CHAPITRE V

De l’eao atmoaphérlque.

. Skction I™. — Quantité de vapeur contenue dans l'air.

. L’eau à l’état fluide ou à l’état de glace, mise en présence d’un espace limité , s’y réduit en vapeur et le sature proportionnellement à la température de cette enceinte , si elle est vide d’air et de gaz. Ce passage de l’eau à l’état aériforme prend le nom d’évaporation. Dans le vide, l’évaporation s’opère avec une rapidité que l’on a comparée à celle d'un boulet de canon. Si l’on comprime l'espace qui a été saturé de vapeur aqueuse, une partie de la vapeur repasse à l’état liquide; si

loi MÉTÉOROLOGIE AGRICOLE.

oti agrandit l'ospace, il devient susceptible do recevoir de nou*

velle vapeur.

Si l’espace est déjà rempli d’air sec , celui-ci oppose une résistance à la formation de la vapeur, l’évaporationr se fait lentement-, cette lenteur augmente à mesure que l’évaporation continue , parce que la première couche d’air étant saturée , et la couche qui lui est supérieure s’opposant à la pénétration de la vapeur, l’eau se trouve en contact avec la couche inférieure qui n’admet plus de nouvelle vapeur, jusqu’à ce qu’elle ait transmis une partie de celle qui la sature à la couche^supérieuro d’air sec; mais si un courant d’air non saturé vient renouveler sans cesse la couche d’air inférieure, l’évaporation marche avec plus de rapidité. Nous devions rappeler ces principes parce qu’ils expliquent la présence de l’eau dans l’atmosphère, la rapidité de l’évaporation dans un air sec, sa rapidité accélérée sous l’influence des vents, sa lenteur dans un air déjà humide et calme; et enfin parce que l’évaporation est un des phénomènes les plus importants pour la végétation, puisque celle qui se fait à la surface des feuilles et qui prend le nom à' exhalation, est le principal mobile du mouvement de la sève.

Dans le vide comme dans l’air, d’après la loi de Mariotte, et à égalité de température, la même masse de gaz ou de vapeurs acquiert des volumes qui sont en raison inverse des pressions ; sous la pression d’une atmosphère, le baromètre étant à 0~" ,76 et à 0 de température, un litre de vapeur d’eau pèse lgr,299 or, on sait que le litre d’eau pèse 2 kil.; le rapport de poids de l’eau à la vapeur est donc de 2000000 : 1299, ou environ comme 20000 à 13.

Les molécules de vapeur sont élastiques et réagissent les unes sur les autres et sur l’air environnant, de manière à se maintenir à une distance proportionnée à la température. Chaque degré de thermomètre dilate la vapeur de la 267® partie de son volume à zéro. Cette élasticité estdémoQtréo par la pression que

DE l’eAC ATHOSraÉHlQDE.

la vapeur exerce sur la colounc barométrique, et eu mesurant l’ascension du mercure, on a pu peser l’augmentation de pression , la tention de la vapeur. Mais on est loin d’étro arrivé jusqu’ici à des résultats bien certains. Les différentes tables de tension que nous possédons, calculées sur des expériences imparfaites, ont besoin d’ètre refondues. Le résultat des belles expériences deM. Régnault nous procurera bientôt des tables construites d’après des expériences directes; en attendant, on pourra se servir de celles de M. Gay-Lussac, imprimées dans le cours de physique de M. Biot ; ou de celles d'August que l’on trouvera dans le cours de M. Kamtz. D’après ces dernières tables , 1 mètre cube d’air à zéro pourrait contenir 5K',66 de vapeur, et à 20°, la quantité de 18«'‘,77 i.

La quantité de vapeur qui peut être mêlée à l’air étant en rapport avec la température, et les liquides absorbant, pour passer à l’état de vapeur, une quantité considérable de chaleur qu’ils prennent aux corps environnants, il s’ensuit que l’air, en contact avec une masse d’eau, se refroidit progressivement à mesure de l’évaporation de cette eau, jusqu’au point où, étant saturé, l’évaporation cesse. Le degré thermométrique qui indique ce point s'appelle /)otnl de rosée. Mais ce n’est pas seulement l’air qui se refroidit ; tous les corps mis en contact avec l’eau qui se vaporise lui cèdent aussi leur chaleur. Ainsi, une boule de thermomètre, entourée d'une mousseline mouillée, prendra la température de l’air environnant , puisqu’elle a aussi, en même temps que l’air, perdu le calorique qui servait à faire passer l'eau à l’état de vapeur.

Nous avons vu que la table d’August, citée plus haut, nous indique la tension de la vapeur pour chaque température, et, par conséquent, la quantité absolue de vapeur d’eau contenue dans l’air. Si, d’un autre cêté, nous observons avec soin

(1) Voir p. 70. Voir aussi la table, p. 73 , dans la Météorologie de Kamtz, traduite en français par Martins.

Hih'I^OBOLOGUS A6RICÔLB.

la température de l’atmosphère hors de l’influence de cett« évaporation, avec un thermomètre à boule sèche, nous connaîtrons, par la même table, la quantité de vapeur qui serait nécessaire pour saturer l’air- à cette température. Ainsi, supposons que le thermomètre mouillé nous donne 1 5^, la température ambiante étant de 25®, nous voyons par la table que la tension de la vapeur à 12® est 10,24; qu’à 25® elle est 22,74. Si nous cherchons la quantité de vapeur contenue dans l’air au moment de l’observation, nous avons la proportion

22,74 : 10,24 : : 100 : a; = — = 45,03. L’air

contient donc, au moment de l’observation, 45,03 pour cent do la quantité de vapeur qu’il contiendrait à l’état do saturation. Ce degré d’humidité correspond au 66* degré de l’hygrortiètre de Saussure dans les tables que l’on trouve dans Biot et dans Kifmtz. 7 '*

Pour obtenir la tension de l’air en millimètres dans tout état thermométrique et barométrique, on se servira provisoirement, et jusqu’à ce que les travaux de M. Régnault nous aient fourni des données exactes, de la formule suivante : appelons e la tension de la vapeur contenue dans l’air à la température <; e la tension de la vapeur à la température t' du thermomètre humide; b la hauteur barométrique en millimètres :

Supposons que t soit égal à 28®, e sera égal à 28,90.

rà 22®, e’ à 20,51. -

Le baromètre étant à 755 millim., nous aurons :

Ainsi, au moyen de la double observation d'un thermomètre sec et d’un thermomètre mouijié, on obtient facilement : 1® la quantité de vapeur contenue dans l’air; 3® le degré auquel

DB {,'e40 ATMOSPUéRIOCB.

cette quantité répond sur rbygromètre de Saussure; 3" la teiir siou de la vapeur pour une température ambiante et une pres-r sien barométrique données.

L’observation se fait aussi au moyen d’un seul thermomètre dont la boule est enveloppée de mousseline , et parfaitement sèche; on en prend la température à l’ombre; puis on mouille la mousseline, et l’on fait tourner vivement le thermomètre attaché sur une règle un peu longue, on note l’abaissement de la température produit par l’évaporation.

Le résultat des observations a prouvé que l’humidité est à son maximum au lever du soleil, au moment le plus froid de la journée; qu’elle s’affaiblit avec l’augmentation de la température qui permet à l’air de dissoudre une plu$ grande quantité de vapeur.

Quant à la quantité de vapeur contenue dans l’air, elle est à son minimum au lever du soleil, et l’évaporation devenant plus active , elle atteint son maximum après midi en hiver, mai» avant midi en été ; mais de même que la température s’abaisse plus lentement, de même aussi la quantité de vapeur est toujours un peu plus grande le soir que le matin

Section II. — De l’évaporation. .

L'évaporation est un phénomène dont les effets sont si marqués , non-seulement sur la végétation , mais encore sur la nature de climat et sur une fouie d’opérations agricoles, qu’il serait du plus grand intérêt de pouvoir la calculer d’avance au moyen des autres données météorologiques. Ainsi, dans la construction des bassins et des réservoirs,. nous aurions souvent besoin de connaître la perte que l’évaporation leur fera subir, pour proportionner leurs dimensions aux résultats que nous

(1) Voir, flans Kamlz, p. 80 et suiv., les détail» de ce» variations d’humidité et d« saturation selon les beux. '<

MÉTKOHOLOGIB AGRICOLE.

voulons obtenir. Si, par exemple, nous avons calculé que le printemps nous donnera 18 décimètres de pluie, sachant qu’il nous en enlèvera 60 par l'évaporation, nous saurons qu’il faut la recevoir dans un bassin de telle dimension que sa surface soit de beaucoup inférieure au quart de la surface sur laquelle la pluie est reçue, car, sans cela, on arriverait à l’été avec un réservoir à sec. Il est nécessaire aussi, dans bien des cas, de prévoir l’époque où les étangs, les marais seront desséchés, et où l’on pourra y entrer pour certains travaux et certaines récoltes; dans ces circonstances, comme dans une foule d’autres, on s’adresse à la météorologie pour lui demander ses enseignements. La météorologie théorique n’a rendu jusqu’à présent que des réponses équivoques, parce qu’elle n'a expérimenté qu’en lieux clos et sous des inlluences qui ne sont pas celles que présente la nature.

Voyons cependant ce que l’on peut attendre de ces recherches. Dalton avait trouvé que sur un vase d’un décimètre carré, dans un lieu fermé, l’évaporation pouvait être représentée par

cette formule : e = , en appelant e 1 évapo-

ration, f — /"la différence de tension des thermomètres secs et mouillés, et B la pression barométrique * ; ou en réduisant les

grammes en millimètres : e =

. Ainsi,

dans l’exemple donné dans l’article précédent, la différence des tensions des thermomètres secs et mouillés étant 28“'“-,96 —

20"’'" ,51 = 8”'“ , 45, nous aurions:

en supposant le baromètre à 0m,760, ce qui nous donne, par minute, une évaporation de 0“,00000472l ou O™**-, 00 4721.

Si la formule était immédiatement applicable, nous pourrions donc calculer l’évaporation possible, sans recourir à l’obscrva- (1) Biol, Traité de physiffue.irt. évaporation.

im l’ead atmospmériqcb.

lion directe, dès que nous aurions les différents éléments do calcul ; mais nous ne pouvons y trouver que ce que l’on y a mis, et on y fait abstraction du mouvement de l’air et d’autres circonstances encore mal appréciées qui nous ont paru agir fortement sur l’évaporation.

Avant de chercher à nous en rendre compte en comparant la formule avec les résultats de l’observation directe, nous avons dû jeter un coup d’œil sur les moyens d’observation.

En comparant l’évaporation qui a lieu en plein air, dans des vases de différentes surfaces, de différentes matières. Cotte fut eflrayéen reconnaissant qu’elle était d’autant plus forte que le vase était plus petit, et qu’à égalité de surface la substance dont le vase était formé avait aussi sa part d’influence. En vain Lambert avait prouvé expérimentalement la fausseté des principes de Muschenbroëck, qui voulait que les cubes des quantités évaporées fussent entre eux comme les hauteurs de l’eau dans les vases ; il montra que la profondeur de l’eau était sans influence, et que l’évaporation était proportionnelle aux surfaces évaporantes*’, néanmoins les anomalies dont nous venons de parler avaient frappé de discrédit les observations etnométriques. En répétant les expériences de Cotte, il nous a été facile de trouver la cause de ces auomalies : 1<* au soleil, l’eau du vase le plus petit s’échauffait davantage que celle du plus grand, et d’autant plus que la matière du vase était plus conductrice de la chaleur; 2® le vent, en formant des vagues à la surface de l’eau, baignait les bords du vase et augmentait ainsi la surface d’évaporation, non pas en proportion de sa superficie, mais de son périmètre. Ces deux causes d’erreur ont disparu en substituant à la température du thermomètre sec, observée dans l’air, une moyenne entre la température de l’air et celle de l’eau évaporante, ce qui conduit à avoir un thermomètre dont la boule est plongée dans cette eau; en garan- (1) Mémoires de VAeaiiénie âe Berlin, i7d9.

Ù^éOROLOGIS AUmCOLtf.

tissant les bords du vase de l’action directe du soleil ; entin eu enduisant ses bords intérieurs d’une matière grasse qui ne permet p."is à l’eau projetée par les vagues de s’y attacher. Dès lors les observations faites dans des vases de surface et de profondeur diverses deviennent concordantes.

Mais il reste une objection bien forte contre les observations atmidométriques. Quand le vent souffle avec impétuosité, et dans une direction plongeante , il ne se borne pas à enlever la couche de vapeur qui se forme à la surface de l’eau ; mais frappant perpendiculairement sur la crête des vagues , il la brise et enlève aussi des gouttes d'eau en nature. Noüs avons constaté et mesuré ce fait très variable au moyen d’un cadre couvert d’un papier de tenture gris-tendre, sur lequel marquaient les gouttes d’eau, placé horizontalement près du vase évaporatoire , dans une direction opposée au vent. Nous avons pu voir que l’effet se complique à la fois de la force et de l’inclinaison du vent, selon des lois qui ne pouvaient être évalnées par des calculs, mais devaient être directement observées.

Ainsi, notre atmidomètre, devënu comparable, se compose d’un vase de cuivre étamé de 10 décimètres carrés, de 60 centimètres de profondeur, dont les bords extérieurs sont entourés d’un bourrelet de laine. Vers l’un des angles se trouve une pointe mobile par le moyen d’une vis que l’on descend jusqu’à ce qu’elle soit en contact avec la surface de l’eau. Fn ther-^ momètre est attaché au bord intérieur du vase dont la boule plonge dans la couche supérieure du liquide. Le vase est placé au centre d’un cadre en bois de 1 mètre de côté, garni de canevas sur lequel on colle , après chaque observation qui a fourni des taches, un nouveau pajoer de tenture gris-tendre, tel que les moindres taches d’eau y laissent leur empreinte après la dessiccation. Ce cadre, percé à son centre d’un trou carré de la dimension du vase évaporatoire, afllcure les bords de ce vase. Quand on veut constater la quantité d’eau réelle-

UE l’eAI) ATMOSPUÉRIQCK.

ment évaporée, on abaisse la pointe qui est restée en dehors de l’eau, jusqu’à ce qu’elle affleure de nouveau sa surface, l’ne échelle graduée indique, en fraction de millimètres, l’a- Jraissement de l’eau. On observe s’il y a des taches*sur le cadre; on les compte par ordre de grandeur. Une expérience préliminaire ayant appris la quantité d’eau que comportent les taches de différentes grandeurs, on obtient ainsi fort exactement la quantité d’eau enlevée en nature par le vent, et on U soustrait de la quantité d’eau évaporée.

Nous nous sommes un peu étendu sur la manière d’observer l’évaporation en raison de la grande importance que nous attachons à ce phénomène dans la météorologie agricole. Plus tard, quand nous aurons de bonnes séries d’observations de ce genre, nous ne doutons pas que l'on n’y trouve la solution d’une grande partie des problèmes que présentent les climats, car l’évaporation est aussi une synthèse qui combine les effets de la chaleur, de l’humidité de l’air et de son agitation. Nous ' dirons maintenant quels ont été les premiers résultats obtenus d’une méthode régulière employée dans l’observation.

Ën faisant abstraction de la quantité d’eau enlevée, et ne considérant que celle réellement évaporée, il y a une relation exacte entre la vitesse du vent et la quantité dont l’évaporation réelle excède l’évaporation théorique donnée parla formule, 1* toutes les fois que le ciel est clair; 2® immédiatement après la pluie; 3® quand le ciel est couvert uniformément d’un voile léger. Ainsi, appelons e l’évaporation réelle, è l’évaporation théorique, v la vitesse du vent en métrés par seconde, X le coefficient qui indique l’effet du vent sur l’évaporation par chaque mètre de vitesse, nous avons e=e'-|- e'Xt®. Dans les cas cités ci-dessus, nous admettons provisoirement, d’après le résultat de nos expériences , que le coefficient a:=0,19. Ainsi, dans l’exemple précédent, l'éNuporalion tiléorique e' a été trouvée de 0"“®-, 00472 par minute; si le

1 1 2 M^TI^OBOLOGIE AGKtCOLE.

vent avait 10 mùtres de vitesse par seconde, nous aurions r = 0""“-, 00472 + 0"’“', 00472 X 10X0, 19=0"’'“01369 par minute, et pour un jour 19"’"'-,714.

Au contraire, quand le ciel se couvre de grosses nues épaisses, souvent orageuses (cumuli), nous ne trouvons plus de rapports réguliers entre la vitesse du vent et la marche de l’évaporation ; celle-ci augmente dans une si grande proportion, que nous avons trouvé, jusqu’à 2,90, pour le coefficient x de la vitesse du vent; moyennement 1,31, cl jamais moins de 0,30. Il y a, dans ce cas, une cause d’extrême accélération do l’évaporation, et cela est d’autant plus rcmarquahic que ce genre de nuages est le précurseur de la pluie, et qu’il favorise en mémo temps l’accroissement de la vapeur aérienne.

On a expliqué cette évaporation excessive par la forte électricité que présentait généralement ce genre do nuage. Boze*, Nollel®, Beccaria®, Guénaud de Montbclliard *, avaient remarqué les effets de l’électricité sur l’évaporation ; Nollct en particulier avait trouvé qu’un vase électrisé avait perdu 53 grammes par l’évaporation, tandis qu’un autre vase non électrisé, et de môme dimension , n’avait perdu que 16 grammes. M. Peltier, reprenant ces recherches, a montré la grande accélération de l’évaporation, quand on met le liquide en [)réscnce de corps électrisés®. On sent que l’on ne pourrait appliquer cette théorie aux faits dont nous venons de parler, qu’autant que l’observation prouverait un accord constant entre les accroissements d’évaporation et le degré de lension électrique des nuages au moment où le phénomène a lieu. Ces observations correspondantes n’existent pas encore.

Mous pensons qu’on pourrait aussi expliquer ce fait par

(1) Académie des Sciences,

(2) Recherches sur les phénomènes éleclrù/ues.

(3) Électricité artificielle.

(4) Journal de physique, 1 777.

(5) Recherches sur les trombes, p. 72 et suiv.

»E i/eaü atmosphérique. lir.

l’énorme évaporation qui doit avoir lieu à la surface supérieure de ces masses de nuages opaques frappés par le soleil. Le mouvement ascensionnel de la vapeur doit se communiquer de haut en bas, et affecter de proche en proche toutes les couches d’air, jusqu’à celle qui repose sur la terre. Quoi qu’il en soit, l’évaporation est un phénomène trop essentiel en agriculture pour être laissé dans l’oubli auquel le condamnent la plupart des traités de météorologie. Nous croyons qu’il peut être observé avec quelque exactitude, et qu’il ne sera peut-ètrep as impossible plus tard d'en calculer la valeur en combinant plusieurs autres données. C’est un travail encore neuf qui s’offre aux physiciens qui voudront fournir des matériaux à la pratique.

Section III. — Evaporation de la terre.

Quand la surface de la terre est mouillée, soit par la ‘ pluie , soit par une inondation, l’eau pénètre dans son intérieur par l’effet de sa gravité, elle imbibe de proche en proche ses particules, et s’introduit dans les pores des substances qui la composent. Les couches supérieures commencent par se saturer, puis l’excédant de l’eau descend dans là couche immédiatement inférieure qui se sature aussi , et ainsi de suite, jusqu’à ce que toute l’eau soit absorbée. A ce premier effet, qui est rapide, succède un nouvel ordre de choses; la couche inférieure, restée sèche, reprend une partie de l’eau de la couche qui lui est supérieure et qui est saturée, pour se mettre en équilibre d’humidité avec elle, et cette répartition lente s’étend de bas en haut, jusqu’à ce que l’équilibre soit parfaitement établi.

Mais pendant que ceci se passe dans l’intérieur des terres, l’air qui repose à sa surface, et qui est imparfaitement saturé, tend aussi à reprendre à la couche supérieure une partie de son humidité ; il y a évaporation. Cette couche se dessèche donc U. 8

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M^I^OROLOGtE AGRIGOLR.

rapidement, reprend A la couche inférieure l’eau qu’elle a plus qu’elle, et qui est reprise à son tour par l’atmosphère. C’est ainsi que le terrain se dessèche par le haut et par le bas à la fois, et la rapidité de l’évaporation fixe la limite inférieure où s’arrête l’humidité, de manière que dans les terrains se<s, qui ne communiquent pas avec un réservoir d'eau inférieur, ee ne sont ni les couches profondes, ni les couches supérieures qui contiennent le plus d’humidité, mais les couches intermédiaires.

Ayant observé pendant plusieurs jours le rapport de l'évaporation d’une surface d'eau et d’une surface de terre complètement imbibée au mois d’août, et par une température de 23 à 24*^, voici les résultats obtenus :

1" jour

Evapora tioa l'eau.

milliiQ.

EvaporatioD de U terra, mllliin.

On voit avec quelle rapidité marche l’évaporation au début : le premier jour, quand la terre est complètement imbibée, elle est de plus du quart de l’évaporation d’une surface aqueuse ; elle diminue constamment ; après sept jours, elle n’est plus que le septième. Bientét la terre se desséchant, elle devient presque inappréciable. Dès le deuxième jour, avec cette température, la couche supérieure est sèche à la profondeur de 2 à 3 millimètres ; au bout de huit jours, les plantes qui ne s’enfoncent pas à plys d’un décimètre commencent à souHrir, et réclament des arrosements.

Haies avait déjà tenté quelques observations sur l’évaporation de la terre, et il en avait conclu qu’elle était, dans le cli-

DE l’ead ATMOSPHÉEIQUE. 115

matou il obseTTait, dans le rapport de 3 à 10, avec celle (Tune surface aqueuse; mais c’est à M. Maurice de Genève, que l’on doit la première série de recherches un peu suivies ; et encore cniUil devoir l’abandonner au bout de deux ans ; c’est aussi sa méthode que nous avons employée à Orange pendant deux autres années. M. Maurice croyait qu’elle le conduirait à un résultat certain sur l’état de sécheresse ou d’humidité de la terre; mais cela ne serait vrai que pour des terres séparées des couches profondes par une couche imperméable d’argile ou de rocher; dans le cas contraire, il se fait dans l’intérieur du sol des distillations qui transmettent aux couches supérieures l’humidité vaporisée des couches inférieures ; en outre, comme nous l’avons dit en commençant, ces couches échangent leurs excédants d’humidité par communication. Ces divers phénomènes ne nous ayant jamais permis de trouver un accord entre l’eau reçue par la pluie, l’évaporation terrestre mesurée sur un cube de terre isolé, et la sécheresse des couches inférieures constatée directement, comme nous l’avons indiqué ailleurs c’est au procédé suivant que nous avons cru devoir recourir dans tous les cas pour connaître l’état du terrain : en prenant chaque jour une couche de terre dans le même sol et à la même profondeur, en la soumettant à la dessiccation et à la pesée, nous connaissons ces alternatives beaucoup mieux que par des calculs fondés sur l’évaporation du sol, qui n’est qu’un des éléments d’un fait compliqué. Il ne sera pas inutile cependant de connaître les rapports des évaporations terrestres et aqueuses dans les différentes saisons de l’année. On sait que pour obtenir l’évaporation de la terre, M. Maurice se servait d’une espèce de rotiiaine dont l’extrémité du levier faisait mouvoir une aiguille sur un cadran, divisé en 44 parties; chacun de ces degrés répondait à un volume d’eau ayant 0“,009 de hauteur, et 42™, 10 carrés de surface. Un vase de tôle vernie, de de profondeur,

116 MKTÉOBOLOGIE AGRICOLE,

ayant la superficie indiquée et dont le fond était garni de petits trous, était rempli de terre, il pesait à l’état sec 19*^, 66 Les inconvénients divers que M. Maurice avait trouvés dans l’emploi de sa romaine toujours en action, nous déterminèrent à simplifier l’instrument. Nous primes également le vase rempli de terre, et enfoncé dans le sol jusque près de son ouverture ; nous le pesions chaque jour avec une romaine exacte. Voici nos résultats et les siens :

OENÈVE (1796-97).