donné le nom d’air, se joignent des vapeurs & des exhalaisons qui s’élévent du sein même du globe que nous habitons, & qui servent non-seulement à la respiration, mais encore à la formation des Météores ignées & aqueux» 13. Ce fluide exerce sur toute la surface de la Terre une pression considérable dont la «force» 14 est calculée par Paulian, s’aidant pour cela du résultat d’une expérience qu’il utilise dans sa démonstration: «Puisqu’une colonne d’air de la hauteur de l’atmosphère, est en équilibre avec une colonne d’eau de 32 pieds ; il s’ensuit que le

12 _{A.-H Paulian, Traité de paix entre Descartes et Newton, 1763, t. 3, pp. 159-160, pour cette citation et la}

suivante.

13 _{Ibid., pp. 162-339, pour cette citation et les suivantes.}

14 _{Remarquons que Paulian utilise un vocabulaire scientifique qui peut prêter à confusion de nos jours: le}

résultat d’une force étant donné avec l’unité d’une masse (la livre de Paris qui est à peu près égale à 490 g):

«C’est un fait constant que la force avec laquelle sa surface totale est comprimée par le fluide qui l’environne, n’a pas d’autre expression que le nombre 10,838,016,000,000,000,000 de livres».

poids de l’atmosphère sur la surface de la Terre est égale au poids de 32 pieds cubes d’eau dont cette surface seroit couverte». De plus, Paulian détermine que «la force avec laquelle l’atmosphère terrestre comprime le corps humain» s’élève à 30720 livres. Or, il remarque que ce «poids» paraît insensible pour celui qui le subit puisque: «Les différentes colonnes dont l’air est composé, ne sont elles pas en équilibre les unes avec les autres ? Un plongeur qui se proméne au fond de la mer, a sur sa tête des milliards et des milliards de livres d’eau ; mais parce que les colonnes de ce fluide sont dans un parfait équilibre, il en sent infiniment moins le poids, que s’il en portoit une seule livre séparée des eaux de la mer». Paulian présente aussi deux autres explications que les physiciens ont coutume d’invoquer: «Ils disent que nous ne devons pas sentir une pression à laquelle nous sommes accoutumés depuis notre entrée dans le monde ; ils ajoutent que l’air extérieur est en équilibre avec l’air qui se trouve dans l’intérieur du corps humain». Cependant, il préfère sa «réponse démonstrative» aux deux autres «qu’on peut absolument ranger dans la classe des probables». Il en vient alors à parler de la hauteur de l’atmosphère terrestre et il explique que pendant longtemps des physiciens pensaient qu’elle mesurait de «15 à 20 lieuës 15». Cette estimation se fonde sur les observations, faites en 1676, d’un météore ayant parcouru l’Italie. Le physicien La Hire 16 pensait alors que la hauteur de ce météore n’était autre que celle de l’atmosphère terrestre. Or, Paulian trouve ce raisonnement imparfait dans la mesure où rien n’indique que le météore se trouvait alors dans la dernière couche de l’atmosphère. La Hire disait aussi que les observations faites au crépuscule pouvaient servir à déterminer la hauteur de l’atmosphère terrestre comme le relate Paulian: «Puisqu’elle est entourée d’un fluide dont les couches diminuent en densité, à mesure qu’elles s’éloignent de nous, il est impossible que lorsque le Soleil ne sera pas bien enfoncé sous l’horizon, plusieurs rayons de lumière envoyés par cet Astre, ne rencontrent des couches assez denses pour les réfracter, & pour les déterminer par-là à se porter vers la Terre». Il ajoute que, selon les astronomes, la dernière lueur du crépuscule s’observe quand le Soleil se trouve à 18 degrés au-dessous de l’horizon. Ainsi, La Hire, poursuit Paulian, tire de l’observation que la dernière couche de l’atmosphère «ne peut-être éloignée de la Terre que de 34585 toises», soit environ 15 lieues. Cependant, Paulian fait remarquer que Dortous de Mairan, dans son Traité de l’Aurore

15 _{Ici et par la suite, Paulian utilise d’anciennes unités de distance: la lieue, la toise, le pied et le pouce.} 16

boréale, pense que la méthode employée par La Hire n’est pas satisfaisante puisqu’il n’est pas certain que la dernière couche qui réfracte la lumière du Soleil au crépuscule est la couche supérieure de l’atmosphère. Paulian ajoute qu’une autre méthode de détermination de la couche atmosphérique utilisant le baromètre a été mise au point par Pascal. Le physicien en conclut «qu’une élévation perpendiculaire de 12 toises au dessus de la surface de la Terre, produit une élévation d’une ligne [du baromètre]». La hauteur du baromètre ne dépassant jamais les 28 pouces, Paulian explique que cette méthode ne donne au final qu’une hauteur de 4032 toises. Cependant, il précise que cette manière de faire présente un gros défaut qui la rend trop approximative: l’atmosphère n’est pas un fluide homogène mais est composée de plusieurs couches successives dont les densités diminuent avec l’altitude. De plus, Paulian explique que Newton s’était aussi penché sur le sujet et a déterminé une hauteur d’environ 1500 lieues pour l’atmosphère terrestre. Enfin, il met ce problème «dans la classe des insolubles» mais assure tout de même: «L’atmosphère terrestre a plus de 260 lieuës de hauteur, puisque la fameuse aurore boréale de 1726 dont le siège est évidemment dans notre athmosphére, étoit au moins à 260 lieuës de la Terre».

-L’air-

Paulian rappelle la définition de l’air que donne Descartes: «Un fluide composé de parties irrégulières, très-déliées, à peu près semblables à de petites plumes, ou à de petits bouts de cordes». Paulian trouve que, même si cette description paraît plausible, rien ne permet vraiment de penser cela. Par contre, dit-il, il est bien établi que l’air possède les deux qualités suivantes: «C’est un fluide très-grave & très-élastique ; très grave, puisque dans le barométre il fait monter le mercure à 28 pouces, & dans les pompes aspirantes l’eau jusqu’à 32 pieds ; très-élastique, puisque comprimé il éléve l’eau à une hauteur prodigieuse, & qu’il pousse dans un fusil à vent plusieurs bales avec encore plus de force que ne le fait la poudre enflammée dans les fusils ordinaires». Concernant maintenant les causes de la gravité et du ressort de l’air, Paulian demande de se référer à la partie de sa «Physique générale pour la gravité & le ressort des corps considérés en général». De plus, il ne souhaite pas s’attarder sur les nombreuses expériences sur l’air comme celles

utilisant la machine pneumatique car, dit-il : «Une pareille énumération seroit-elle supportable dans un Plan de Physique, & dans une occasion ou Descartes & Newton n’ont pas même pensé à se faire la guerre ?» Paulian poursuit en parlant du son, sujet à propos duquel, dit-il, «Newton n’a pas même pensé à contredire Descartes». Il explique que «ces deux physiciens sont persuadés que ce n’est qu’un mouvement de trémoussement & de frémissement imprimé principalement aux parties insensibles des corps sonores». Pour cela, il remarque qu’il suffit d’avoir à l’esprit «une corde de violon qui rend du son, lorsqu’on la pince avec le doigt, & qu’on voit pendant ce tems-là dans une espèce de tremblement». Il présente aussi l’expérience faite par La Hire: «Ce physicien prit de petites pinces qu’il soutint par l’arc sur le bout de son doigt ; il serra les extrémités des branches l’une contre l’autre vers le bas ; il les lâcha subitement ; les parties sensibles des pincettes frémirent très sensiblement, sans donner presque aucun son. Il frappa ensuite les branches de ces mêmes pincettes avec un morceau de fer, & l’on entendit un son fort clair». Cela fait conclure à Paulian: «Le son dépend sur-tout des vibrations imprimées aux parties insensibles des corps sonores». Enfin, il explique que l’air qui est très élastique est aussi un corps sonore: «Il est très-capable de recevoir dans ses parties sensibles & insensibles ce mouvement de trémoussement & de frémissement qui produit le son» . De plus, il ajoute: «C’est encore le véhicule qui fait passer le son jusqu’à l’organe de l’oüie, puisque dans le récipient de la Machine pneumatique exactement purgé d’air, l’on n’entend pas les vibrations d’un pendule qu’on voit néanmoins aller & revenir».

-Les météores-

Paulian aborde les différents types de météores. Il signale que Descartes a très bien expliqué les météores aériens que sont les vents. Cependant, Paulian pense que «l’attraction y rentre [aussi] pour quelque chose» puisque tout comme les océans qui sont sujets aux flux et aux reflux causés par l’attraction de la lune et du soleil, l’atmosphère terrestre doit aussi subir l’influence de ces deux astres et «doit être continuellement dans une très grande agitation». Ce complément d’explication sur les vents fait ainsi dire à Paulian: «Voilà, mon cher chevalier, une explication des Météores aëriens que je puis appeler Newto-Cartésienne ; de deux causes que je vous ai apportées, l’une m’a été

fournie par Descartes, & l’autre par Newton». En ce qui concerne la formation des météores aqueux que sont les nuages, la neige, la pluie, la grêle et le serein, Paulian se fie complètement aux explications de Descartes. De même, «son explication des Météores ignées a de très-bonnes choses», bien que depuis, dit-il, la machine électrique permet d’accéder à de «nouveaux principes» déjà évoqués ailleurs: «Je vous les ai expliqués, en vous rendant compte des pensées de Descartes sur les causes des Eclairs & des Tonnerres». Sur l’explication de l’arc-en-ciel, Paulian n’a rien à dire de plus: «Ajouter à ce qu’il y a de bon dans celle de Descartes les nouvelles découvertes de Newton ; & vous serez sur d’être applaudi de tout le monde». Enfin, Paulian finit en évoquant les causes accidentelles de la chaleur et du froid et explique alors: «S’il fait plus chaud à Rome, qu’à Pekin, c’est que l’atmosphère de la dernière de ces deux villes est chargée de corpuscules nitreux, très-propres de leur nature à retarder le mouvement de la matière ignée, que vous sçavez être l’unique cause de la chaleur».

Dans sa réponse, le chevalier complète l’explication du son en faisant remarquer: «L’air est le véhicule, non seulement du son direct, mais encore du son réfléchi». Il ajoute sur ce point: «Lorsque le son réfléchi ne vient à nos oreilles qu’après le son direct, il forme les échos qui, pris matériellement, consistent dans des corps très-polis, capables de réfléchir l’air agité d’un mouvement de trémoussement & de frémissement. Lorsque le corps réfléchissant n’est pas éloigné de nous, alors le son réfléchi ne fait que renforcer le son direct». Enfin, le chevalier relève que Paulian n’a «rien dit de la Rosée, des Parélies, des Parasélénes & des Halos» mais que les explications des trois premiers phénomènes atmosphériques sont insérées dans la «vie littéraire de Descartes 17», de même pour l’explication des halos qui figure dans «celle de Newton».

-La figure de la Terre-

Paulian revient sur ce qu’il avait déjà dit sur Newton au sujet de la figure de la Terre: «Ce physicien avoit démontré par les loix des forces centrales que le globe que

17 _{Notons que par «vie littéraire de Descartes» et «vie littéraire de Newton», il désigne simplement les deux}

premiers tomes du Traité de paix entre Descartes et Newton dont l’un aborde l’œuvre de Descartes et l’autre celle de Newton.

nous habitons, étoit un sphéroïde applati vers les pôles, & élevé vers son équateur ; & que l’axe de ce globe : au diamètre de son équateur :: 229 :230 ; ce qui donne 12 à 13 lieuës au diamètre de l’équateur sur l’axe de la Terre». Pour confirmer que la Terre a bien cette forme comme l’a calculé Newton, Paulian reprend l’expérience de Richer 18. Ce dernier avait remarqué qu’un même pendule battant la seconde à Paris effectuait un mouvement de va et vient dans un temps plus grand lorsque l’expérience se faisait à Cayenne, non loin de l’équateur terrestre. Cette expérience montre donc que la gravité est moins forte au niveau de l’équateur et confirme donc que la Terre n’est pas sphérique (la gravité diminuant avec l’altitude). Cependant, Paulian remarque que cette expérience qui paraît concluante présente un gros défaut: la Terre n’est pas considérée comme un astre en rotation autour de son axe et la force centrifuge est oubliée. Si l’on prend cela en considération, l’expérience de Richer ne confirme plus la forme aplatie de la Terre puisque, explique Paulian: «Une augmentation de force centrifuge annonce toujours une diminution de force centripéte ; donc les corps qui sont sous l’équateur céleste, ont moins de force centripéte que les autres ; donc la gravité des corps va toujours en diminuant [de l’équateur vers les pôles]». Paulian relate alors les observations astronomiques réalisées en divers lieux de la Terre qui ont enfin permis de confirmer les calculs de Newton: «En l’année 1734, partirent par l’ordre & aux frais de Louis XV, pour le Nord M. M de Maupertuis, Clairaut, le Camus, le Monnier, l’Abbé Outhier & Celsius ; & pour le Pérou M.M. Bouguer, de la Condamine & Godin. Des opérations que ces sçavants Mathématiciens ont faites dans ces deux parties du monde, il résulte que le degré du Méridien terrestre est plus grand d’environ 1000 toises du côté des pôles, que du côté de l’équateur, c’est-à-dire, qu’il faut faire environ 1000 toises de plus du côté des pôles, que du côté de l’équateur, pour que l’élévation de l’étoile polaire change d’un degré par rapport à un même observateur ; donc la Terre est un sphéroïde applati vers les pôles, & élevé vers l’équateur». Après avoir donné quelques précisions supplémentaires sur la méthode employée par Maupertuis et les autres physiciens, Paulian indique le sentiment de Nollet 19 sur la cause qui a donné à la Terre cette forme particulière : «Si la Terre a reçu, au moment de sa création, un mouvement de rotation sur son axe, comme elle l’a reçu en effet, l’équilibre n’a pas pu subsister entre des rayons égaux : car alors la force

18 _{J. Richer réalisa cette expérience, en 1672, lors d’une expédition en Guyane.} 19

centrifuge a détruit une partie de la pesanteur, & cette diminution a toujours été en augmentant du pôle à l’équateur…La matière qui compose notre globe, a donc dû, pour être en équilibre avec elle-même, s’élever de plus en plus depuis les pôles jusqu’à l’équateur, & former un sphéroïde élevé vers l’équateur & applati vers les pôles». Pour rendre plus sensible cette explication, Paulian présente une expérience mise au point par Nollet permettant de visualiser cette évolution de forme: «[Il] remplit de paille d’avoine un sac de cuir de mouton, composé de 12 fuseaux semblables…Il garnit à ses deux pôles cette espèce de sphère flexible, de deux morceaux de bois percés qui glissoient sur un axe de fer…Il imprima à ce globe un mouvement de rotation. Ce mouvement lui fit perdre en peu de tems la figure sphérique, pour lui faire prendre celle d’un sphéroïde qui parut sensiblement applati vers les pôles, & élevé à l’équateur».

-Les tubes communicants-

Paulian s’intéresse aux fluides homogènes versés dans des tubes communicants et énonce le principe suivant: «Des fluides qui se trouvent dans des tubes communiquants, tendent toujours à se mettre en équilibre, & s’y mettent en effet, lorsqu’il n’y a pas des obstacles capables d’empêcher que cette loi de Méchanique n’ait son effet plein & entier». Il ajoute que cette loi reste vraie si les tubes ont des tailles différentes sauf pour les tubes capillaires, c’est-à-dire, «les tubes dont le diamètre est à peu près semblable à celui d’un cheveu». De plus, il ajoute: «Ce sera la raison qui m’apprendra que l’eau du petit tube doit être en équilibre avec l’eau du grand tube. En effet ces deux quantités d’eau doivent être en équilibre, si elles ont égale force 20». Comme la force est égale à la masse multipliée par la «vitesse dispositive», Paulian explique que «deux quantités qui ont leurs masses précisément en raison inverse de leurs vitesses dispositives, ont égale force». C’est le cas pour les deux quantités d’eau se trouvant dans les tubes communicants de tailles différentes puisque, dit-il: «Inclinez le grand tube, & obligez une partie de l’eau qu’il contient à passer dans le petit ; vous verrez que tandis que l’eau, tirée de son état d’équilibre, s’abaissera d’une très petite quantité dans le grand tube, elle s’élévera d’une quantité très-considérable dans le petit». De plus, il poursuit en faisant

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remarquer que le rapport entre l’abaissement de l’eau dans le grand tube et l’élévation de l’eau dans le petit tube est une grandeur proportionnelle au rapport entre la masse d’eau qui s’élève et la masse d’eau qui s’abaisse. Et comme «l’abaissement & l’élévation de ces deux quantités d’eau marquent leurs vitesses 21», il s’en suit, pour Paulian, que «ces deux quantités d’eau ont leurs masses en raison inverse de leurs vitesse», ont une force égale 22, sont en équilibre et en conclusion: «Dans deux tubes communiquants de différente capacité, une eau parfaitement homogène doit garder un parfait niveau». Paulian aborde alors le cas des liquides hétérogènes de densités différentes que l’on verse dans deux tubes communicants: «Ils se mettent aussi bien en équilibre, que des fluides homogénes…mais ils ne se mettent jamais de niveau». Il explique aussi que le liquide le plus dense surélève le liquide le moins dense d’une manière proportionnelle aux densités des deux liquides en présence 23. Pour finir, Paulian aborde les eaux salées et douces. Il rappelle que lorsqu’il s’agit de se prononcer sur le phénomène de flux et de reflux des eaux de mers, il est «parfaitement Newtonien en cette matière» et que lorsqu’il s’agit d’expliquer les phénomènes propres aux eaux douces comme les fontaines, il suit souvent