Niveau à bulle

Un niveau à bulle est un élément d'un instrument de mesure conçu pour indiquer si une surface correspond à l'angle de référence. Par exemple l'horizontale, la verticale et 45° sont généralement proposés sur la règle du maçon.

Principe schématique d'une fiole de niveau à bulle. La courbure est exagérée.

Un niveau à bulle.

Horizontalité indiquée par la localisation de la bulle entre les marques centrales du niveau

L'instrument contient dans une petite fenêtre au moins une fiole torique transparente et qui n'est que partiellement remplie d'un liquide coloré, en général en jaune, le plus souvent de l'éthanol (du fait de son faible point de congélation), dans lequel une bulle d'air est prisonnière. Deux traits indiquent la position où doit se trouver la bulle pour correspondre au niveau. La courbure du tube permet le calage de la bulle entre ses repères ; en effet, si le tube était cylindrique, le calage serait impossible, la bulle ne pouvant être positionnée qu'à une extrémité sans pouvoir l'isoler au milieu, position théorique impraticable.

Deux niveaux à bulle orthogonaux élémentaires définiront ainsi un plan horizontal (usage en géodésie, voir Inclinomètre).

Parfois appelée nivelle.

Utilisation du niveau sur un chantier BTP en Lousiane Etats-Unis, 2013

Il existe aussi des niveaux dont la forme de la fiole est une portion de sphère pour aligner rapidement une composante verticale équivalent au fil à plomb. On les appelle nivelle quand ils sont solidaire d'un pied, d'un instrument ou d'un appareil.

Histoire

Les romains utilisaient un chorobate.

Avant les publications relatives aux niveaux à bulle d'air, les niveaux à fil à plomb étaient déjà en usage[1].

Une fois le concept de niveau à bulle d'air inventé, celui-ci est dans un premier temps resté réservé aux usage de précision : les ouvriers du bâtiments (charpentiers, maçons, menuisiers, etc.) continuaient à utiliser un niveau de bois perpendiculaire au fil à plomb, au moins jusqu'à la fin du dix-huitième siècle[2].

Des "niveaux à bouteilles" étaient également en usage ; il s'agissait d'un canon canon/tube en fer blanc, d'un pouce de diamètre sur quatre pieds de long, terminé à chaque extrémité par une fiole ou un tube de verre étanchéifié au mastic[3].

Le niveau à bulle serait l'invention du physicien et écrivain français Melchisédech Thévenot (1620-1692) vers 1660[4], et au plus tard en 1661[5].

Thévenot a en particulier publié un ouvrage "Machine nouvelle, pour la conduite des eaux, pour les Bâtiments, pour la Navigation et pour la plupart des autres Arts", décrivant notamment le niveau à bulle d'air, et dont l'édition a été réalisée par une assemblé chez monsieur Thévenot[6]. Une correspondance avec Christiaan Huygens, pourrait permettre de dater antérieurement cette invention.

En 1764, la technologie du niveau à bulle d'air est décrit et illustré dans l'ouvrage d'astronomie de La Lande. On y apprend que le façonnement de l'instrument aurait été délicat à plusieurs égards, dont notamment la fabrique d'un tube lisse et sans aspérité, dans le choix de la taille de la bulle, mais aussi dans le choix du fluide adéquat. Toutefois, Chesy pouvait déjà atteindre une précision de l'ordre de la seconde d'angle[7].

La technique de la bulle d'air a été reprise dans divers instruments: comme le niveau à lunette ou le niveau à pinule[8].

Au dix-huitième siècle, le niveau à bulle d'air pouvait déjà atteindre une précision de l’ordre du demi ou de quart de seconde d'angle[9].

Au dix-huitième siècle, le niveau à bulle d'air pouvait déjà être utilisé pour des expériences de météorologie[10], pour le nivellement des rivières[11].

Au dix-huitième siècle, commençait à être disponible le quart de cercle, d'Elton et Radouais qui ont remplacé le fil à plomb ainsi que l'horizon de la mer par un niveau à bulle d'air moindrement assujetti au mouvement du vaisseau[12].

Au dix-huitième siècle, le niveau à bulle d'air était également incorporé à certains octants[13].

A une certaine époque, le niveau à bulle a été utilisé par Paul-Adrien Bourdalouë pour le nivellement de l'isthme de Suez ayant démontré la possibilité d'un canal[14].

Le niveau "Fell All-Way precision level", premier niveau américain à succès pour l'utilisation des machines outil, a été inventé par William B. Fell, Rockford, Illinois avant la seconde guerre en 1939[15].

Notes et références

Articles connexes

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[1] ttps://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k5579301c/f20

[2] ttps://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k5844476s/f186

[3] ttps://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k5839385p/f328

[4] Recherches historiques sur l'invention du niveau a bulle d'air : Par Gilbert Govi Imprim. des Sc. Math. et Phys., 1870.

[5] ttps://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k5579301c/f21

[6] ttps://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k5579301c/f19

[7] ttps://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3200936s/f167

[8] ttps://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k5844476s/f187

[9] ttps://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k9643194q/f11

[10] ttps://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k54014153/f380

[11] ttps://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k9661863h/f195

[12] ttps://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k96305336/f121

[13] ttps://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k9615705k/f33

[14] ttps://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k96931550/f36

[15] William B Fell, « Machinist's precision level (US2316777A) », Google Patents, 1^er août 1940 (consulté le 2 août 2018)