L’Encyclopédie/1re édition/TOURBILLON
TOURBILLON, s. m. (Physique.) c’est en général un mouvement de l’air, subit, rapide, impétueux, & qui se fait en tournant. Voyez Ouragan.
Tourbillon se dit aussi quelquefois d’un goufre ou d’une masse d’eau, qu’on observe dans quelques mers ou rivieres qui tournoient rapidement, en formant une espece de creux dans le milieu.
La cause ordinaire de ces tourbillons vient d’une grande cavité, par où l’eau de la mer s’absorbe & se précipite dans quelqu’autre réservoir ; quelquefois même elle communique par ce moyen à quelqu’autre mer.
A l’imitation de ces phénomenes naturels, on peut faire un tourbillon artificiel avec un vase cylindrique, fixé sur un plan horisontal, & rempli d’eau jusqu’à une certaine hauteur. En plongeant un bâton dans cette eau, & le tournant en rond aussi rapidement qu’il est possible, l’eau est nécessairement forcée de prendre un mouvement circulaire assez rapide, & de s’élever jusqu’aux bords même du vase : quand elle y est arrivée, il faut cesser de l’agiter.
L’eau ainsi élevée forme une cavité dans le milieu, qui a la figure d’un cône tronqué, dont la base n’est pas differente de l’ouverture supérieure du vase, & dont le sommet est dans l’axe du cylindre.
C’est la force centrifuge de l’eau qui, causant son élévation aux côtés du vase, forme la cavité du milieu : car le mouvement de l’eau étant circulaire, il se fait autour d’un centre pris dans l’axe du vase, ou, ce qui est la même chose, dans l’axe du tourbillon que forme l’eau : ainsi la même vîtesse étant imprimée à toute la masse de l’eau, la circonférence d’un plus petit cercle d’eau, ou d’un cercle moins éloigné de l’axe, a une force centrifuge plus grande qu’une autre circonférence d’un plus grand cercle, ou, ce qui revient au même, d’une circonférence plus éloignée de l’axe : le plus petit cercle pousse donc le plus grand vers les côtés du vase ; & de cette pression ou de cette impulsion que tous les cercles reçoivent des plus petits qui les précedent, & qui se communiquent aux plus grands qui les suivent, procede cette élévation de l’eau le long des côtés du vase jusqu’au bord supérieur, où nous supposons que le mouvement cesse.
M. Daniel Bernoully, dans son hydrodynamique, a déterminé la courbure que doit prendre la surface d’un fluide qui se meut ainsi en tourbillon. Il suppose telle loi qu’on veut dans la vîtesse des différentes couches de ce tourbillon, & il détermine d’une maniere fort simple la figure de la courbe dans ces différentes hypotheses.
M. Clairaut a aussi déterminé cette même courbure dans sa théorie de la figure de la terre ; & il observe à cette occasion que M. Herman s’est trompé dans la solution qu’il a donnée de ce même problème.
M. Saulmon, de l’académie royale des Sciences, a fait différentes expériences avec un pareil tourbillon en y mettant différens corps solides, qui pussent y recevoir le même mouvement circulaire : il se proposoit de découvrir par-là lesquels de ces corps faisant leurs révolutions autour de l’axe du tourbillon, s’approcheroient ou s’éloigneroient davantage de cet axe, & avec quel degré de vîtesse ils le feroient ; le résultant de cette expérience sut que plus un corps étoit pesant, plus il s’éloignoit de l’axe.
Le dessein de M. Saulmon étoit de faire voir, par cette expérience, la maniere dont les lois de la méchanique pouvoient produire les mouvemens des corps célestes ; & que c’est probablement à ces mouvemens qu’il faut attribuer le poids, ou la pesanteur des corps Mais les expériences donnent un résultat précisément contraire à ce qui devroit arriver, pour confirmer la doctrine de Descartes sur la pesanteur. Voyez Pesanteur.
Tourbillon, dans la philosophie de Descartes,… c’est un système ou une collection de particules de matieres qui se meuvent autour du même axe.
Ces tourbillons sont le grand principe, dont les successeurs de Descartes se servent pour expliquer la plûpart des mouvemens, & des autres phénomenes des corps célestes. Aussi la théorie de ces tourbillons fait-elle une grande partie de la philosophie cartésienne. Voyez Cartésianisme.
Les Cartésiens prétendent que la matiere a été divisée d’abord en une quantité innombrable de petites particules égales, ayant chacune un égal degré de mouvement autour de leur propre centre. Voyez Fluide.
Ils supposent de plus que différens systèmes ou différens amas de cette matiere ont reçu un mouvement commun autour de certains points comme centres communs, & que ces matieres prenant un mouvement circulaire, ont composé autant de tourbillons.
Ces particules primitives de matiere, agitées de mouvemens circulaires, ayant perdu leurs pointes ou leurs inégalités par leurs frottemens réciproques, ont acquis des figures sphériques, & sont parvenues à composer des globules de différentes grandeurs, que les Cartésiens appellent la matiere du second élément ; & ils donnent le nom de matiere du premier élément à cette espece de poussiere ou de limaille qu’il a fallu enlever de dessus ces particules, afin de leur donner la forme sphérique. Voyez Elément.
Et comme il y auroit de ce premier élément bien plus qu’il n’en faudroit pour remplir tous les vuides entre les globules du second, ils supposent que le surplus est chassé vers le centre du tourbillon par le mouvement circulaire des globules ; & que s’y amassant en forme de sphere, il produit un corps semblable au soleil. Voyez Soleil.
Ce soleil ainsi formé, tournant autour de son propre axe avec toute la matiere du tourbillon, doit nécessairement pousser au-dehors quelques-unes de ses parties, par les vuides que laissent les globules du second élément qui constitue le tourbillon : & cela doit arriver particulierement aux endroits qui sont les plus éloignés des poles, le soleil recevant en même tems par ces poles précisément autant de matiere qu’il en perd dans les parties de son équateur, moyennant quoi il fait tourner plus vîte les globules les plus proches, & plus lentement les globules plus éloignés. Ainsi les globules qui sont les plus proches du centre du soleil, doivent être les plus petits, parce que les plus grands ont, à raison de leur vîtesse, une plus grande force centrifuge qui les éloigne du centre. Voyez Lumiere.
S’il arrive que quelqu’un de ces corps solaires qui sont au centre des différens tourbillons, soit tellement encrouté ou affoibli, qu’il soit emporté dans le tourbillon du véritable soleil, & qu’il ait moins de solidité ou moins de mouvement que les globules qui sont vers l’extrémité du tourbillon solaire, il descendra vers le soleil jusqu’à ce qu’il se rencontre avec des globules de même solidité que la sienne, & susceptibles du même degré de mouvement dont il est doué ; & se fixant dans cette couche, il sera emporté par le mouvement du tourbillon, sans jamais s’approcher ou s’écarter davantage du soleil ; ce qui constitue une planete. Voyez Planete.
Cela posé, il faut se représenter ensuite que notre système solaire fut divisé d’abord en plusieurs tourbillons ; qu’au centre de chacun de ces tourbillons il y avoit un corps sphérique lumineux ; que quelques-uns d’entr’eux s’étant encroutés par degrés furent engloutis par d’autres tourbillons plus grands & plus puissans, jusqu’à ce qu’enfin ils furent tous détruits & absorbés par le plus fort des tourbillons solaires, excepté un petit nombre qui s’échaperent en lignes droites d’un tourbillon dans un autre, & qui devinrent par ce moyen ce que l’on appelle des cometes. Voyez Comete.
Cette doctrine des tourbillons est purement hypothétique. On ne prétend point y faire voir par quelles lois & par quels moyens les mouvemens célestes s’exécutent réellement, mais seulement comment tout cela auroit pû avoir lieu, en cas qu’il eût plû au créateur de s’y prendre de cette maniere dans la construction méchanique de l’univers. Mais nous avons un autre principe qui explique les mêmes phénomenes aussi-bien, & même beaucoup mieux que celui des tourbillons, principe dont l’existence actuelle se manifeste pleinement dans la nature : nous voulons parler de la gravitation des corps. Voyez Gravitation.
On peut faire bien des objections contre le principe des tourbillons. Car 1°. si les corps des planetes & des cometes étoient emportés autour du soleil dans des tourbillons, les parties correspondantes du tourbillon devroient se mouvoir dans la même direction, & il faudroit de plus qu’elles eussent la même densité. Il est constant que les planetes & les cometes se meuvent dans les mêmes parties des cieux avec différens degrés de vîtesse, & dans différentes directions. Il s’ensuit donc que ces parties du tourbillon doivent faire leur révolution en même tems dans différentes directions, & avec différens degrés de vîtesse ; puisqu’il faudra une vîtesse & une direction déterminées pour le mouvement des planetes, & une autre pour celui des cometes.
Or comment cela se peut-il concevoir ? Il faudroit dire que différens tourbillons pussent s’entrelacer & se croiser ; ce qui ne sauroit se soutenir.
2°. En accordant que différens tourbillons sont contenus dans le même espace, qu’ils se pénetrent l’un l’autre, & qu’ils font leur révolution avec des mouvemens différens ; puisque ces mouvemens doivent être conformes à ceux des corps célestes qui sont parfaitement réguliers, & qui se font dans des sections coniques ; on peut demander comment ils auroient pû se conserver si long-tems sans aucune altération, sans aucun trouble par les chocs & les actions contraires de la matiere qu’ils ont perpétuellement rencontrée.
3°. Le nombre des cometes est fort grand, & leur mouvement parfaitement régulier ; elles observent les mêmes lois que les planetes, & elles se meuvent dans des orbites elliptiques qui sont excessivement excentriques : ainsi elles parcourent les cieux dans tous les sens, traversant librement les régions planétaires, & prenant fort souvent un cours opposé à l’ordre des signes ; ce qui seroit impossible, s’il y avoit des tourbillons.
4°. Si les planetes étoient mues autour du soleil dans des tourbillons, nous avons déja observé que les parties des tourbillons voisines des planetes seroient aussi denses que les planetes elles-mêmes ; par conséquent la matiere du tourbillon, contiguë à la circonférence de l’orbite de la terre, seroit aussi dense que la terre même : pareillement la matiere contenue entre les orbites de la Terre & de Saturne seroit moins dense. Car un tourbillon ne sauroit se soutenir, à-moins que les parties les moins denses ne soient au centre, & que les plus denses ne soient à la circonférence ; de plus, puisque les tems périodiques des planetes sont entr’eux comme les racines quarrées des cubes de leurs distances au soleil, les vîtesses du tourbillon doivent être dans ce même rapport ; d’où il suit que les forces centrifuges de ces parties seront réciproquement comme les quarrés des distances. Ainsi les parties qui seront à une plus grande distance du centre, tendront à s’en éloigner avec moins de force ; c’est pourquoi, si elles étoient moins denses, elles devroient céder à la plus grande force, avec laquelle les parties plus voisines du centre tendent à s’élever ; ainsi les plus denses s’éleveroient & les moins denses descendroient ; ce qui occasionneroit un changement de place dans la matiere des tourbillons.
La plus grande partie du tourbillon, hors de l’orbite de la terre, auroit donc un degré de densité aussi considérable que celui de la terre même. Il faudroit donc que les cometes y éprouvassent une fort grande résistance, ce qui est contraire aux phénomenes. Cotes. præf. ad Newt. princip. Voyez Comete, Résistance, &c.
M. Newton observe encore que la doctrine des tourbillons est sujette à un grand nombre d’autres difficultés : car afin qu’une planete décrive des aires proportionnelles aux tems, il faut que les tems périodiques du tourbillon soient en raison doublée des distances au soleil ; & pour que le tems périodique des planetes soit en raison sesquiplée de leurs distances au soleil, il est nécessaire que les tems périodiques des parties du tourbillon soient dans ce même rapport ; & enfin pour que les petits tourbillons autour de Jupiter, de Saturne & des autres planetes puissent se conserver, & nager en toute sûreté dans le tourbillon du soleil ; les tems périodiques des parties du tourbillon du soleil devroient être égaux : aucun de ces rapports n’a lieu dans les révolutions du soleil & des planetes autour de leur axe. Phil. natur. princ. math. schol. gen. à la fin.
Outre cela les planetes dans cette hypothese étant emportées autour du soleil dans des orbites elliptiques, & ayant le soleil au foyer de chaque figure, si l’on imagine des lignes tirées de ces planetes au soleil, elles décrivent toujours des aires proportionnelles aux tems de leurs révolutions : or M. Newton fait voir que les parties d’un tourbillon ne sauroient produire cet effet. Scol. prop. ult. lib. II. princip.
Le même M. Newton a fait encore d’autres objections contre la formation des tourbillons en elle-même. Si le monde est rempli de tourbillons, ces tourbillons doivent nécessairement former des vuides entr’eux, puisque des corps ronds qui se couchent laissent toujours des vuides. Or les parties d’un fluide & de tout corps qui se meut en rond, tendent sans cesse à s’échapper, & s’échappent en effet dès que rien ne les en empêche. Donc les particules du tourbillon qui répondent à ces vuides, doivent s’échapper & le tourbillon se dissiper. On dira peut-être, & c’est en effet le réfuge de quelques cartésiens, que ces vuides sont remplis de matiere qui s’oppose à la dissipation des particules du tourbillon : mais cette matiere qui n’a point de force par elle-même, ne peut empêcher les particules de s’échapper dans les principes de Descartes, autrement il faudroit dire que le mouvement est impossible dans le plein ; & c’est de quoi les Cartésiens sont bien éloignés. Par conséquent si on admettoit le système des tourbillons, il faudroit les réduire à un seul tourbillon infini en tout sens ; c’est ce que les partisans des tourbillons n’admettront pas.
De plus, en supposant qu’il n’y eût qu’un seul tourbillon, il faut nécessairement que ses couches observent une certaine loi dans leurs mouvemens. Car supposons trois couches voisines, dont la premiere, c’est-à-dire la plus proche du centre, se meuve plus promptement, & les deux autres plus lentement, à proportion qu’elles ont un plus grand rayon : il est certain que le frottement de la premiere couche contre la seconde tend à accélérer cette seconde couche, & que le frottement de la troisieme couche contre cette même seconde couche tend au contraire à la retarder ; ainsi pour que la seconde couche conserve sa vîtesse, & ait un mouvement permanent & invariable, il faut que les deux frottemens qui tendent à produire des effets contraires soient égaux. Or M. Newton trouve que pour cela il faut que les vîtesses des couches du tourbillon suivent une certaine loi, qui n’est point du tout celle du mouvement des planetes.
De plus, M. Newton suppose dans cette démonstration, qu’il y ait au centre du tourbillon un globe qui tourne sur son axe, & il trouve qu’il faudroit continuellement rendre à ce globe une partie de son mouvement pour empêcher que sa rotation ne cessât. Il n’y auroit qu’un seul cas où le fluide mû en tourbillon & la rotation du globe pourroient se conserver, sans l’action continuelle d’une force conservatrice : ce seroit celui où le globe & les couches du tourbillon feroient leurs révolutions en même-tems, comme si elles ne faisoient qu’un corps solide. Ainsi les planetes devroient faire toutes leurs révolutions dans le même tems ; ce qui est fort éloigné de la vérité.
La rotation des planetes autour de leurs axes est encore un phénomene inexplicable par les tourbillons : dès la naissance, pour ainsi dire, du Cartésianisme, on a fait voir que dans le système des tourbillons les planetes devroient tourner sur leurs axes d’orient en occident. Car la matiere qui frappe l’hémisphere inférieur, ayant plus de vîtesse que celle qui frappe l’hémisphere supérieur, elle doit faire avancer l’hémisphere inférieur plus que l’hémisphere supérieur, ce qui ne peut se faire sans que la planete tourne.
Représentez-vous un bâton situé verticalement, que l’on pousse d’occident en orient par en-bas avec plus de force que par en-haut ; il saute aux yeux que ce bâton tournera par sa partie inférieure d’occident en orient, & par sa partie supérieure d’orient en occident. C’est le contraire de ce qui arrive aux planetes, & c’est encore une difficulté qui est jusqu’à présent demeurée sans réponse.
De plus, M. Keil prouve, dans son examen de la théorie de Burnet, d’après le scol. qui est à la fin du second livre des principes de Newton, que si la terre étoit emportée dans un tourbillon, elle iroit plus vîte dans le rapport de 3 à 2, quand elle est au signe de la Vierge, que quand elle est à celui des poissons ; ce qui est contraire à toutes les observations. Chambers.
Enfin on pourroit encore, selon M. Formey, faire des objections très-solides contre la division & le mouvement de la matiere dans les principes de Descartes. Pour ce qui regarde la division, on ne peut la concevoir qu’en deux manieres, ou bien en imaginant entre les parties divisées des intervalles vuides, ou bien en concevant ces intervalles remplis de quelques corps ou de quelque matiere d’une nature différente de celle des parties. C’est ainsi que, quoique tout soit plein dans le monde, nous concevons quatre dés approchés les uns contre les autres comme quatre corps cubiques distingués, parce que, quoiqu’il n’y ait point de vuide entr’eux, on y apperçoit cependant un petit intervalle rempli d’air, qui empêche de les concevoir comme un seul corps. Mais, selon les principes du Cartésianisme, on ne peut concevoir la chose ni en l’une ni en l’autre maniere : car on ne peut pas supposer de vuide entre les parties divisées, puisque le vuide dans ce système est impossible. On n’y peut pas concevoir non plus de corps de différente nature, puisque la différence des corps, selon l’auteur du système, n’existe qu’après l’agitation & le mouvement de la matiere : cette division est donc une chimere. Pour ce qui est du mouvement, c’est bien pis encore ; car le moyen de concevoir que toutes ces parties cubiques, lesquelles sont toutes dures, impénétrables & incapables de compression, puissent tourner sur leur centre de maniere à se casser sans qu’il n’y ait déja ou qu’il ne se fasse quelque vuide. Car la petitesse ne fait rien ici, puisque quelque petites qu’elles soient, elles sont dures, impénétrables, & concourent toutes ensemble à résister au mouvement de chacune en particulier. A ces difficultés générales, on en joint de particulieres, qui prouvent que tout ce que nous découvrons dans la lumiere & dans la structure de la terre, est incompatible avec l’architecture cartésienne.
Nous répondons ici en peu de mots à une objection des cartésiens. Les surfaces concentriques du tourbillon, disent-ils, sont comme les quarrés des distances ; les forces centrifuges doivent être en raison inverse de ces surfaces, afin que les surfaces soient en équilibre, ainsi les forces centrifuges doivent être en raison inverse des quarrés des distances, & les vîtesses en raison inverse des racines quarrées ; ce qui est la loi de Kepler. A cela on répond 1°. que ce prétendu équilibre des surfaces, en vertu de leurs forces centrifuges, est une chimere, parce qu’il n’y a point d’équilibre entre des forces conspirantes ; 2°. que par les lois de l’hydrostatique, les grandeurs des surfaces ne devroient entrer pour rien dans cet équilibre ; 3°. que quand on expliqueroit par-là une des lois de Kepler sur les vîtesses des différentes planetes, on n’expliqueroit pas l’autre, savoir que la vîtesse d’une même planete aphélie & périhélie est en raison inverse de la distance, & non de sa racine.
Le P. Malebranche avoit imaginé de petits tourbillons, à l’imitation de ceux de Descartes. Ces petits tourbillons, par les moyens desquels il prétendoit expliquer la lumiere, les couleurs, l’élasticité, &c. ont fait pendant quelque tems une grande fortune : mais ils sont presque oubliés aujourd’hui. En effet si les grands tourbillons sont une chimere, comme on ne peut en douter, c’est déja un grand préjugé contre les petits. D’ailleurs on peut faire contre l’existence de tous ces tourbillons cette objection générale & bien simple, à laquelle on ne répondra jamais ; c’est que leurs parties ayant une force centrifuge, s’échapperont nécessairement par les vuides que ces tourbillons laisseront entr’eux. L’existence supposée de ces petits corps en annonce la ruine. (O)
Tourbillon, (Artificier.) c’est un artifice composé de deux fusées directement opposées & attachées sur les tenons d’un tourniquet de bois, comme ceux que les anciens appelloient bâton à feu, avec cette différence qu’on met le feu aux bouts par le côté & non suivant l’axe. Cet artifice produit l’effet d’une girandole.