MÉTÉOROLOGIE

Après avoir exposé ces phénomènes qui se rattachent à ia théorie de la chaleur, nous allons entamer une autre partie de la physique ; nous allons commencer à tous entretenir dans cette séance, de ce qu’on appelle les phénomènes météorologiques.

On entend par phénomènes météréoîogiques les variations qui ont lieu dans l’atmosphère. Ces phénomènes sont très nombreux; mais nous nous bornerons, quant à présent, à parler de ceux que nous pouvons expliquer à l’aide des connaissances que nous avons acquises. Il en est, par exemple, qui dépendent de l’électricité, qui, par conséquent, ne peuvent être bien compris qu’après que nous aurons parlé de l’électricité. Nous ne nous occuperons point de ces derniers.

Nous commencerons par examiner la source de chaleur à la surface de la terre , et les modifications qui en dépendent, car c’est là le principe pour ainsi dire des phénomènes météorologiques. La plus légère attention suffit pour convaincre que c’est le soleil qui est la véritable source de la chaleur à la surface de la terre. Il est possible qu’il y ait d’autres causes de chaleur, mais dans l’état actuel de nos connaissances , elles nous sont inconnues.

Si on doutait que le soleil fût la cause véritable de la chaleur, il suffirait de remarquer que dès que le soleil paraît sur l’horizon, la température commenee à s’élever, qu’elle continue à s’élèvera mesure que le soleil s’élève au - dessus de l’horizon, qu’ensuite elle diminue à mesure que le soleil devient de plus en plus oblique, et qu’enfm lorsque le soleil se couche et descend au-dessous de l’horizon, le froid va continuellement en augmentant. 11 croît proportionnellement à la durée pendant laquelle le soleil ne paraît pas; de sorte que c’est réellement au moment où le soleil a été le plus long-temps absent, toutes choses égales d’ailleurs, que le froid est le plus considérable : ainsi c’est au moment où le soleil va selever qu’on a le plus grand froid.

Il demeure donc évident que la chaleur dépend de la présence du soleil sur l’horizon. Le soleil nous envoie plusieurs espèces de rayons. Il y a des rayons lumineux qui servent à faire voir les objets; il y a des rayons calorifiques qui échauffent, et enfin il y a des rayons différons des uns et des autres, qu’on appelle des rayons chimiques , qui produisent plus particulièrement des effets chimiques que ne produisent pas les

autres rayons: nous ne porterons notre attention que sur les rayons de calorique.

En raison de l’excentricité de l’orbe solaire, la distance du soleil à la terre est variable; mais relativement à la grande distance qui nous sépare du soleil, on peut regarder cette distance comme étant la même pour tous les points du globe terrestre. Par conséquent on doit concevoir qu’un faisceau composé de rayons de calorique, conserve à toutes les époques de l’année la même intensité. Si donc l’on reçoit ces rayons sur une surface perpendiculaire aux rayons, on aura sur cette surface le maximum d’intensité qui peut être produit par le faisceau de calorique , en supposant le ciel dans toute sa pureté, afin que les rayons lumineux et les rayons calorifiques ne soient point interceptés; car lorsqu’il y a des nuages,, des vapeurs vésiculaires, les rayons sont arrêtés, et la température est moindre.

Vous concevez très bien que si l’on fait varier l’inclinaison de la surface, on aura une surface qui recevra sur un plus grand nombre de points les rayons de calorique dont le nombre est resté le même. Si la surface inclinée est 2, 3, 10 fois plusgrande que la surface perpendiculaire, l’intensité en chaque point sera 2, 3, 10 fois plus petite, de manière que l’obliquité des rayons, sur une surface déterminée, fait qu’il tombe, sur la surface prise pour unité, beaucoup moins de rayons de calorique, et que par conséquent cette surface sera beaucoup moins échauffée. L’inclinaison de la surface croît en raison inverse du cosinus de l’angle que cette surface fait avec les rayons de calorique, et l’intensité du calorique est toujours en raison inverse de l’étendue de la surface. Par conséquent l’intensité des rayons de calorique qui viennent frapper une surface, est proportionnelle au cosinus de l’angle que les rayons de calorique font avec cette même surface. Cette intensité est à son maximum lorsque le cosinus est zéro, elle va en diminuant à mesure que le cosinus va en augmentant. Cette circonstance se présente pour nous depuis le lever jusqu’au coucher du soleil. Quand le soleil paraît sur l’horizon, un faisceau lumineux est coupé par une surface très oblique, et la chaleur est fort peu de chose ; mais à mesure que le soleil s’élève, la surface coupée devient de plus en plus perpendiculaire aux rayons, et l’intensité augmente, de manière que l’intensité est à son maximum si la surface est tout-à-fail perpendiculaire aux rayons; cas qui se présente habit uellement sous l’équateur, et que nous pouvons produire en cherchant une surface qui se présente per*

pendiculairement à la direction des rayons lumineux. Cette circonstance se rencontre très naturellement à la surface de la terre; car la surface de la terre n’est pas unie, elle est couverte d’aspérités, de collines, de montagnes. 11 en résulte que suivant la configuration du sol , il y aura telle colline qui présentera une pente perpendiculaire aux rayons qui viennent la frappeF, et puis une pente opposée qui sera au contraire très oblique aux rayons. Cette seule circonstance suffit pour produire une différence très grande dans l’intensité de la chaleur. Vous verrez qu’il y a ensuite des causes qui- tendent à établir une sorte d’équilibre, comme par exemple, le mouvement de l’air. Mais si l’air était dans un repos absolu, vous verriez sur une très petite colline, qui présenterait une surface perpendiculaire ou à peu près, une très grande intensité de chaleur; tandis que la pente opposée recevant très obliquement les rayons du soleil, aurait une température beaucoup pius basse : c’est ce qui est très sensible relativement à la végétation. On sait que dans certaines contrées, on est obligé de rechercher les pentes immédiatement exposées au soleil, afin que le raisin puisse y mûrir.

Cette circonstance de l’obliquité de la surface n’est pas la seule circonstance de laquelle dépende l’intensité de la chaleur qui est produite dans an lieu déterminé. La durée de V insolation a aussi une très grande influence. Sous l’équateur, les jours sont égaux aux nuits ou à peu près, parce que le soleil ne reste pas sous l’équateur, il s’écarte jusqu’aux tropiques; de sorte que chaque nuit dissipe toute la chaleur qui est produite pendant le jour. C’est un même cercle qui se renouvelle continuellement.

Lorsqu’on quitte l’équateur pour se rapprocher des pôles, le soleil reste de plus en plus sur l’horizon; nous avons des jours croissons pendant l’été et diminuant pendant l’hiver; ainsi, nous avons en été 16 heures de jour et seulement 8 heures de nuit. Vous devez concevoir que par la durée pendant laquelle la source verse sa chaleur, elle pourra compenser le défaut de perpendicularité des rayons solaires. On remarque en effet qu’il fait aussi chaud, non pas d’une manière continue, mais pendant certains jours de l’année dans nos climats, que sous l’équateur. Cela est dû uniquement à ce que les nuits sont très courtes et les jours très longs. C’est cette même cause qui fait qu’à Saint-Pétersbourg même on a des jours excessivement chauds.

La température dépend encore de plusieurs autres circonstances que nous indiquerons successivement.

La température étant variable avec les mois, les jours , les heures et même les instans, vous concevez que ce qu’on entend par température d’un lieu , est non point la température prise dans un instant déterminé, mais une température qui donnerait une idée de toutes les températures qui ont eu lieu pendant tous les instans d’une année. C’est cette température qu’on désigne par le nom de température moyenne.

Pour s’en former une idée, il faut concevoir qu’on observe, par exemple, d’heure en heure, un thermomètre placé dans un lieu convenable. Il serait inutile de l’observer de quartd’heure en quart-d’heure. Comme il n’y a jamais de saut brusque d’une heure à l’autre , les résultats pris toutes les heures sont suffisans pour déterminer la courbe que suit la température. Ainsi, concevons qu’on ait divisé le jour en vingtquatre heures, et qu’à chaque heure on observe le thermomètre, vous aurez 24 résultats ; en divisant la somme de ces résultats par 24 5 vous aurez un résultat moyen qui vous donnera la température moyenne du jour. Supposant que vous avez opéré pendant tous les jours du mois , vous ferez la somme de tous les résultats moyens de chaque jour, et vous diviserez cette somme par 5o ; ce qui vous donnera la température moyenne du mois. Si vous faîtes pareille chose tous les mois, vous aurez 12 résultats moyens à la fin de l’année. En divisant leur somme par 12, vous aurez la température moyenne de l’année. C’est cette température moyenne de l’année qui nous donne une idée de la quantité moyenne de chaleur qui est versée par le soleil sur la surface de là terre. Cette quantité de chaleur est telle qu’elle maintiendrait le thermomètre, par exemple à Paris, à une température constante de io°: c’est-à-dire que nous n’aurions ni de grandes chaleurs ni de grands froids. Les grands froids sont compensés par les grandes chaleurs.

Le thermomètre dont on se sert pour prendre les températures moyennes ne doit pas être placé au soleil, parce que les rayons de calorique se fixent dans le verre et en élèvent la température. Deuxthermomètresplacés, l’un au soleil, l’autre à l’ombre, ne s’accordent nullement. Le thermomètre qui doit donner la température du lieu doit donc être abrité du soleil et placé à l’ombre.

La position plus ou moins élevée du thermomètre n’est pas non plus indifférente. En général, b1 thermomètre doit être placé à deux mètres au-dessus du sol.

Étant donnée la température du lieu , il ne faut pas croire cependant que nous ayons là tout ce qui est nécessaire pour

nous donner une idée exacte delà température du pays, ou pour mieux dire une idée du climat. On entend par climat, l’ensemble de toutes les circonstances météorologiques qui ont lieu dans un pays, et qui peuvent avoir quelque influence , soit sur les hommes, soit sur les animaux, soit sur les végétaux» C’est l’ensemble de ces circonstances qu’il importe réellement de connaître. La température seule n’indique absolument rien.

En effet, concevons un pays où la température serait constamment à 5°, un pareil pays serait une terre de désolation ; les animaux ne pourraient y vivre, et très peu de végétaux s’y développeraient. Supposons maintenant, un pays qui soit tel que la température de six mois de l’année soit de + a5°, et que la température des six autres mois soit de — i5°. La température moyenne serait de 5°. Ainsi voilà deux lieux qui ont la même température moyenne, avec cette différence , que dans l’un de ces pays la température de 5° est constante, et que dans l’autre elle n’est que le résultat du calcul. La température y est variable , puisque pendant six mois, il y a une très grande chaleur, et pendant six autres mois un froid très rigoureux.

Quoique vous ayez deux températures moyennes qui soient égales, vous aurez une différence énorme entre les climats des deux pays. L’un ne présentera qu’une terre nue et déserte ; l’autre offrira la plus belle, la plus riche végétation. Il est vrai que dans ce second climat, nous aurons six mois de grand froid; mais l’hiver les végétaux sommeillent ; pourvu qu’ils puissent résister au froid, comme la vigne qui supporte jusqu’à 3o° au-dessous de zéro , peu importe qu’ils soient exposés à un froid de 5 ou de 1 5 degrés. Ainsi la distribution de la chaleur aura une très grande influence dans ce qu’on peut appeler le climat d’un pays.

Cette différence que nous venons de signaler dépend de la nature du sol. Si nous concevons un sol très sec, la terre étant un très mauvais conducteur de la chaleur, les rayons du soleil ne pénètrent pas dans l’intérieur, et l’action de la chaleur se porte à la surface. Les pluies peuvent contribuer à échauffer l’intérieur de la terre; lorsqu’elles tombent sur une surface échauffée, elles s’échauffent, pénètrent ensuite dans la terre et y portent la chaleur de la surface ; mais en général, nous pouvons établir en principe que la terre étant un très mauvais conducteur de la chaleur, l’effet se borne, pour ainsi dire à la surface, et l’intensité de calorique est à son maximum dans ce cas, tandis que si l’effet pouvait sc propa-

géra une profondeur plus ou moins grande , l’intensité distribuée sur une plus grande masse serait beaucoup plus petite*

Concevez u ne couche qui s’échauffe à So par l’action delà chaleur. Concevez maintenant quelesolsoittellement perméable qu’une masse double puisse être échauffée. Il en résultera nécessairement que cette masse sera moins échauffée. C’est ce qui se rencontre pour l’eau. L’eau étant perméable aux rayons lumineux et aux rayons de calorique qui accompagnent les rayons lumineux, il en résulte, si vous considérez une masse d’eau étendue, comme un lac, une mer, que les rayons de calorique échauffent la surface, maisdetrès peu, parce qu’ils vont au-dessous , de manière que tout leur effet se produit dans une masse qui peut avoir dix mètres de profondeur. Par conséquent la chaleur étant distribuée dans une masse aussi considérable, doit être très peu sensible. C’est là une circonstance extrêmement importante qui influe beaucoup sur la nature du climat. Ainsi quand le pays est de nature terreuse , alors le calorique s’arrête à la surface et, par conséquent, acquiert une grande intensité; tandis que , lorsqu’au lieu d’être solide, la surface est liquide, l’effet se propage à une profondeur considérable et l’intensité du calorique à la surface est très peu sensible. C’est ce qui a fait distinguer, et cette distinction a été faite par Newton, les climats en climat continental et en climat insulaire.

Pour bien; se représenter la chose , il faut concevoir une île extrêmement petite , placée au milieu de l’Océan , et un point à la même latitude sur le continent. Sur le continent vous aurez pendant le jourune élévation de température considérable , et pendant la nuit un très grand refroidissement. Pour l’île placée au milieu de l’Océan, vous n’aurez ni beaucoup de chaleur le jour, ni beaucoup de froid la nuit. Vous concevez que ces deux lieux pourront avoir une température moyenne égale. Cependant, dans l’un rien ne pourra venir, si c’est dans un pays très septentrional ; dans l’autre au contraire la végétation pourra se développer; ainsi il est extrêmementimportant dé faire attention à la nature du sol sur lequel les observations sont faites.

Ce n’est pas tout encore. La position de l’endroit où se font les observations , relativement à son élévation au-dessus du niveau de la mer, a aussi une très grande influence sur le climat.

En effet, en supposant l’atmosphère parfaitement tran-

quille , la température de l’air va en diminuant depuis la surface de la terre jusqu’aux plus grandes hauteurs auxquelles on se soit élevé. Cette variation de température est très rapide; on peut établir qu’en general, pour 200 métrés de hauteur, on a un abaissement de température de un degré. Ainsi en supposant la température, à la surface de la terre, de io°, en s’élevant à 200 mètres , la température ne serait plus que de 90 ; en s’élevant à 2000 mètres on trouverait une température de o°. La température décroît suivant une progression arithmétique.

M. de Humboldt, qui s’est beaucoup occupé de ce genre d’observations, a trouvé qu’à une élévation de 191 mètres correspondait un abaissement d’un degré. Il faut remarquer que toute montagne n’est pas propre à fournir des résultats bien précis. Il faut des montagnes isolées. Quand ces montagnes font plateau , lu chaleur de la montagne est influencée par celle du plateau. Ainsi la meilleure méthode pour faire ces observations serait de les faire en ballon; mais alors on n en peut faire que très peu.

Saussure a trouvé 195 pour la hauteur, qui amenait un abaissement d’un degre. Dans un voyage aérostatique, on a trouvé 187 mètres 4. Ce résultat, qui ne s’éloigne pas beaucoup des précédens, mérite une certaine confiance, en raison des circonstances dans lesquelles l’observation a été faite.

Ces résultats sont, en général, indépendans des saisons,, à moins que des causes perturbatrices , comme les vents, ne viennent intervertir la loi.

La cause du froid qui règne ainsi dans les hautes régions de l’atmosphère peut se concevoir assez aisément. Quand l’air est transparent, les rayons du soleil arrivent à la surface de la terre sans une perte très considérable, et l’atmosphère est très peu échauffée par les rayons qui la traversent. C’est- donc à la surface que réchauffement a lieu. Il y a par conséquent une couche d’air qui devient très chaude ; cet air devient plus léger,, et s’élève en formant un courant d’autant plus rapide qu’il y a plus de différence entre l’air échauffé et l’air environnant qui est froid. C’est un phénomène facile à remarquer en rase campagne. Sur une terre exposee aux rayons d un soleil ardent, on voit une espèce d’ondulatoin continuelle produite par ce mélange d’air chaud et d’air froid. De ce mélangé résulté nécessairement une diminution dans la température ; il est évident que les dernières couches ne doivent pas être aussi échauffées que les premières.

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Les observations faites depuis beaucoup d’années nous montrent que la température moyenne de la terre est sensiblement constante. 11 faut en conclure que la terre perd , chaque année, toute la chaleur que le soleil verse sur elle. Cette perte se fait par rayonnement, et il y a une radiation continuelle qui détermine un abaissement de température de plus en plus grand, et comme la source de la chalenr rayonnante est dans le bas, la température doit aller en diminuant à mesure qu’on s’élève.

Il existe encore une autre cause de refroidissement des couches supérieures de l’atmosphère. Concevonsune masse d’air, comme un immense ballon , qui soit échauffée à la surface de la terre. D’après les lois de l’hydrostatique, ce ballon doits’élever jusqu’à ce qu’il ait trouvé une couche oh il soit en équilibre de densité. Mais en s’élevant il se dilatera nécessairement ; or, nous avons vu que de l’air qui se dilate produit un froid plus ou moins considérable qu’on peut calculer dans des circonstances déterminées.

L’air ayant une température décroissante, à mesure qu’on s’élève , vous concevez qu’une ville , qui s’élance dans l’atmosphère , aura une température plus basse qu’une ville située dans la plaine. Au pied de Chimboraço, on éprouve les chaleurs excessives de la zone toride ; mais à mesure que vous vous élevez, vous avez pour chaque 200 mètres un degré de moins, et vous aurez toutes les températures jusqu’à la limite des neiges éternelles , où toute végétation cesse.

Après avoir indiqué les divers élémens dont se compose le Climat, il s’agit d’indiquer la manière de faire les observations. Vous concevezqu’il serait très fastidieux de faire des observations d’heure en heure ; on a cherché des moyens d’abréger les opérations.

On a remarqué que la température de huit heures du matin donne sensiblement la température moyenne de la journée. On a observé ensuite, que si l’on prend le plus grand degré de chaleur, et ensuite le plus grand degré de froid qui seront observés dans la journée, et qu’on en prenne la moitié, on a la température moyenne du jour. Or , on sait déjà que le plus grand froid a lieu au moment où le soleil se lève. On observe le thermomètre vers l’époque du lever, et on prend le maximum de froid. Pour avoir la température la plus élevée, on n’a qu’à observer le thermomètre entre deux et trois heures. Ajoutez ces deux températures, prenez-en la

moitié, vous aurez la température moyenne du jour. Les tables météorologiques qu’on fait à l’Observatoire, portent principalement sur les températures minima et maxima , et c’est sur ces températures moyennes qu’on calcule les températures moyenne du jour, des mois et de 1 année.

Indépendamment de cette manière d’obtenir la température moyenne , on peut se borner à prendre , à une époque quelconque, la température de l’eau des puits qui n’auraient pas une très grande profondeur. La température varie beaucoup à la surface de la terre , mais à une profondeur de dix mètres, elle ne varie pas d’une manière sensible.

Ainsi la température de l’eau d’un puits de 10 à 12 mètres, donner a la température moyenne du lieu. L’eau des sources peut également servir à donner la température moyenne. Cependant onpeut tomber dans de graves erreurs , parce qu’une source peut provenir de très grandes profondeurs ou descendre de lieux élevés. Dans le premier cas, en réglant la température moyenne du lieu sur la température de la source , on serait au-dessus de la vérité, et dans le second cas on serait au-dessous.

Je terminerai cette séance par une remarque fort importante : c’est que la température va en augmentant à mesure qu’on descend dans la terre. Ce résultat a été constaté par des expériences faites depuis peu de temps, dans des mines, dans des lieux profonds qui pouvaient avoir jusqu’à 400 mètres de profondeur. Dans les mines on obtient des résultats très variables; parce que les mines étant habitées par des ouvriers, la respiration des hommes, la chaleur développée par les bougies, peuvent avoir une influence sur la véritable température. De plus, suivant la nature des mines, il y a des fermentations qui développent aussi de la chaleur. On évite quelques-unes de ces causes d’erreur en opérant dans des mines abandonnées.

La meilleure méthode qu’on puisse suivre pour avoir la température des lieux profonds, est celle des puits artésiens , ainsi appelés parce qu’on les pratique principalement dans l’Artois. Ces puits se font au moyen d’une sonde qu’on enfonce graduellement à des profondeurs plus ou moins grandes. Lorsque la sonde rencontre une source, l’eau s’élève jusqu’à la surface du sol. On a remarqué que les sources ont une température d’autant plus élevée qu’elles viennent d’un lieu plus profond. Enfin, le résultat de toutes observations qu’on a faites à conduit à admettre que 55 mètres de profondeur donnent

une augmentation d’un degré de température. Mais ce n’estlà qu’une manière simple de se représenter le phénomène ; car la loi n’est pas encore déterminée d’une manière exacte. Cette température élevée qui existe dans les profondeurs de la terre explique la cause des eaux thermales.

IMPRIMERIE DE E. DUVERGER