STATIONS FORESTIÈRES EXPÉRIMENTALES

Sommaire : Importance du rôle de Teau dans la nature. — Propriétés générales de l'eau à ses trois états. — Hygrométrie. — Climats. — Influence des fbrèts sur l'état hygrométrique de l'air. — Rosée, brouillards, nuages, gelée blanche, verglas, pluie, neige. — Répartition des pluies. — Influence des forêts sur la répartition des pluies. — Stations forestières expérimentales; leur programme.

58. — Importance du rôle de Teau dans la nature. — L'eau fait essentiellement partie de tous les êtres vivants. Elle est indispensable aux manifestations de la vie de la plante et de Tanimal, à quelque degré de Téchelle biologique qu'ils appartiennent. Certains êtres possèdent, il est vrai, la curieuse propriété de résister à une dessiccation absolue, mais ils ne sont pas soustraits pour cela à la loi commune; leurs manifestations vitales, suspendues pour un temps, ne pouvant apparaître de nouveau sans le concours de l'eau.

Le rôle de l'eau dans la végétation est multiple ; principe constant des tissus vivants, ce liquide est la source unique d'hydrogène des végétaux (amidon, sucres, matières grasses, etc....); c'est le véhicule des matières minérales et des gaz dans l'intérieur de la plante ; enfin, à l'état solide, l'eau exerce tantôt une action bienfaisante (rôle protecteur de la neige), (antôt une influence destructive (gelée des plantes).

L'étude de Teau sous les divers états qu'elle affecte dans la nature : libre ou combinée, à Tétat de vapeur, brouillards et nuées ; à l'état liquide : pluie, eau de source et de rivière ; à l'état solide : neige et glace, ofl^re à l'agriculteur un intérêt capital. Le degré d'humidité

LES EAUX ATMOSPHERIQUES. 181

. de Tair et du sol, la quantité de pluie tombée, Teau déversée naturellement ou artiûciellement sur le sol, sont des facteurs prépondérants de la végétation. Aucun phénomène physiologique ne peut s'accomplir dans un milieu dépoui*vu d'eau et, partant, sans l'intervention de ce Uquide ; l'examen attentif des rapports delà végétation avec l'eau servira donc de point de départ indispensable à nos études sur l'assimilation.

58. — L'eau et ses divers états. — Il n'est point inutile de rappeler sommairement les caractères généraux du composé le plus abondant dans la nature, puisqu'il couvre les trois quarts environ de* la surface de la terre. L'eau existe constamment à trois états. On la rencontre sous la forme sohde dans la glace, dans la neige et dans de nombreux composés, tels que les cristaux ou les oxydes basiques hydratés. A l'état liquide, elle constitue la masse des rivières, des fleuves et de la mer ; tous les tissus vivants, végétaux et animaux,, en renfei-ment des proportions considérables, de 12 à 90 p. 100 de leur poids ; enfin, réduite en vapeur, sous l'action de la chaleur solaire, elle forme, à des degrés de condensation divers, l'eau hygrométrique de l'atmosphère, les brouillards, les nuages, la rosée, etc. 100 parties d'eau sont formées de 88,89 parties d'oxygène et de 11,11 parties d'hydrogène ; deux volumes de vapeur d'eau résultent de la combinaison de deux volumes d'hydrogène avec un volume d'oxygène.

Parmi les propriétés fondamentales de ce liquide, il en est quelques-unes que nous rappellerons, en raison de leur relation étroite avec les phénomènes naturels qui nous occupent. La glace entre en fusion à une température fixe que les physiciens ont prise pour le point zéro du thermomètre centigrade ou Réaumur*. On dit généralement que l'eau se congèle à 0*, mais il ne faut point oublier que l'abaissement de la température jusqu'à 0^ ne suffit pas pour amener la congélation ; il faut en outre une certaine agitation du Uquide, l'eau pouvant subir une température de 8"*, 9** et même 10^ au-dessous de zéro sans se transiormer en glace, si elle est maintenue

I. Le therinemètre Fahrenheit marque H- 32® dans la glace fondante et 212^ dans la vapeor d'eau.

dans un état de repos absolu. Voici une bouteille pleine d'eau : le thermomètre qui y est plongé marque — 5"*5 ; Teau est cependant restée liquide^ le vase qui la renrerme ayant été soustrait à toute agitation ; je retire le thermomètre , vous voyez l'eau se prendre subitement en masse. Ce phénomène intervient dans la formation des gros grêlons et du verglas, comme nous le verrons plus loin.

En se congelant, Teau de notre vase a augmenté de volume, comme l'indique la compai^aison de l'espace qu'elle occupait tout à l'heure avec la hauteur actuelle de la glace dans le flacon. Cette augmentation de volume est d'un dixième environ. Un litre d'eau, en se solidifiant, occupe sensiblement 1**%1. Cette propriété remarquable est propre à l'eau, qui ne la partage avec aucun corps connu; elle explique la flottaison des glaçons à la surface des rivières et des fleuves, la rupture des vases remplis d'eau pendant Thiver et celle des • vaisseaux des êtres organisés soumis à un froid assez considérable pour amener la congélation des liquides qui baignent leurs tissus.

Une autre propriété physique non moins importante est celle qu'on désfgne sous le nom de maximum de densité. En passant de 0"* à + 4**08, l'eau, au lieu de se dilater comme les autres liquides sous l'influence d'une augmentation de température, diminue de volume. De plus, entre 4^08 et lOO* l'eau se dilate irrégulièrement et non proportionnellement à la température, comme cela se passe en général pour les autres corps.

Le tableau suivant indique les volumes et les densités de l'eau de 0^ à -H 9** ; il montre que l'eau possède presque exactement à 9** le même volume qu'à 0**, après avoir subi dans l'intervalle de ces deux températures une contraction notable.

Température.

Volume de rean à + 4008 = 1.

Densité de rean à + 4^8 = 1.

IjOOOOl

Cette propriété de l'eau, de présenter un maximum dé densité,

maintient constamment en mouvement, pendant Thiver, les couches superficielles des rivières, étangs, ruisseaux, etc.; elle en permet l'aération, en retarde la congélation, et joue par conséquent un rôle qui n'est pas sans importance dans l'existence des animaux aquatiques. Lorsque Teau renferme une proportion de sels voisine de la quantité dissoute dans l'eau de mer, dont la densité est 1,027, elle perd cette propriété de présenter un maximum de densité.

Le poids du cenlimètre cube d'eau distillée, déterminé, dans le vide, à la température de + 4% est le gramme, base de toutes nos mesures de poids.

L'eau liquide est 770 fois plus lourde que l'air sec. Un volume d'eau, passant de l'état liquide à l'état gazeux, occupe 1,700 volumes. Le poids spécifique de la vapeur d'eau, comparé à celui de l'air, est égal à 0,623.

00. — État hygrométricpie de l'air. •— L'ensemble des conditions qu'on désigne sous le nom de climat d'un lieu est principalement défini par la température et par l'état hygrométrique de ce lieu. 11 est donc important de préciser ce qu'on entend par état hygrométrique de l'air, d'apprendre à le mesurer et d'examiner les résultats généraux des observations faites jusqu'ici, notamment en ce qui touche l'influence des forêts sur le climat et sur le régime des eaux.

Les pays dont l'air est sec, c'est-à-dire pauvre en vapeur d'eau, sont soumis aux variations extrêmes de température, du jour à la nuit : la vapeur d'eau absorbe en effet ime très-grande quantité de chaleur, tandis que l'air très-sec est diathermane et laisse arriver jusqu'au sol presque toute la chaleur solaire. Plus l'air est humide, plus il s'échauffe, et moins, en même temps, le sol s'échauffe par l'action directe du soleil. Il n'est pas rare, comme on le sait, de voir dans le Sahara, après des journées de chaleur tropicale, pendant lesquelles un thermomètre placé dans le sable arrive à marquer 45*» en été, la température de l'air s'abaisser à 0^, après le coucher du soleil. Les nuages, les brouillards, forment un écran qui protège le sol contre le refroidissement nocturne.

La vapeur d'eau est un véritable régulateur de la température de l'air ; elle équilibre la température à la surface de la terre et transporte la chaleur d'un point à un autre. Plus l'air est chargé de vapeur

d'eau, plus il est léger, puisque la densité de cette dernière est notablement moindre que celle de Tair. De là, résulte une relation étroite entre la pression barométrique et le degré de saturation de Tatmosphère.

L'influence bienfaisante de Thumidité de Tair se fait partout sentir : elle empêche la flétrissure des plantes , elle transporte, pour la déposer sous forme de rosée, Tune des matières nutritives les plus importantes, Tammoniaque ; elle rend les sols plus frais et plus fertiles, fait qu'on observe en comparant les terres des climats secs à celles des climats humides. Enfin, l'eau hygrométrique de l'atmosphère exerce une action notable sur les organismes animaux et particulièrement sur l'homme. L'air très-sec est pénible à respirer, l'évaporation cutanée s'y exagère ; le bien-être qu'on éprouve en marchant dans les forêts est dû, en grande partie, à l'état hygrométrique de l'air des massifs boisés. L'observation fréquente de l'état hygrométrique et de ses variations présente un intérêt réel pour l'agriculture, et la comparaison des résultats obtenus dans les observatoires météorologiques peut rendi^e les plus grands services à la culture locale.

Considéré dans son ensemble, le mécanisme de la circulation de l'eau dans la nature s'explique aisément. Sous l'influence de la chaleur solaire, le sol, les ruisseaux, les rivières, les fleuves et la mer dégagent constamment dans l'air des quantités énormes de vapeur d'eau; la glace elle-même, par une évaporation peu apparente, quoique réelle, émet des vapeurs. A cette transformation incessante de l'eau solide et liquide en gaz, vient s'ajouter le déversement, dans l'atmosphère, de quantités notables de vapeur due à la respiration et à la perspiration cutanée des animaux, et à la transpiration des' plantes. Ces phénomènes sont accompagnés d'une soustraction de chaleur empruntée à l'air pour la transformation de la glace ou de l'eau en vapeur.

Tant que l'espace où se produisent les phénomènes d'évaporatioii n'est pas saturé, le dégagement de vapeur d'eau continue ; l'état de saturation varie essentiellement avec la température. On dit qu'un volume d'air est saturé, lorsqu'il tient en dissolution toute la vapeur d'eau qu'il peut dissoudre à la tempéi'ature à laquelle se trouve sa

masse. Le tableau suivant met en évidence les écarts considérables que présente la teneur en eau d'un même volume d'air à des températures différentes.

^ Jkvm «k Aa*^ Awa Wt^tt

Tension de Tapeur

Pression

Poids de l'eau

L emperetureB centigrades.

en millimètres de mercure.

par centimètre carré en kilogrammes.

par mètre cube.

On voit, d'après cela, qu'un mètre cube de gaz, saturé à la température de 5**, cessera de l'être si la température s'élève et pourra dissoudre à 15*^, 5^,705 d'eau de plus qu'il n'en renfermait à 5"*. Inversement, si la température de l'air saturé, que je supposerai égale à 20**, tombe brusquement à 5°, il se condensera, par mètre cube, 9*',8 d'eau qui se déposera, suivant les cas, sous forme de pluie, de givre ou de rosée, ou restera à l'état de nuage. On appelle point de rosée, la température variable à laquelle se condense l'eau dissoute dans l'air, au contact d'un corps plus froid que le fluide.

L'humidité due à la saturation, variable avec la température, est invisible dans Tair ; elle ne devient apparente qui si la condensation lui donne la forme de brouillard ou de nuage.

On appelle état hygrométrique de l'air, le rapport entre la quantité de vapeur existant dans l'air, la tempéi'ature où Ton fait l'observation, et la quantité nécessaire pour la saturation de l'air à cette même température.

L'hygrométrie est la branche de la physique qui s'occupe spécialement de ces déterminations.

On peut suivre trois méthodes différentes pour étudier les relations de l'air avec l'eau : les appareils qu'on emploie portent le nom d'atmidomètres et d'hygromètres physiques ou chimiques. Sans en-

trer ici dans les détails que l'on trouvera à ce sujet dans les traités spéciaux, je dirai quelques mots de chacune de ces méthodes.

Dans ratmidométrie, on détermine le volume ou le poids de l'eau évaporée dans un temps donné, par une surface donnée ; cet appareil, que je décrirai en parlant de l'influence des forêts sur la climatologie de la région^ a été appliqué par Dalton, par Schûbler, etc., et employé avec succès par M. A. Mathieu, à la station de TÉcole forestière, à Bellefontaine, et dans les stations forestières allemandes pour étudier l'influence du couvert sur l'évaporation du sol.

L'atmidomètre donne la mesure de l'évaporation de l'eau dans des conditions déterminées, mais ne nous apprend rien sur l'état hygrométrique de l'air proprement dit.

Pour déterminer cet état, on peut avoir recours, soit aux hygromètres physiques (hygromètres de Saussure, Daniell, Regnault), pour la description et le maniement desquels je renverrai mes lecteurs aux traités de physique, soit aux hygromètres chimiques qui reposent tous sur l'absorption de la vapeur d'eau par des substances chimiques qu'on met en contact avec des volumes d'air déterminés, et qu'on pèse ensuite pour connaître le poids de l'eaa fixée. Ces deux méthodes nécessitent l'emploi d'appareils trop compliqués pour que leur usage puisse être recommandé aux agronomes ou aux forestiers.

Le psychromètre, dont l'idée première appartient à Leslie et à Hutton, a été introduit dans la pratique par Âugust, qui en a indiqué l'application d'une manière complète et qui a dressé des tables dont l'emploi simplifie les calculs à faire pour trouver l'état hygrométrique. Le psychromètre consiste essentiellement en deux thermomètres gradués en tô de degré, placée l'un à côté de l'autre. L'un est un thermomètre ordinaire qui donne la température du lieu ; l'ampoule de l'autre est recouverte d'une gaze incessaniment humectée d'eau; il porte le nom de thermomètre mouillé. Pour déterminer l'état hygrométrique de l'air, on note, au même moment, la température indiquée par les deux thermomètres. August a dressé des tables qui donnent directement :

1^ La force élastique de la vapeur d'eau ;

2* Le point de rosée ;

S"" L'humidité relative ;

4** L'humidité absolue.

On applique la formule suivante, à l'aide des nombres fournis, au moment de l'expérience, par la lecture des deux thermomètres et du baromètre, pour déterminer Thumidité absolue :

dans cette formule, les lettres correspondent aux données suivantes :

t = température du thennomètre sec;

(' = température du thermomètre mouillé ;

f = force élastique de la vapeur d'eau (sa saturation à t' degré) ;

h = hauteur barométrique ;

X = tension de la vapeur de l'air au moment de l'expérience.

Cette formule fait connaître la tension en millimètres de mercure de la vapeur d'eau contenue dans l'air. Pour connaître l'humidité relative, c'est-à-dire la fraction de saturation, il faut diviser la tension f de la vapeur d'eau à saturation (à la température t') par x :

l'humidité relative v = -•

Pour éviter ces calculs assez longs, M. Prazmowski a construit une règle dans le genre des règles à calcul qui donne, par une simple lecture, l'humidité relative de l'air. Je recommande l'emploi de cette règle, d'un usage très-commode, pour toutes les déterminations qui n exigent pas une rigueur absolue.

Dans ces dernières années, un industriel de Boston, ayant à faire de très-nombreuses déterminations de l'état hygrométrique de Fair pour la dessiccation des bois destinés à ses ateliers, a trouvé une solution très-pratique qui supprime tout calcul et permet de multiplier ainsi les observations psychrométriques. Voici la disposition ingénieuse imaginée par M. Lowe et représentée par la figure 5, que je dois à l'obligeance de M. A. Redier. Le thermomètre sec et le thermomètre mouillé sont placés de chaque côté d'une plaque en cuivre émaillée, dont le côté gauche est relié à une échelle inégalement divisée. A mesure que la température indiquée sur cette échelle va en augmentant, les divisions de la règle deviennent plus

loe LA HUTRITIOH D£ U PLAKTE.

petites, suivant une progression que M. Lowe a déternlinée par une série d'expériences et de calculs préliminaires. Pour se servir de rinslriiment , on commence par lire le thermomètre sec et l'on amène l'index supérieur de l'échelle à la division qui porte le degré indiqué par le thermomètre ; le bouton placé au bas de l'aiguille du cadran est mobile de haut en bas et autour de son axe ; on utilise le mouvement vertical pour cette première opération. On lit ensuite le

Fig. 5. — Hjgroin*ire (nphiquo de Loire.

thermomètre mouillé, et à l'aide du mouvement circulaire du bouton, on amène l'index inférieur de l'échelle sur le degré correspondant à celui du thermomètre. Ce dernier mouvement déplace simultanément l'ait^iill^ du diaphragme émaitic, et si l'on a déteiipiné exactement ta pontion des deux curseurs sur l'échelle, il ne reste plus qu'à lire sur les divisions verticales l'humidité relative, et sur

les divisions horizontales la température correspondant au point de rosée pour cette fraction de saturation.

Depuis deux ans j'emploie Thygromètre de M. Lowe, et les comparaisons que j'ai eu l'occasion de faire de ses indications avec celles des tables d'August m'ont démontré qu'il suffit parfaitement pour les observations météorologiques *.

Gl^ — Définition générale des climats. — Nous avons dit plus haut que l'état hygrométrique de l'air constitue l'une des caractéristiques les plus importantes du climat ; l'humidité relative ayant une influence plus grande que l'humidité absolue, c'est celle que les météorologistes ont choisie pour fixer la nature des climats ; nous adopterons, avec M. R. de Vivenot*, les définitions suivantes :

Climats secs : la fraction moyenne de saturation est inférieure à 70 p. 100.

CUmats humides : la fraction moyenne de saturation est supérieure à 70 p. 400.

Les climats secs se subdivisent en climats très-secs : fraction de saturation, 55 p. 400; cUmats moyens : fraction de saturation, 56 p. 400 à 70 p. 400.

Climats moyennement humides : fraction de saturation, 74 p. 400 à 85 p. 400.

CUmats très-humides : fraction de saturation, 86 à 400.

Cette classification générale des climats nous amène à étudier les variations diurnes, mensuelles et annuelles de l'état hygrométrique de l'air ; l'influence de l'altitude, celle du voisinage des forêts et des mers sur les mêmes phénomènes.

n ne faut jamais perdre de vue la différence fondamentale entre le sens des termes, humidité absolue et humidité relative ; cette dernière, qui sert à caractériser le climat, est le rapport entre la quantité de vapeur d'eau existant dans l'air à une température donnée, et le poids de vapeur d'eau nécessaire pour saturer cet air à la même température.

1. On troave Thygromètre graphique de Lowe chez M. Â. Redier, constructeur d'horlogerie et d'appareils de précision, cours des Petites-Écuries, n'* 6, à Paris.

2. Veber die Messung dit LuflfeuckUgkeU zur richiigen Wurdigung der Klimafe Vienne, 1866.

Dans le langage ordinaire, on désigne sous le nom d'air sec cet état de rat-mosphère favorable à Tévaporation rapide de Teau à la surface des corps mouillés, à la dessiccation du sol et des plantes. L'évaporation continue à se faire avec facilité, et Thomme placé dans cette atmosphère éprouve un bien-être tout particulier. L'humidité absolue de Tair peut être considérable dans ce cas, mais Thumidité relative est faible, comme l'indiquent les écarts très-notables de température indi(|ués par les thermomètres sec et mouillé du psychromètre d'August. Les caractères inverses constituent ce qu'on nomme temps humide; les thermomètres sec et mouillé marquent des températures voisines, mais il ne s'ensuit pas nécessairement que le taux de l'humidité absolue soit très-élevé. Le matin; l'air étant fréquemment voisin de son point de saturation (point de rosée), le temps semble humide à cette époque de la journée. L'aspect des produits que la cheminée d'une locomotive déverse dans l'air rend très-apparent l'état relatif de saturation de l'air ; par les temps secs, si le foyer est fumivore, la cheminée semble ne pas émettre de vapeur, celle-ci se dissolvant instantanément dans l'air; par les temps humides, au contraire, la vapeur qui s'échappe de la cheminée se condense dans l'atmosphère et devient très-manifeste pour l'observateur. Étudions d'un peu plus près l'humidité absolue et l'humidité relative de l'atmosphère.

62. — Variations diverses de rhomidité absolue. — Elles résultent immédiatement de réchauffement de la surface terrestre et sont sous la dépendance de la température plus ou moins élevée des eaux et du sol Sur mer et sur les côtes, ces variations sont beaucoup plus régulières et leurs écarts bien moins grands que dans l'intérieur des continents, réchauffement et le refroidissement des couches du sol nues ou couvertes de végétation, étant bien plus variables que ceux des nappes d'eau. Dans le climat marilimey l'humidité absolue présente un minimum, dans toutes les saisons, au lever du soleil, et un maximum au moment le plus chaud du jour, généralement après midi. Dans le climat continental, loin des mers, la marche de l'humidité absolue est différente suivant les saisons. En été , la terre ne restitue pas aussi vite, à l'air, l'eau enlevée par les courants chauds : il y a alors deux maxima et deux minima. Pour

9 — du soir.

Lever du soleil .

notre région , les heures des maxima et des minima sont les suivantes :

9 heures du matin. . Maximum d'humidité absolue.

4 — du soir. . . Minimum —

. Maximum —

. Minimum —

Ce dernier est le minimum le plus accentué ; c'est à partir du lever du soleil que Tévaporation de l'eau par le sol devient active ; à neuf heures du matin, l'effet maximum de Tévaporation est produit. Plus tard, il n'y a plus de compensation entre l'évaporation du sol et l'entrainement de la vapeur d'eau par l'air, la teneur absolue de l'atmosphère en eau s'abaisse.

En hiver, dans la zone tempérée que nous habitons, la marche est tout autre : il n'y a qu'un maximum, correspondant à réchauffement diurne du sol et de Tatmosphère, vers deux heures de Taprès-midi. Le minimum se présente au coucher du soleil.

63. — Variations annuelles de Thumidité absolue. — L'humidité absolue croît de janvier à juillet, et décroît inversement de juillet à fin décembre. Au mois le plus chaud correspond l'humidité absolue maxima; au mois le plus froid l'humidité absolue minima. Les chiffres suivants, extraits d'un travail de Louis Ballot *, mettent ce fait en évidence :

Quantités d'eau, en grammes, par mètre cube d'eau.

Lieux des obsenrations.

Janvier. Férrler.

Mars.

Avril.

Hal.

Jain.

Londres. . . .

Naples ....

Carisruhe . . .

Vienne ....

Lieux des observations.

Juillet.

Août.

Septembre.

Octobre.

Novembre.

Décembre

Londres. . . .

?^aples ....

Garlsrube . . .

Vienne ....

Ces déterminations montrent

aussi combien est

grand l'écart entr(