Expérience de Torricelli

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Pendant une grande partie de l'histoire de l'humanité, la pression des gaz comme l'air a été ignorée, niée ou considérée comme allant de soi. Pourtant, dès le VIe siècle avant J.-C., le philosophe grec Anaximène de Milet affirmait que toute matière est constituée d'air, dont la nature se modifie simplement en fonction de la pression. Il observait l'évaporation de l'eau et son passage à l'état gazeux, et pensait que ce principe s'appliquait également à la matière solide. L'air plus condensé rend les objets plus froids et plus lourds, tandis que l'air plus dilaté les rend plus légers et plus chauds. Ce phénomène était comparable à la façon dont les gaz deviennent moins denses lorsqu'ils sont plus chauds et plus denses lorsqu'ils sont plus froids^[2].

Aristote affirmait dans certains de ses écrits que « la nature a horreur du vide » et que l'air n'a pas de masse. La popularité de ce philosophe a maintenu cette conception dominante en Europe pendant deux mille ans. Galilée lui-même l'acceptait, croyant que l'attraction du vide crée un siphon et que cette attraction peut être vaincue si le siphon est suffisamment haut^[3].

Au XVIIe siècle, Evangelista Torricelli mena des expériences avec le mercure qui lui permirent de mesurer la présence d'air. Il plongeait un tube de verre, fermé à une extrémité, dans un récipient de mercure, puis retirait l'extrémité fermée, maintenant l'autre extrémité immergée. Le poids du mercure l'attirait vers le bas, créant un vide partiel à l'autre extrémité. Ceci confirma son hypothèse selon laquelle l'air/gaz possède une masse, exerçant une pression sur les objets environnants. Cette découverte amena Torricelli à la conclusion suivante : Nous vivons immergés au fond d'un océan d'air, élément dont l'existence d'un poids est incontestablement démontrée par des expériences.

Ce test constitua en quelque sorte le premier manomètre documenté. En 1647, Valerianus Magnus publia sa « Demonstration ocularis », dans laquelle il affirmait avoir prouvé l'existence du vide à la cour du roi de Pologne, Ladislas IV, à Varsovie, grâce à une expérience identique à celle menée par Torricelli trois ans auparavant. Trois mois après Magnus, Blaise Pascal publia ses « Expériences nouvelles touchant le vide », détaillant ses premières expériences barométriques. Pascal alla plus loin que Torricelli, demandant à son beau-frère de reproduire l'expérience à différentes altitudes sur une montagne et constatant, en effet, que plus on descend dans l'océan atmosphérique, plus la pression est élevée.

L'expérience utilise un simple baromètre pour mesurer la pression de l'air. Ce baromètre est rempli de mercure jusqu'à 75 % de sa hauteur. Les bulles d'air présentes dans le tube doivent être éliminées en le retournant plusieurs fois. Ensuite, on le remplit à nouveau de mercure propre jusqu'à ce qu'il soit complètement plein. Le baromètre est alors placé à l'envers sur le récipient contenant le mercure. Le mercure contenu dans le tube descend alors jusqu'à ce que la différence de niveau entre le mercure à la surface et à l'intérieur du tube soit d'environ 760 mm. Même si le tube est secoué ou incliné, la différence de niveau entre la surface et l'intérieur du tube reste inchangée grâce à l'influence de la pression atmosphérique.