S. m. (Physique) c'est en général un mouvement de l'air, subit, rapide, impétueux, et qui se fait en tournant. Voyez OURAGAN.
Tourbillon se dit aussi quelquefois d'un gouffre ou d'une masse d'eau, qu'on observe dans quelques mers ou rivières, qui tournaient rapidement, en formant une espèce 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 et se précipite dans quelqu'autre réservoir ; quelquefois même elle communique par ce moyen à quelqu'autre mer.
A l'imitation de ces phénomènes naturels, on peut faire un tourbillon artificiel avec un vase cylindrique, fixé sur un plan horizontal, et rempli d'eau jusqu'à une certaine hauteur. En plongeant un bâton dans cette eau, et le tournant en rond aussi rapidement qu'il est possible, l'eau est nécessairement forcée de prendre un mouvement circulaire assez rapide, et 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 différente de l'ouverture supérieure du vase, et 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 vitesse 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 ; et de cette pression ou de cette impulsion que tous les cercles reçoivent des plus petits qui les précèdent, et 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 Bernoulli, 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 vitesse des différentes couches de ce tourbillon, et il détermine d'une manière fort simple la figure de la courbe dans ces différentes hypothèses.
M. Clairaut a aussi déterminé cette même courbure dans sa théorie de la figure de la terre ; et 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 différents corps solides, qui pussent y recevoir le même mouvement circulaire : il se proposait de découvrir par-là lesquels de ces corps faisant leurs révolutions autour de l'axe du tourbillon, s'approcheraient ou s'éloigneraient davantage de cet axe, et avec quel degré de vitesse ils le feraient ; le résultat de cette expérience fut que plus un corps était pesant, plus il s'éloignait de l'axe.
Le dessein de M. Saulmon était de faire voir, par cette expérience, la manière dont les lois de la mécanique pouvaient produire les mouvements des corps célestes ; et que c'est probablement à ces mouvements qu'il faut attribuer le poids, ou la pesanteur des corps. Mais les expériences donnent un résultat précisément contraire à ce qui devrait 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 matières qui se meuvent autour du même axe.
Ces tourbillons sont le grand principe, dont les successeurs de Descartes se servent pour expliquer la plupart des mouvements, et des autres phénomènes des corps célestes. Aussi la théorie de ces tourbillons fait-elle une grande partie de la philosophie cartésienne. Voyez CARTESIANISME.
Les Cartésiens prétendent que la matière 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 différents systèmes ou différents amas de cette matière ont reçu un mouvement commun autour de certains points comme centres communs, et que ces matières prenant un mouvement circulaire, ont composé autant de tourbillons.
Ces particules primitives de matière, agitées de mouvements circulaires, ayant perdu leurs pointes ou leurs inégalités par leurs frottements réciproques, ont acquis des figures sphériques, et sont parvenues à composer des globules de différentes grandeurs, que les Cartésiens appellent la matière du second élément ; et ils donnent le nom de matière du premier élément à cette espèce de poussière ou de limaille qu'il a fallu enlever de dessus ces particules, afin de leur donner la forme sphérique. Voyez ÉLEMENT.
Et comme il y aurait de ce premier élément bien plus qu'il n'en faudrait pour remplir tous les vides entre les globules du second, ils supposent que le surplus est chassé vers le centre du tourbillon par le mouvement circulaire des globules ; et que s'y amassant en forme de sphère, il produit un corps semblable au soleil. Voyez SOLEIL.
Ce soleil ainsi formé, tournant autour de son propre axe avec toute la matière du tourbillon, doit nécessairement pousser au-dehors quelques-unes de ses parties, par les vides que laissent les globules du second élément qui constitue le tourbillon : et cela doit arriver particulièrement aux endroits qui sont les plus éloignés des pôles, le soleil recevant en même temps par ces pôles précisément autant de matière qu'il en perd dans les parties de son équateur, moyennant quoi il fait tourner plus vite les globules les plus proches, et 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 vitesse, 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 différents tourbillons, soit tellement encrouté ou affoibli, qu'il soit emporté dans le tourbillon du véritable soleil, et 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, et susceptibles du même degré de mouvement dont il est doué ; et 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 planète. 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 avait un corps sphérique lumineux ; que quelques-uns d'entr'eux s'étant encroutés par degrés furent engloutis par d'autres tourbillons plus grands et plus puissants, jusqu'à ce qu'enfin ils furent tous détruits et absorbés par le plus fort des tourbillons solaires, excepté un petit nombre qui s'échappèrent en lignes droites d'un tourbillon dans un autre, et 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 et par quels moyens les mouvements célestes s'exécutent réellement, mais seulement comment tout cela aurait pu avoir lieu, en cas qu'il eut plu au créateur de s'y prendre de cette manière dans la construction mécanique de l'univers. Mais nous avons un autre principe qui explique les mêmes phénomènes aussi-bien, et 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 planètes et des cometes étaient emportés autour du soleil dans des tourbillons, les parties correspondantes du tourbillon devraient se mouvoir dans la même direction, et il faudrait de plus qu'elles eussent la même densité. Il est constant que les planètes et les cometes se meuvent dans les mêmes parties des cieux avec différents degrés de vitesse, et dans différentes directions. Il s'ensuit donc que ces parties du tourbillon doivent faire leur révolution en même temps dans différentes directions, et avec différents degrés de vitesse ; puisqu'il faudra une vitesse et une direction déterminées pour le mouvement des planètes, et une autre pour celui des cometes.
Or comment cela se peut-il concevoir ? Il faudrait dire que différents tourbillons pussent s'entrelacer et se croiser ; ce qui ne saurait se soutenir.
2°. En accordant que différents tourbillons sont contenus dans le même espace, qu'ils se pénètrent l'un l'autre, et qu'ils font leur révolution avec des mouvements différents ; puisque ces mouvements doivent être conformes à ceux des corps célestes qui sont parfaitement réguliers, et qui se font dans des sections coniques ; on peut demander comment ils auraient pu se conserver si longtemps sans aucune altération, sans aucun trouble par les chocs et les actions contraires de la matière qu'ils ont perpétuellement rencontrée.
3°. Le nombre des cometes est fort grand, et leur mouvement parfaitement régulier ; elles observent les mêmes lois que les planètes, et 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, et prenant fort souvent un cours opposé à l'ordre des signes ; ce qui serait impossible, s'il y avait des tourbillons.
4°. Si les planètes étaient mues autour du soleil dans des tourbillons, nous avons déjà observé que les parties des tourbillons voisines des planètes seraient aussi denses que les planètes elles-mêmes ; par conséquent la matière du tourbillon, contiguè à la circonférence de l'orbite de la terre, serait aussi dense que la terre même : pareillement la matière contenue entre les orbites de la Terre et de Saturne serait moins dense. Car un tourbillon ne saurait se soutenir, à-moins que les parties les moins denses ne soient au centre, et que les plus denses ne soient à la circonférence ; de plus, puisque les temps périodiques des planètes sont entr'eux comme les racines carrées des cubes de leurs distances au soleil, les vitesses du tourbillon doivent être dans ce même rapport ; d'où il suit que les forces centrifuges de ces parties seront réciproquement comme les carrés 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 étaient moins denses, elles devraient céder à la plus grande force, avec laquelle les parties plus voisines du centre tendent à s'élever ; ainsi les plus denses s'éleveraient et les moins denses descendraient ; ce qui occasionnerait un changement de place dans la matière des tourbillons.
La plus grande partie du tourbillon, hors de l'orbite de la terre, aurait donc un degré de densité aussi considérable que celui de la terre même. Il faudrait donc que les cometes y éprouvassent une fort grande résistance, ce qui est contraire aux phénomènes. Cotes. praef. ad Newt. princip. Voyez COMETE, RESISTANCE, etc.
M. Newton observe encore que la doctrine des tourbillons est sujette à un grand nombre d'autres difficultés : car afin qu'une planète décrive des aires proportionnelles aux temps, il faut que les temps périodiques du tourbillon soient en raison doublée des distances au soleil ; et pour que le temps périodique des planètes soit en raison sesquiplée de leurs distances au soleil, il est nécessaire que les temps périodiques des parties du tourbillon soient dans ce même rapport ; et enfin pour que les petits tourbillons autour de Jupiter, de Saturne et des autres planètes puissent se conserver, et nager en toute sûreté dans le tourbillon du soleil ; les temps périodiques des parties du tourbillon du soleil devraient être égaux : aucun de ces rapports n'a lieu dans les révolutions du soleil et des planètes autour de leur axe. Phil. natur. princ. matth. schol. gen. à la fin.
Outre cela les planètes dans cette hypothèse étant emportées autour du soleil dans des orbites elliptiques, et ayant le soleil au foyer de chaque figure, si l'on imagine des lignes tirées de ces planètes au soleil, elles décrivent toujours des aires proportionnelles aux temps de leurs révolutions : or M. Newton fait voir que les parties d'un tourbillon ne sauraient produire cet effet. Schol. 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 vides entr'eux, puisque des corps ronds qui se couchent laissent toujours des vides. Or les parties d'un fluide et de tout corps qui se meut en rond, tendent sans cesse à s'échapper, et s'échappent en effet dès que rien ne les en empêche. Donc les particules du tourbillon qui répondent à ces vides, doivent s'échapper et le tourbillon se dissiper. On dira peut-être, et c'est en effet le réfuge de quelques Cartésiens, que ces vides sont remplis de matière qui s'oppose à la dissipation des particules du tourbillon : mais cette matière qui n'a point de force par elle-même, ne peut empêcher les particules de s'échapper dans les principes de Descartes, autrement il faudrait dire que le mouvement est impossible dans le plein ; et c'est de quoi les Cartésiens sont bien éloignés. Par conséquent si on admettait le système des tourbillons, il faudrait 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 eut qu'un seul tourbillon, il faut nécessairement que ses couches observent une certaine loi dans leurs mouvements. Car supposons trois couches voisines, dont la première, c'est-à-dire la plus proche du centre, se meuve plus promptement, et les deux autres plus lentement, à proportion qu'elles ont un plus grand rayon : il est certain que le frottement de la première couche contre la seconde tend à accélérer cette seconde couche, et que le frottement de la troisième couche contre cette même seconde couche tend au contraire à la retarder ; ainsi pour que la seconde couche conserve sa vitesse, et ait un mouvement permanent et invariable, il faut que les deux frottements qui tendent à produire des effets contraires soient égaux. Or M. Newton trouve que pour cela il faut que les vitesses des couches du tourbillon suivent une certaine loi, qui n'est point du tout celle du mouvement des planètes.
De plus, M. Newton suppose dans cette démonstration, qu'il y ait au centre du tourbillon un globe qui tourne sur son axe, et il trouve qu'il faudrait continuellement rendre à ce globe une partie de son mouvement pour empêcher que sa rotation ne cessât. Il n'y aurait qu'un seul cas où le fluide mu en tourbillon et la rotation du globe pourraient se conserver, sans l'action continuelle d'une force conservatrice : ce serait celui où le globe et les couches du tourbillon feraient leurs révolutions en même-temps, comme si elles ne faisaient qu'un corps solide. Ainsi les planètes devraient faire toutes leurs révolutions dans le même temps ; ce qui est fort éloigné de la vérité.
La rotation des planètes autour de leurs axes est encore un phénomène inexplicable par les tourbillons : dès la naissance, pour ainsi dire, du Cartésianisme, on a fait voir que dans le système des tourbillons les planètes devraient tourner sur leurs axes d'orient en occident. Car la matière qui frappe l'hémisphère inférieur, ayant plus de vitesse que celle qui frappe l'hémisphère supérieur, elle doit faire avancer l'hémisphère inférieur plus que l'hémisphère supérieur, ce qui ne peut se faire sans que la planète 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, et par sa partie supérieure d'orient en occident. C'est le contraire de ce qui arrive aux planètes, et c'est encore une difficulté qui est jusqu'à présent demeurée sans réponse.
De plus, M. Keill prouve, dans son examen de la théorie de Burnet, d'après le schol. qui est à la fin du second livre des principes de Newton, que si la terre était emportée dans un tourbillon, elle irait plus vite 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 pourrait encore, selon M. Formey, faire des objections très-solides contre la division et le mouvement de la matière dans les principes de Descartes. Pour ce qui regarde la division, on ne peut la concevoir qu'en deux manières, ou bien en imaginant entre les parties divisées des intervalles vides, ou bien en concevant ces intervalles remplis de quelques corps ou de quelque matière 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 vide entr'eux, on y aperçoit 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 manière : car on ne peut pas supposer de vide entre les parties divisées, puisque le vide 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 et le mouvement de la matière : cette division est donc une chimère. 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 et incapables de compression, puissent tourner sur leur centre de manière à se casser sans qu'il n'y ait déjà ou qu'il ne se fasse quelque vide. Car la petitesse ne fait rien ici, puisque quelques petites qu'elles soient, elles sont dures, impénétrables, et concourent toutes ensemble à résister au mouvement de chacune en particulier. A ces difficultés générales, on en joint de particulières, qui prouvent que tout ce que nous découvrons dans la lumière et 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 carrés 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 carrés des distances, et les vitesses en raison inverse des racines carrées ; 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 chimère, 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 devraient entrer pour rien dans cet équilibre ; 3°. que quand on expliquerait par-là une des lois de Kepler sur les vitesses des différentes planètes, on n'expliquerait pas l'autre, savoir que la vitesse d'une même planète aphélie et périhélie est en raison inverse de la distance, et non de sa racine.
Le P. Malebranche avait imaginé de petits tourbillons, à l'imitation de ceux de Descartes. Ces petits tourbillons, par les moyens desquels il prétendait expliquer la lumière, les couleurs, l'élasticité, etc. ont fait pendant quelque temps une grande fortune : mais ils sont presque oubliés aujourd'hui. En effet si les grands tourbillons sont une chimère, comme on ne peut en douter, c'est déjà un grand préjugé contre les petits. D'ailleurs on peut faire contre l'existence de tous ces tourbillons cette objection générale et bien simple, à laquelle on ne répondra jamais ; c'est que leurs parties ayant une force centrifuge, s'échapperont nécessairement par les vides 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 et attachées sur les tenons d'un tourniquet de bois, comme ceux que les anciens appelaient bâton à feu, avec cette différence qu'on met le feu aux bouts par le côté et non suivant l'axe. Cet artifice produit l'effet d'une girandole.