Introduction
Le baromètre est une invention capitale du XVIIe siècle qui a permis de quantifier pour la première fois la pression exercée par l'atmosphère. En prouvant l'existence du vide et en mesurant la 'poids de l'air', il a révolutionné la physique et ouvert la voie à la météorologie scientifique. De l'antique baromètre à mercure aux capteurs électroniques modernes, cet instrument reste un pilier de l'observation scientifique.
Contexte
Au début du XVIIe siècle, la nature de l'air et l'existence possible du vide étaient des sujets de vifs débats. Les fontainiers de Florence avaient observé que l'eau ne pouvait être aspirée par une pompe au-delà d'une hauteur d'environ 10 mètres, un phénomène que la physique aristotélicienne, qui rejetait le vide, ne pouvait expliquer. Galilée s'intéressa au problème mais ne le résolut pas. C'est dans ce contexte que son élève, Evangelista Torricelli, entreprit des expériences décisives.
Inventeur
Evangelista Torricelli (1608-1647), physicien et mathématicien italien, succéda à Galilée comme mathématicien du Grand-duc de Toscane. En 1644, il conçut une expérience ingénieuse : il remplit un long tube de verre, scellé à une extrémité, avec du mercure, un liquide 13,6 fois plus dense que l'eau. Après avoir bouché l'extrémité ouverte, il renversa le tube dans une cuvette de mercure. La colonne de mercure descendit puis se stabilisa à une hauteur d'environ 76 cm, laissant un espace apparemment vide au sommet du tube (le 'vide torricellien'). Torricelli comprit que c'était la pression de l'atmosphère sur la surface du mercure dans la cuvette qui soutenait la colonne, et que les variations de cette hauteur reflétaient les variations de la pression atmosphérique.
Fonctionnement
Le principe fondamental est l'équilibre entre le poids de la colonne de liquide dans le tube et la force exercée par la pression atmosphérique sur la surface du liquide dans le réservoir. Dans un baromètre à mercure classique, la hauteur 'h' de la colonne est liée à la pression atmosphérique 'P' par la formule P = ρgh, où ρ est la densité du mercure et g l'accélération de la pesanteur. L'unité de pression 'millimètre de mercure' (mmHg), ou torr en l'honneur de Torricelli, en est directement issue. Les baromètres anéroïdes, inventés plus tard, utilisent une capsule métallique partiellement évacuée d'air qui se déforme sous l'effet de la pression. Ces déformations sont amplifiées par un mécanisme et indiquées par une aiguille sur un cadran gradué.
Evolution
Après l'invention du baromètre à mercure, Blaise Pascal en démontra l'origine atmosphérique en 1648 en faisant mesurer la pression au sommet du Puy de Dôme, où elle était plus faible. Otto von Guericke inventa la pompe à air en 1654. En 1843, le Français Lucien Vidie inventa le baromètre anéroïde, plus portable et sans liquide dangereux, révolutionnant son usage en navigation et pour les baromètres domestiques. Le XXe siècle a vu l'avènement des baromètres électroniques utilisant des capteurs à capacitance ou piézorésistifs, intégrés dans les stations météo automatiques, les smartphones et les avions. L'unité moderne de pression est le pascal (Pa), mais l'hectopascal (hPa) équivaut au millibar (mb) traditionnel.
Impact
L'impact du baromètre est immense. En physique, il a invalidé l'horreur du vide et établi les bases de l'hydrostatique et de la pneumatique. En météorologie, il est devenu l'outil central : la découverte des dépressions et des anticyclones par Christophorus Buys Ballot au XIXe siècle, et la notion de fronts, reposent sur l'analyse des cartes de pression. Il est indispensable aux prévisions météo, à l'aviation (altimètre barométrique) et à la marine. Il a aussi permis des avancées en physiologie (étude de la respiration en altitude) et en géologie. Symboliquement, il représente la mesure et la prévision, incarnant la maîtrise scientifique de l'environnement.
