CHAPITRE XX

203. Le baromètre est par excellence rinstniment de sondage de Tatmosphère, et celui qui nous donne les plus lointaines indications. Aussi est-ce par lui que nous commencerons. Quand on ne lui demande que des indfcations générales, quand on veut savoir seulement s'il monte, c'est-à-dire si l'Ilot des calmes le recouvre, ou s'il descend, c'est-à-dire s'il est plus ou moins dans le courant équatorial, s'il promet par conséquent le beau temps ou la pluie, on peut se contenter d'observer sa marche sans se préoccuper de la valeur absolue des hauteurs du mercure. On peut même dire que pour ces conditions, qui sont les conditions usuelles, et desquelles, comme nous le verrons, on peut tirer beaucoup, un baromètre à tube étroit et un peu paresseux est supérieur aux autres. Un petit coup sur le baromètre au moment où on le consulte fait descendre ou monter la colonne, et renseigne de suite sur le sens de sa marche depuis la dernière observation. C'est pitié de voir tant de gens, qui pourraient faire de ces indications un utile emploi, se priver de baromètre parce qu'ils ne croient qu'à celui qui donne le cinquantième ou le centième de millimètre. Neuf fois sur dix, cette précision est superflue, et quand elle parait utile, elle est souvent illusoire, comme nous le verrons.

Il y a pourtant des cas où la hauteur lue sur le baromètre ne peut pas être acceptée comme telle. A une même situatioQ de l'atmosphère et à une même pression barométrique en un même lieu peuvent, en eff'et, correspondre des

lectures différentes, suivant que le mercure du baromètre sera plus ou moins chaud et par suite moins ou plus dense, que l'échelle qui porte les divisions sera plus ou moins dilatée. Il faut donc, si on veut, dans les hauteurs lues, distinguer celles qui sont identiques, les exprimer en hauteur de mercure à 0°, lue sur une échelle à 0**, si c'est à 0% comme il arrive d'ordinaire, que les divisions de l'échelle sont exactement des millimètres.

204. Corrections barométriques. — Ces corrections peuvent se faire facilement. Soit en effet h (fig. 115) la lecture barométrique, c'est-à-dire la division de l'échelle trouvée, au moyen du vernier, juste à la hauteur du sommet du ménisque. Soit / la température du mercure. Si le mercure tombait seul à 0", la hauteur nécessaire pour faire équilibre à la même pression serait moindre, le sommet du ménisque arriverait sur l'échelle à la hauteur h^. et on aurait (21) : pig. us.

en appelant rfo et d les densités du mercure à 0<* et à f*. Or, en appelant r© et r les volumes d'une même masse à ces deux températures, on a : .

i'd = Vodo d'eu -- = — =r

do r 1 -f a(

en appelant a le coefficient de dilatation absolue du mercure: il en résulte :

d ou ho —

h i +at ■ i +oit

Mais cette division ho est à son tour supposée lue sur une échelle dilatée, dont les divisions, qui ne sont des millimètres qu'à 0^ sont trop longues. Il y en donc trop peu dans la longueur Ao. Si l'échelle se contractait jusqu'à 0^, ce serait

S90 MÉTÉOROLUGIIS.

une certaine division Ho qui descendrait au niveau ho du mercure supposé ramené à 0®, et la longueur Ho, à partir du zéro, représenterait alors des millimètres: La longueur à trouver Ho représente donc actuellement la longueur ho dilatée de 0 à i®, on a donc :

d'où, en remplaçant ho par sa valeur,

Cette formule exacte, mais incommode pour Tusage, peut être remplacée par une autre presque aussi exacte mais plus simple. En ajoutant et retranchant oLt au numérateur de la fraction, on a :

4 + a( i -f- at 4 4" «^

ce qui revient, en prenant pour dénominateur de la fraction i au lieu de (i + a^) qui n'en diffère que très peu,

Ho = ^-/Ma— K)(.

Il suffit donc, pour avoir la hauteur Hq réduite à 0, de retrancher de la hauteur lue h le produit de cette même hauteur par un facteur (« — K)^ qui ne varie qu'avec ^ Rien n'empêche d'avoir des tables à double entrée, donnant toute faite la correction, qu'on trouve à l'intersection de la colonne correspondant à la hauteur h avec la colonne correspondant à la température t.

Nous n'avons pas parle de la correction capillaire. Nous savons, en effet (47), qu'à moins qu'on ne prenne un tube très large, la colonne mercurielle s'y tient plus bas qu'il ne faudrait, et que la dépression dépend à la fois du diamètre des tubes et de la flèche du ménisque, qui n'est pas toujours le même, et qui est plus surélevé lorsque le mercure monte que lorsqu'il descend. Cette correction se fait aussi à l'aide

(le tables numériques à double entrée, dont les éléments ont été fournis par l'expérience .

Nous laissons pour le moment de coté, pour y revenir tout à l'heure, une troisième correction, celle de Taltitude, parce que celles-ci nous suffisent pour le moment. Ces hauteurs barométriques que nous venons d'amener à être comparables, il faut maintenant les mettre en rapport avec leurs causes. Nous pouvons le faire -brièvement en rappelant les notions que nous possédons.

a05. Causes des variations barométriques. —

Nous savons (23) que pour tout ce qui regarde la pression exercée sur le sol , nous avons le droit de remplacer l'atmosphère par une couche homogène de densité constante de bas en haut, et ayant, si elle est formée d'air, une tiauteur de 8 kilomètres environ. Soit SA (fig. 116) la hauteur, et AB la limite supérieure de cette atmosphère fictive. L'air sec et la vapeur d'eau qui y sont mélangés exercent chacun leur part de pression, suivant les lois du mélange des gaz et des vapeurs, absolument comme s'ils étaient superposés, c'est-à-dire comme si en MS il n'y avait que de l'air sec, et en AM de la vapeur d'eau. Dans la hauteur du baromètre placé en 6 , il faut donc faire une part à la pression f de la vapeur- d'eau et à la pression H — /"de l'air sec. f peut aller, suivant le climat et la saison, jusqu'à 15 ou 20 millimètres, c'est-à-dire jusqu'à 2 ou 3 pour cent de la pression totale, et comme la vapeur d'eau n'est pas un gaz permanent, et que la quantité peut en varier dans l'air dans des proportions notables, elle se présente de suite à nous comme un facteur important des variations barométriques.

Fig. 116.

29â MÉTÉOROLOGIE.

206. Rôle de Talr sec. — Ce n'est pourtant pas Tunique facteur. Si Tair sec MS se dilatait sur place, son poids et par suite sa pression ne varieraient pas, et le baromètre resterait fixe. Mais une contraction sur un point amène une dépression, et par suite un déversement d'air provenant des régions où cette contraction ne s*est pas produite. De même une dilatation pendant Tété amène un déversement des régions échauffées vers les régions froides. Dans le premier cas le baromètre monte, dans le second il descend. Donc on peut conclure, en ce qui concerne l'air sec, que lorsque le mécanisme d'appel a eu le temps de fon€tionnei\, la pression barométrique augmente en hiver sur les régions les plus froides, et diminue en été sur les régions les plus chaudes. Pour des raisons analogues, mais moins puissantes, elle doit augmenter la nuit et diminuer le jour. Mais à un réchauffement ou à un refroidissement brusque correspond momentanément le maintien de la pression initiale.

207. Rôle de la vapeur d'eau. — Si la vapeur d eau était un gaz permanent, elle se comporterait exactement de la même façon, et nous pourrions la passer sous silence; mais sa proportion varie, augmente avec la chaleur, diminue avec le froid. Il faut donc Fétudier à part. Or, on voit que quand elle se forme, si elle le fait brusquement, elle élève le niveau AB, et doit augmenter temporairenfient la pression. C'est ce qui se produit quelquefois au moment de la première pluie dans un orage, lorsque l'air sec des régions infé» rieures se sature rapidement d'humidité au contact des gouttes qui le traversent. Puis, si les surfaces d'écoulement latéral suffisent à l'évacuation des couches élevées au-dessus de leur niveau, la pression baisse et tombe au-dessous de ce qu'elle était à l'origine, puisque la colonne d'air est devenue plus légère pour fa même hauteur. De même, une condensation brusque amène à l'origine une chute barométrique, et plus tard, si la vapeur condensée est remplacée par de l'air, une hausse nouvelle.

En somme, en laissant de côté les variations temporaires

ÉTUDE DU BAROMÈTKE. 293

qui résultent de rapparition ou de la disparition brusque de la vapeur d'eau dans Tair, on voit que pour Thiver et Tété, et aussi, naturellement, pour la nuit et le jour, les variations durables sont de même sens pour Tair sec et la vapeur d'eau. Le baromètre doit monter pendant Thivcr sur les régions froides et s'abaisser pendant l'été sur les régions chaudes. Ces deux marches inverses pourront se manifester sur la même région si cette région est de celles qui, comme les continents, se refroidissent beaucoup l'hiver et se réchauffent beaucoup l'été; sur les mers, c'est l'inverse. Ces variations doivent être d'autant plus grandes que les différences de température dans ces deux saisons ou dans les deux périodes du jour sont plus marquées dans la région considérée. Elles doivent être, par exemple, beaucoup plus faibles dans les régions équatoriales que dans les régions tempérées.

208. Causes de la double oscillation annuelle et diurne. — Si les deux causes de croissance ou de décroissance de la hauteur barométrique étaient toujours concomitantes, c'est-à-dire si le minimum de quantité de vapeur d'eau de l'air coïncidait toujours avec l'époque du minimum de température, et son maximum avec celui de lu température de l'air, les deux oscillations de même sens que subit la colonne barométrique en passant de l'été à l'hiver, ou de l'hiver à l'été, sous les influences distinctes de l'air sec et de la vapeur, ces deux oscillations seraient simultanées, s'ajouteraient Tune à Tautre, et l'oscillation résultante serait augmentée par leur superposition. Mais il ne saurait en être ainsi pour plusieurs raisons. La formation de vapeur d'eau est un phénomène lent à se produire, parce qu'il exige beaucoup de chaleur. La quantité de vapeur présente à un moment donné dans l'air est une combinaison d'effets superposés, dont le maximum (167) est toujours en retard sur celui de la cause. De plus, c'est surtout aux dépens de la chaleur du sol que se produit la vapeur, et cette chaleur du sol est aussi un de ces phénomènes toujours en retard sur le maximum de la cause qui les produit. Au contraire, la tem-

pérature de l'uir ôst ud effet rapide, presque immédiat. Eu tout cas, il nous suffit, pour notre raisonnement, que les phases ne soient pas les mêmes. Si elles ne le sont pas, l'oscillation descendante d'été, produite par Tinfluence de la

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Février JÔ78

Fig. 117.

vapeur d'eau, sera en retard sur celle qui provient de l'action de Tair sec, et fera baisser la courbe au moment où, si ce n'était la vapeur d'eau, elle recommencerait à remonter. Il y aura donc deux minima, au lieu d'un, pendant Tété ou le jour. Il y aura de même deux maxima, au lieu dun, pendant la saison froide ou la nuit.

Les figures 1 J7 et 118 donnent à la fois doux exemples de ce phénomène et de la variété des causes auxquelles il est

mm

ia 3'' 6* g*- rrrià 3

^ 5^ 9^ TTîin

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Septemhre 1073

Fig. 118.

dû. Dans les deux on a cherché à séparer l'influence de Tair sec de celle de la vapeur d'eau. On n'a pu, pour cela, utiliser

!2% MËTÉOROLOGie.

que les valeurs fournies par robservation hygrométrique pour f au voisinage du sol, et on a admis que / décroissait suivant la même loi que la pression barométrique à mesure qu'on s'élève. L'erreur provenant de ce fait est petite, et peut être négligée. On a, déplus, représenté en vraie grandeur la différence entre la pression barométrique et celle de l'air sec, de sorte que dans chacune des Cgures la différence vesticale entre les courbes pleines représente le nombre de centimètres de mercure faisant équilibre à la pression de la vapeur d'eau. Or on voit que le minimum de 6 heures du matin, en février 1878, est dû à l'air sec, tandis qu'en septembre, celui de 4 heures du matin estdù à la vapeur d'eau. D'une manière générale les maxima et minima dépendent des divers modes de combinaison entre les deux ordonnées des deux courbes indépendantes de l'air sec et de la vapeur d'eau.

Les heures de ces maxima et minima seront naturellement variables, bien qu'elles puissent osciller, en moyenne, autour de certains chiffres déterminés, variables d'une station à l'autre, et que les anciens météorologistes, bornés à ces horizons relativement étroits, se sont donné beaucoup de peine pour découvrir. C'est ainsi qu'on a trouvé qu'à Paris, l'heure du premier maximum barométrique varie de 1 0 heures du matin en hiver à 8 heures du matin en été ; celle du second, voisine de 10 heures du soir en hiver, se rapproche de minuit en été. L'heure du premier minimum précède de peu celle du lever du soleil; elle est de 4 heures du matin en hiver, de 5 heures en été. L'heure du second minimum varie entre 3 heures du soir en hiver et 5 heures en été. Mais bien qu'il soit utile d'avoir toujours présentes à l'esprit ces heures tropiques, pour pouvoir bien interpréter les variations barométriques dans le courant d'une journée, il faut bien se garder de croire que les choses se passent ainsi tous les jours, et que le phénomène est régulier. Il est au contraire sans cesse troublé par des influences plus puissantes, qui l'augmentent ou le masquent suivant qu'elles agissent dans le même sens que lui ou en sens contraire, et on peut se demander comment on a pu mettre en évidence ces fluçtua-

ÉTUDE DV BAROMÈTRE. â97

lions périodiques au milieu des fluctuations accidentelles qui a^tent incessamment le mercure du baromètre.

209. Méthode des moyennes. — Pour y arriver, et éliminer de leurs observations, journalières multiples tout ce qui était l'accident^ l'écart avec ce qu'ils croyaient être la situation régulière du moment, les météorologistes employaient la méthode des moyennes, c'est-à-dire qu'additionnant, par exemple, toutes les hauteurs barométriques lues chaque jour à midi, pendant une période plus ou moins longue, ils en déduisaient, en divisant la somme obtenue par le nombre des observations, ce qu'ils appelaient la hauteur moyenne à midi. On avait ainsi les moyennes horaires. Avec les lectures faites aux différentes heures de chaque jour, on obtenait de même les moyennes journalières; avec ces moyennes journalières, les moyennes mensuelles; avec celles-ci les moyennes annuelles. Quand, au bout d'un nombre suffisant d'années, on avait réuni des moyennes horaires suffisamment concordantes entre elles, on pouvait, en les substituant aux observations réelles de chaque heure, construire avec elles une journée et une année fictive, n'ayant plus que des rapports éloignés avec la réalité, mais qui était censée représenter Vannée normale débarrassée de ces grands froids, de ces fortes chaleurs, des orages et des calmes qui modifient ou altèrent sa physionomie.

11 est inutile de discuter ici le bien fondé de ces idées. Elles ont beaucoup perdu de leur crédit et de leur importance depuis que l'introduction du télégraphe dans les relations nationales et internationales a mis en relation les météorologistes, leur a permis de prendre rapidement connaissance de leurs observations mutuelles, et de promener sur le monde entier leur attention bornée jusque-là à la partie de l'atmosphère placée au-dessus de leurs têtes. Lcverrier a eu le mérite de pressentir cette révolution, et de travailler énergiquement à la réaliser.

210. Météorologie en surface. — Cette météorologie en surface exigeait l'introduction dans les observations

d'une correction nouvelle, à peu près inutile jusque-là. Les divers baromètres dont on se trouvait avoir à comparer les lectures pour se faire une idée de la distribution générale des pressions, n'étaient pas tous à la même hauteur au-dessus du niveau de la mer. Si donc nous supposons, comme nous le faisions tout à Tlieure, l'atmosphère tranquille et remplacée par un fluide homogène en équilibre montant jusqu'à l'horizontale AB ((ig. 119), les lectures, même réduites a 0«,

Fig. Ii9.

faites sur les baromètres 6, b\ b\ br placés à des niveaux différents ne traduiraient pas cet état de choses. Il faudrait, pour Ty retrouver, ajouter à chacune de ces hauteurs barométriques celle qui correspond au poids de la colonne d'air comprise entre le baromètre correspondant et une hauteur fixe, pour laquelle on prend d'ordinaire le niveau de la mer. Il faudrait trouver la hauteur réduite au niveau de la mer, ou corrigée de l- altitude.

Celte correcticm est, en apparence, très facile à faire. Elle le serait, en effet, si l'air était en repos, et si on connaissait la loi de décroissance de la température avec la hauteur. On pourrait ainsi trouver la hauteur de mercure équivalente au poids des couches d'air comprises entre la station et le

niveau de la mer. Laplace a calculé une formule qui la donne. Mais l'hypothèse sur laquelle il Ta établie, celle d'un air en repos, n'est jamais réalisée, et cela enlève toute sécurité à l'emploi de la formule qui, théoriquement exellente, donne dans la pratique des résultats d'autant plus inexacts que l'altitude de la station est plus grande.

211. Formule de réduction. — Comme elle est, en outre, d'un emploi assez incommode, on a essayé de lui substituer une autre formule plus simple, applicable au cas où l'altitude est médiocre et ne dépasse pas 300 mètres. On admet alors que dans la couche d'air comprise entre la station et le niveau de la mer, la température est constante et que la décroissance d^ la pression se fait en progression arithmétique. Soit alors h la hauteur réduite du baromètre, H celle qu'on lirait au niveau de la mer, D la densité du mercure à 0^, le poids (H — h)D fait équilibre au poids d'une colonne d'air dont la hauteur est l'altitude a de la station, et

la densité d la moyenne -^ — des densités de l'air au bas et

au haut de la couche. On a donc :

D'un autre côté, on a évidemment, en supposant que sur toute la hauteur de la couche la température soit la même

équation d'où on lire

d' ~ Il et, en portant dans l'équation (j) la valeur de rf' + d^ /Tf ivn ad'{\{-\-h) ,, , W-h ad'

300 BléTÉOROLOGI.B.

Or, nous avons vu (38) que