DU FROID DANS LES PLAINES

DE LÀ TEMPÉRATURE THERMOMÉTRIQUE DE l’àIR A L’OMBRE OU PENDANT LA NUIT •

Pour analyser convenablement les indications d’un thermomètre exposé à l’air libre, il faut distinguer plusieurs cas et préciser les conditions diverses dans lesquelles il se trouve placé. Je ne ferai pas les suppositions auxquelles les physiciens ont recours pour expliquer ces effets si complexes , je ne parlerai pas d’enceintes idéales homogènes et privées d’air, je ne quitterai pas le terrain de l’observation et delà réalité ; mais je distinguerai plusieurs cas : 1° lorsque l’air est calme et le ciel couvert ou serein; 2° lorsque l’air est agité et le ciel clair ou nuageux.

La température de la couche inférieure dans laquelle l’homme se meut étant la plus intéressante à connaître, je suppose pour plus de simplicité une plaine sans arbres , sans édifices , sans murs , sans objets faisant saillie audessus du sol. Il fait nuit, l’air est parfaitement calme et le ciel couvert d’une couche de nuages uniforme. Quelles sont les influences auxquelles sera soumise la boule thermométrique échauffée préalablement dans son étui par le contact du corps de l’observateur? Elle se refroidit d’abord par conductibilité au contact des molécules d’air dont la température est plus basse que la sienne. Puis, par rayonnement , car il s’établit immédiatement un échange de chaleur entre la cuvette du thermomètre et le sol, la couche de nuages

qui rayonne par elle-même et réfléchit la température terrestre , le bâton auquel l’instrument est suspendu, l’observateur qui lit ses indications, et même les particules aériennes qui ne sont pas en contact avec la cuvette. Le thermomètre émet et reçoit alternativement de la chaleur, cherchant à se mettre en équilibre avec tous ces corps de température si diverse qui l’entourent ; aussi ses indications varient-elles continuellement ; elles sont l’expression de ce que les physiciens ont appelé si justement l'équilibre mobile de la température. Le degré marqué par le thermomètre à un instant donné n’est donc que la résultante de toutes les actions calorifiques auxquelles il est soumis. Parmi ces actions, la température des molécules aériennes joue un grand rôle ; mais tous les corps vus par la houle thermométrique jouent également le leur.

Changeons actuellement une seule des circonstances dans lesquelles se trouvait le thermomètre, et ses indications changeront également. Nous avons supposé le ciel couvert uniformément ; supposons-le parfaitement serein , comme il l’est par une belle nuit d’hiver ou d’été. La boule thermométrique échange toujours par rayonnement de la chaleur avec tous les objets dont nous avons parlé, excepté la couche de nuages. Celle-ci n’existant pas , c’est avec les parties supérieures de l’atmosphère et avec les espaces interplanétaires que l’échange a lieu. Or, tous les calculs des physiciens donnent à ces espaces une température prodigieusement basse , c’est-à-dire au-dessous de — 100° 1 . A cet échange, le thermomètre, on le conçoit, perd énormément, ainsique les molécules d’air environnantes, le sol, l’observateur, etc. De là , un refroidissement considérable du thermomètre , dont la température s’abaisse au-dessous de celle de l’air ambiant , le verre étant un corps infiniment plus rayonnant que l’air, c’est-à-dire un corps qui émet beaucoup plus facilement la chaleur. Le rayonnement, comme nous le constatons, a joué un rôle considérable dans le refroidissement du thermomètre; nous allons voir qu’il n’en est pas toujours ainsi.

Au lieu d’une nuit calme et sereine , supposons une nuit légèrement orageuse : le ciel est couvert ; un vent plus ou moins violent chasse les nuages et balaye la surface du sol. Le thermomètre est suspendu comme dans l’ex-

1 Pouillet; Traité de physique, 3e édit., tom. II, pag. 545.

périence précédente ; mais il se trouve dans un courant d'air continu, les molécules aériennes se renouvellent sans cesse autour de lui , le lèchent pour ainsi dire tour à tour, et lui enlèvent une portion de sa chaleur en se refroidissant à son contact. Au milieu de ces circonstances, le refroidissement dû au rayonnement est presque nul. Dans ce cas, et dans ce cas seulement, le thermomètre indique très-approximativement la température de l’air en mouvement 1 2 . Est-il besoin d’ajouter que dans la nature il est très-rare que les cas soient ainsi parfaitement tranchés : jamais l’air n’est longtemps complètement en repos ou animé d’une vitesse et d’une température uniformes, ce qui supposerait un vent constant , sans intermittences et sans changement de direction. L’agitation de l’air soutrayant jusqu’à un certain point le thermomètre à l’influence du rayonnement du sol , du ciel et des objets environnants, il faut, lorsque l’air est calme, produire autour de l'instrument un vent artificiel . Aussi avons-nous toujours employé, M. Bravais et moi, quand l’air était tranquille , un thermomètre à très-petite boule attaché à un cordonnet de 40 centimètres de longueur ; nous le tournions en fronde en marchant , afin de mettre la boule en contact avec un grand nombre de particules aériennes. En agissant ainsi , on obtient une température de l’air aussi approchée que le permet la ténuité cl’un mélange gazeux et le voisinage de corps rayonnants.

Pour des physiciens, la démonstration de ces faits serait inutile, on les prouve par des expériences de cabinet; mais j’ai pensé que la démonstration météorologique ne serait pas superflue : il est bon de montrer que les effets de la chaleur rayonnante et de la chaleur par conductibilité sur une cuvette thermométrique , sont aussi sensibles dans la nature que dans le laboratoire.

En 1844, nous avons fait, M. Bravais et moi, notre troisième série météorologique du 20 septembre au 3 octobre, sur le Faulhorn, montagne isolée du canton de Berne, dont le sommet s’élève à 2 683 mètres au-dessus de la mer-. Les circonstances étaient on ne peut plus favorables pour étudier

1 Ces faits sont d’accord avec les expériences sur le refroidissement faites dans des circonstances artificielles. Voyez Dulong et Petit; Recherches sur la mesure des températures .(Journal de l'École polytechnique, tom. XI, pag. 189; 1820.)

2 Le lecteur trouvera cette série dans Y Annuaire de la Société météorologique de France , tom. III, pag. 118; 1850.

l’influence de la sérénité du ciel. En effet, à cette hauteur le rayonnement calorifique des objets terrestres vers le zénith est plus intense que dans la plaine, pour plusieurs raisons : 1° parce que la densité de l’air raréfié n’est plus que 0,75 de celui de la plaine ; 2° parce que la couche d’air qui sépare ces objets des espaces interplanétaires est moins épaisse de 2 685 mètres qu’au bord de la mer ; 5° enfin , parce que l’influence du sol est plus faible sur une montagne que clans la plaine, la surface qui rayonne vers le thermomètre étant moins étendue. Nous avions l’habitude de déterminer simultanément la température de l’air par deux procédés : 1° en lisant d’abord le thermomètre suspendu à l’air libre et en le tournant ensuite en fronde pendant quelques instants avant de noter ses indications. Ces observations se faisaient à cinq mètres au-dessous du sommet. J’ai choisi soixante observations de jour et de nuit : le ciel était serein dans les premières, couvert dans les secondes, et le vent nul ou modéré dans toutes. Je trouve que dans les premières le thermomètre fixe se tenait en moyenne de 0°,55 plus bas que le thermomètre tourné en fronde. Dans les secondes, le thermomètre fixe était en moyenne de 0°, 1 1 plus haut que le thermomètre tourné en fronde. L’explication est facile et instructive : Lorsque le ciel est serein , la boule du thermomètre rayonnant vers les espaces célestes, sa température s’abaisse au-dessous de celle de l’air ; lorsque le ciel est couvert, cette même boule exposée au rayonnement des objets terrestres voisins et à celui des nuages , accuse une température plus élevée que celle de l’air. Dans les deux cas, en tournant le thermomètre en fronde on le met en contact avec un grand nombre de particules aériennes, et il prend, autant que faire se peut, la température propre de l’air. C’est donc un procédé auquel il faut toujours avoir recours quand on veut connaître cette température aussi exactement que possible 1 .

Les thermomètres fixes, au moyen desquels on détermine le climat d’une localité, étant presque toujours placés au nord d’un édifice, et quelquefois à une hauteur considérable au-dessus du sol , donnent des indications trop

1 Les mêmes expériences, faites à bord de la Recherche, dans les mers du Nord, du 14 juin au 14 juillet 1838, ont donné des résultats analogues; seulement, avec un ciel serein comme avec un ciel couvert, le thermomètre fixe se tenait plus haut que le thermomètre tourné en fronde. (Voyez Voyages de la commission du Nord en Scandinavie . — Météorologie , tom. III, pag. 4.)

élevées, exposés qu’ils sont au rayonnement des murs , des toits , des gouttières , du sol , des arbres , qui tend toujours à élever la température. Ces mêmes objets s’opposent à leur rayonnement vers l’espace, qui, dans les nuits sereines , compenserait l’effet du rayonnement des objets terrestres ; aussi les météorologistes instruits savent-ils très-bien que presque toutes les températures moyennes des villes sont trop élevées4 . Pour le physiologiste, le médecin et l’horticulteur, cette exagération a moins d’importance ; car l’homme, les animaux et les végétaux sont soumis , comme le thermomètre , à l’influence du rayonnement des objets terrestres et abrités plus ou moins contre le rayonnement zénithal. La seule condition qu’ils sont en droit d’exiger, c’est que les observations soient faites dans la couche inférieure de l’atmosphère où vivent les êtres organisés, et non pas sur des tours ou des édifices élevés, où les températures extrêmes sont notablement différentes de celles qu’on observe dans le voisinage du sol habité.