Les trajectoires des vents sont circulaires

— Et d'abord, sont-elles bien circulaires? On a contesté ce point, et soutenu qu'elles étaient au contraire spiraliformes, et que le vent se dirigeait vers le centre de tous les points atteints par le cyclone, en suivant des courbes mal définies géométriquement, mais dont le caractère est d'aller passer .toutes par un point central commun, après avoir plus ou moins tourné autour de lui pour l'atteindre. Le principal argument en faveur de cette interprétation des phénomènes est que, même dans les cartes dressées par Redfield {Voy. fig. 102), on trouve sur plusieurs points les flèches indicatrices de la direction du vent inclinées vers le centre commun des circonférences, au lieu de leur être tangentes. Par conséquent, conclut-on, les vents se dirigent en tournoyant vers le centre, et comme là, ils ne peuvent pas s'accumuler, il faut bien qu'ils remontent vers les hautes régions de l'atmosphère. Le centre de la tempête est donc une région de confluence et d'ascension de l'air.

On peut d'abord remarquer que, même en supposant exacteslesbases de ce raisonnement, ses diverses parties ne se tiennent pas. En admettant que les vents notés sur les cartes inclinent tous vers le centre, il n'en résulte pas nécsssairement qu'il y ait ascension à ce même centre. Ces vents sont ceux qu'indiquent les girouettes, ou que le marin note à bord. Ce sont des vents des régions voisines de la

surface du sol, et rien ne dit qu'ils aient la même direction à toutes les hauteurs dans Tatmosphère. De plus, même dans les plus fortes tempêtes, le vent n'est pas continu; il souffle par rafales, c'est-à-dire par places et par intervalles. Comme l'air est élastique, il peut se détendre, soit latéralement dans les intervalles des rafales, soit horizontalement à un niveau supérieur à celui qu'il a parcouru dans une direction centripète, et cela sans avoir gagné ce centre vers lequel les figures le projettent. Qu'on suppose une douzaine de ventilateurs rangés en cercle autouf d'un même point, et y envoyant de l'air, mêjyie d'une façon continue, il n'en résultera nécessairement, ni une ascension de l'air en ce point, ni un mouvement giratoire, ni rien de ce qui constitue un phénomène régulier tel qu'un cyclone.

Cette ascension de l'air au centre du cyclone est d'ailleurs contredite par un autre phénomène. Si de l'air s'élevait en ce point, comme il y arrive chargé d'humidité, puisqu'il pleut presque toujours sur tout le pourtour du cyclone, il se refroidirait en montant, et dès lors, au lieu du ciel clair si souvent ohservé dans l'œil de la tempête, on aurait des nuages encore plus épais qu'ailleurs.

Séparons donc absolument la question du mouvement centripète et celle de l'ascension de Tair au centre du cyclone, elles ne sont pas corrélatives et ne se commandent pas l'une l'autre. Mais il reste que, dans la théorie que nous discutons, il y a refoulement de l'air dans la direction du centre, et alors, ce qui devient inexplicable, c'est que la pression au centre ne soit pas plus élevée que dans le pourtour, au lieu d'y être plus faible. Nous voilà dès lors conduits par ces impossibilités à nous retourner contre les prémisses du raisonnement, et à nous demander quelle importance nous devons accorder à ces flèches indiquant une direction centripète. Dans l'immense majorité des cas, elles représentent le vent ressenti par l'observateur ou la girouette placés au voisinage du sol, c'est-à-dire là où il y a des obstacles. C'est de ce qui se passe dans une faible épaisseur d'air où tout es*t cause de trouble, où, sur terre, les vents sont déviés dans leur

marche par des remous de surface, où, sur mer les marins conviennent qu'on ne peut pas apprécier leur direction à 10* près, c'est de ces observations fausses ou incertaines que nous tirons des conclusions pour toute la hauteur de Tatmosphère intéressée dans le phénomène. Dans nos tempêtes d'Europe, pour lesquelles on attribue aussi aux vents une direction centripète, manifeste dans les vents qui agissent sur les girouettes, M. Hildebrandsson a vu que lorsqu'on notait la direction des nuages, on la trouvait toujours très approximativement tangente aux isobares, de sorte que pour eux, le caractère cyclonique de la trajectoire n'est pas douteux. Ce sont aussi les nuages qu'il faudrait observer dans les cyclones, mais encore sans être sur de tirer ({uelque chose de cette observation, car rien ne nous dit que sur des surfaces aussi étroites que celles des cyclones, les centres des isobares, à diverses hauteurs, soient tous sur la même verticale, et que l'entonnoir hypothétique dont nous avons parlé soit bien droit sur sa pointe.

On peut dire qu'en rejetant la direction du vent comme contrôle de la théorie, toutes les théories, quelles qu'elles soient, se trouvent sapées. II n'y a qu'à répondre ceci. L'inclinaison du vent vers le centre, qui est toujours faible, qui l'est d'autant plus qu'on s'élève davantage, sauf certains cas exceptionnels, représente l'accident. Nous verrons, du reste, qu'elle a son explication dans la théorie que nous adoptons, et qui, elle, s'appuie sur ce fait curieux, visible dans tous les cyclones, et incontesté de tous, de la disposition approximativement circulaire des vents autour du centre. C'est cette disposition à peu près circulaire, en contraste si évident avec la direction rectiligne des vents dans la région des alises, qui fait le caractère essentiel du cyclone, et, je reviens à ce que je disais plus haut, ce qu'il y a à expliquer, c'est comment de ces courants rectilignes on peut faire dériver un mouvement giratoire.

188. Analogies avec les tourblllons des cours d'eau. — Or, c'est là précisément le spectacle que nous

donnent les tourbillons des cours d'eau, dont nous avons signalé plus haut les grossières analogies avec les cyclones, et qui sont en effet des rotations circulaires survenant au milieu d'un régime de vitesses reclilignes et parallèles. Ils surviennent, remarquons-le, dans un fluide homogène, do densité et de température constantes, ce qui empêche de faire intervenir aucun phénomène physique dans leur explication, qui est alors du ressort de la mécanique. Malheureusement, cette mécanique des fluides est encore dans Tenfance. Les lois qu'elle a trouvées pour les gaz et les liquides, lorsqu'elle les suppose dénués de viscosité, restent muettes quand on les applique à Tétat réel des choses, et il en sera ainsi tant que ces questions de viscosité et de frottement intérieur, dans les liquides et dans les gaz, n'auront pas été elles-mêmes étudiées à fond. En somme, la mécanique des fluides ne peut nous être d'aucun secours dans notre explication. Mais nous pouvons tourner un peu la difficulté, et si nous ne pouvons expliquer la formation du tourbillon, nous pouvons au moins le prendre tout fait, l'observer et l'étudier dans les circonstances de sa production et de sa marche, et voir si l'assimilation que nous avons esquissée se poursuit sur tous les points.

Or, quand on observe les tourbillons des cours d'eau,

voici ce qu'il est facile

mAmm

de remarquer. Ils ont des régions favorites comme les cyclones, où ils se produisent et se reproduisent de préférence, et ces régions sont toutes celles oii se trouvent en contact deux nappes d'eau animées de mouvements contraires, ou Tuue mobile et l'autre immobile; par exemple derrière les piles de ponts (fig. 108), là où se produit le contact du cojrant

Fig, 408.

Fig. 109.

<jui a passé sous Tarche avec la masse d'eau M relativement tranquille placée à Tarrière de la pile et protégée par elle; par exemple encore (fig. 109) sur les bords des rivières, de préférence celles où il y a de la profondeur, un courant rapide et sinueux, et oii par conséquent les frottements sur les rives sont les plus accusés. Dans ce cas, les tourbillons apparaissent de préférence sur la rive concave, là où la vitesse du courant est la plus grande, et les frottements les plus accusés.

Comme les cyclones, les tourbillons ont un sens de rotation constante pour un même lieu de formation. Ce sens est celui dans lequel tournerait une roue hydraulique horizontale assujettie à tourner sur la rive ou sur la partie immobile de l'eau sous Tinfluence du courant. Il est indiqué par des flèches dans les deux figures qui précèdent, et dont la seconde traduit en outre, par l'inégalité des cercles représentés, l'inégalité de puissance des tourbillons sur la rive concave et la rive convexe.

Comme les cyclones, les tourbillons voyagent, et ont un bord dangereux et un bord maniable. On les voit quitter le point sur lequel ils se sont formés et être emportés par le courant qui les a engendrés. Mais on voit aussi qu'ils n'obéissent pas sans résistance à l'action de ce courant, et ne voyagent pas comme de simples épaves, 11 semble qu'ils aient un mouvement à eux, et que la masse d'eau embrassée dans leur mouvement de rotation forme une espèce de tout solidaire, qui obéit à des lois spéciales et présente une certaine résistance à la destruction.

Enfin, comme les cyclones encore, le tourbillon peut transportera distance et dépenser sur son fond tout ou partie de la force qui l'a produit. Les régions à tourbillons sont aussi celles des affouillements sur le fond. C'est ainsi

que les piles de ponts sont souvent menacées par l'arrière. Dans les inondations, là où un obstacle au courant a amené un tourbillon local et permis à Teau de fouiller le sol, on trouve parfois des trous très profonds d'où la terre et les pierres ont été rejetées par des girations liquides rappelant, toutes proportions gardées, pour la puissance qu*clles déploient, les girations des plus forts cyclones.

189. — L'origine de cette puissance de poussée sur le fond est facile à saisir, si son mode de transmission est encore incertain. Le tourbillon commence par une petite dépression qui se creuse peu à peu, en même temps qu*elle s'élargit par le haut. Le mouvement spiraliforme dont elle est visiblement le siège, qui entraîne les corps flottants dans les petits tourbillons, et qui, dans les grands, saisit parfois le nageur de façon à lui faire courir des dangers, peut être considéré comme la combinaison d'un mouvement de chute le long des parois de Tentounoir et d'un mouvement de rotation autour de l'axe. La loi exacte de la vitesse de ce dernier mouvement est inconnue; on sait seulement qu'elle va en s'accélérant d'autant plus qu'on s'enfonce davantage et que le rayon de giration est plus petit* C'est évidemment l'action de la force centrifuge résultant de cette vitesse de rotation qui fait équilibre à la pression hydrostatique à l'extérieur de la dépression, qui permet au tourbillon de se creuser et de se conserver quand il est formé. En outre, ce que l'observation révèle, et ce que confirme l'expérience des nageurs saisis par un tourbillon, c'est que le mouvement n'a lieu que sur une petite épaisseur à partir de la surface intérieure de l'entonnoir, et qu'à petite distance, l'eau peut être en repos complet, ou animée seulement de la vitesse du courant qui eniporte le tourbillon.

11 est clair, d'après cela, en envisageant d'abord les choses en gros, que nous avons au bord de l'entonnoir, dans sa partie évasée, une masse d'eau considérable animée d'une faible vitesse, et que, par suite du mouvement giratoire, à mesure qu'on descend, la masse d'eau mise en raou-

vement diminue, mais sa vitesse augmente. Ce qui nous échappe, ce qui serait du ressort à la fois de la mécanique des fluides et de la physique moléculaire, c'est de savoir comment des masses d'eau animées de vitesses faibles rentrent au repos après avoir communiqué à une portion d'entre elles Une vitesse supérieure. Mais nous n'avons pas absolument besoin de connaître le' mécanisme pour conclure que la somme des forces vives en jeu sur le large pourtour de l'entonnoir doit se retrouver intacte ou à peu près intacte sur son fond étroit, puisque la seule perte théorique est celle consommée dans les frottements, très réduits dans les liquides et surtout dans les gaz. Si, sur ce fond, il y a une résistance, c'est là qu'elle se dépense, et voilà l'explication des affouillements des tourbillons des cours d'eau. Augmentez maintenant ce tourbillon dans les proportions d'un cyclone, et en passant de l'eau à l'air, dont la masse est plus faible, compensez et au delà la différence de masse en augmentant la vitesse, car il n'y a guère de fleuve courant aussi vite qu'un vent moyen, vous aurez une idée de rimmense quantité de force vive qui, dans le cyclone, peut se dépenser sur un étroit espace, et des désastres qui peuvent en résulter.

190. — Voilà le chapitre des ressemblances. Il explique, comme on peut voir, d'une façon suffisante, comment les cyclones éclatent toujours dans certaines régions, au voisinage des solstices et de la rétrogradation des alises ou des changement de moussons; c'est le moment oii, comme nous l'avons vu (171), les vents contraires dominent tour à tour dans l'atmosphère, et où les chances de choc ou de contact sont les plus grandes. On comprend aussi que, formés au milieu d'une situation régulière, ils aient un sens de rotation constant. On devine aussi pourquoi ils voyagent, emportés dans le courant qui les a produits. Enfin, on comprend qu'ils disparaissent et se comblent en s'élargissant, comme les tourbillons des cours d'eau, lorsque éloignés de leur lieu d'origine, et les causes qui les ont amenés ayant cessé

d'agir, les frottements intérieurs de la masse liquide ou gazeuse ont fini par absorber toute la force vive originairement misé enjeu.

191. Différences avec les tourbillons des cours d'eau. — Mais à côté de ces ressemblances, il y a des différences que nous devons envisager ^à leur tour. Je ne parle pas des différences de formes. Le tourbillon liquide ressemble a un entonnoir, parce qu'il a une surface libre. Si on superpose plusieurs liquides non miscibles de densités différentes, et si on produit un tourbillon dans la masse, on constate que chacun des liquides se creuse en entonnoir sur le contour du tourbillon, et laisse une cavité qui est remplie par le liquide supérieur. Il en va ainsi dans l'atmosphère, si ce n'est qu'il n'y a nulle part de liquide supérieur, et qu'à toutes les hauteurs le vide que laisse au centre du cyclone l'air rejeté vers l'extérieur est rempli par de l'air plus léger puisé à un niveau supérieur. Ce qui constitue un tourbillon, ce n'est pas la forme de sa surface, qui est une résultante, c'est la vitesse de rotation rejetant vers l'extérieur les masses d'eau ou d'air puisées au centre, et y laissant un vide qui est rempli par un fluide moins dense que celui du pourtour. Or cela, nous l'avons dans les tourbillons gazeux comme dans les tourbillons liquides.

192. — Il y a une difficulté plus grave. Les tourbillons produits derrière les piles de ponts se font toujours (fig. 408) à droite et h gauche de la nappe d'eau immobile, et, suivant la règle du § 188, y toui^nent en sens inverse. De même pour les tourbillons produits sur les deux rives d'un fleuve. Les uns, ceux de la rive concave, peuvent bien être plus forts que les autres, et même exister seuls, si sur la rive convexe le mouvement est assez lent; mais ce sont là des conditions exceptionnelles ne permettant pas de comprendre comment il n'y a jamais, dans une région donnée, qu'une seule espèce de cyclones, où le vent tourne toujours dans la même direction. Si le çvclone est dû au frottement de deux vents con-

traires, qui, au moment de la transition, se balancent à peu près comme intensité, pourquoi n'y a-t-ilpas, en même temps que des cyclones directs et s'éloignant de Téquateur, des cyclones inverses qui s'en rapprochent?

Notons tout de suite qu'il y a de ces derniers cyclones. On en trouve sur les listes de Redfield, de Reid, de Piddington, qui, au lieu de marcher comme les autres vers le N.-W., au début de leur carrière, marchent au S. -W. Mais ils sont rares, leurs trajectoires sont peu inclinées vers le Sud. Ils sont k l'état d'exception confirmant la règle, et nous devons nous demander pourquoi la règle existe.

En remarquant qu'elle n'existe pas pour les liquides et les mouvements tourbillonnaires qu'on y constate, tandis qu'elle se vérifie presque constamment pour ceux de Tair, on est conduit à chercher s'il n'y aurait pas une intervention du mouvement de la terre. Un tourbillon a un commencement, un milieu et une fin, et quand il a les dimensions d'un cyclone, quand il couvre plusieurs centaines de kilomètres carrés, on ne peut guère se le représenter comme le résultat du frottement de deux masses d'air en contact. Ce frottement est évidemment la cause originelle, mais cette cause ne peut que provoquer le déclanchement d'un mécanisme plus puissant qu'on ne saurait chercher, si on ne veut pas faire intervenir les influences cosmiques, en dehors de la vapeur d'eau.

193. « — C'est un fait connu que les cyclones s'accompagnent d'ordinaire de pluies abondantes. L'un d'eux a donné 60 /"""TI '^

pouces d'eau en 24 heures. Pour X / . \

nous représenter l'effet d'une de / ^ \ \

ces condensations , supposons '^{-- j^

qu'elle se produise subitemeut, \ *

sous l'influence d'un mélange avec \

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un cylindre vertical, figure 110.

Il ; en résultera dans ce cylindre '^'

une variation de pression qui appellera l'air de tous les

points du pourtour. Or, si ce cylindre a un diamètre comparable à celui de la terre, ce qui est toujours le cas, non pas pour la partie inférieure du cyclone, mais pour 1 entonnoir supérieur, il est facile de voir que l'air venant du Nord étant entraîné vers l'Ouest comme les alises, celui venant du Sud étant entraîné vers l'Est commelescontre-alisés, toute la partie comprise au-dessus du diamètre W.-E.-va être déviée vers rOuest, toute la partie Sud vers TEst. Les masses d'air qui vont affluer à l'intérieur du cylindre pour y combler le vide produit prendront donc, dans l'hémisphère Nord, une rotation de même sens que les cyclones. Ceci revient à dire que, dans l'hémisphère Nord, le mouvement de la terre favorise les rotations inverses, et contrarie les rotations directes. Si ces rotations directes se produisent sous l'influence des courants aériens , elles tendent à s'effacer dès qu'elles mettent en jeu la vapeur d'eau et deviennent importantes. Au contraire, les autres peuvent s'agrandir et s'augmenter chemin faisant par les condensations qu'elles amènent et qui ajoutent à leur vitesse de rotation, jusqu'au moment où, arrivées dans les latitudes tempérées, sur les continents* el la vapeur d'eau se faisant plus rare, elles s'éteignent comme les tourbillons des cours d'eau dans un liquide homogène.

Cette nourriture continue du cyclone à mouvement inverse peut aussi servir à expliquer la persistance de sa puissance et de sa durée, car il y en a qui durent plusieurs jours, tandis que les tourbillons des liquides sont toujours éphémères. Je n'ai pas besoin de faire remarquer que le même raisonnement s'applique à l'hémisphère Sud.

194. — Enfin, il y a dans l'histoire des cyclones un dernier point qui est tout à fait inexpliqué : c'est la forme parabolique de leur trajectoire. On s'explique assez bien qu'ils finissent par prendre la direction S.-W, s'ils sont produits ou saisis à un moment quelconque par le courant des contrealisés qui les emporte dans ce sens ; mais ce qui ne se comprend pas, c'est en vertu de quelles forces, dans la première partiede leur trajectoire, ils marchent au N.-W., et coupent

presque à angle droit la trajectoire normale des alises. Le problème a un peu changé de face depuis que M. Loomis a montré qu'ils étaient en général suivis, dans la région qu'iU avaient visitée, par un vent de même direction qu'eux et dépourvu de tout caractère cyclonique. Il est clair que c'est ce vent qui les a d'abord emportés, et n'a été sensible à la surface du sol qu'après leur passage ; mais la difflculté n'est que reculée, car il reste alors à expliquer l'apparition de ce vent du S.-E. dans des régions oîi les vents régnants ont une direction toute différente. Le changement de la mousson joue certainement un rôle dans le phénomène : mais lequel? C'est un point qui réclame de nouvelles études.