DE LA TEMPÉRATURE THERMOMÉTRIQUE DE L’AIR ET DU SOL AU SÔLEIL

Le soleil est l’unique source de chaleur pour l’atmosphère dans laquelle nous sommes plongés , et lorsque nous prenons la température de l’air à l’ombre ou pendant la nuit, c’est le degré d’échauffemenl communiqué directement ou indirectement par les rayons solaires aux molécules aériennes que nous cherchons à mesurer. Mais, outre la chaleur qu’il communique aux parties aériennes, le soleil échauffe encore par son rayonnement tous les corps liquides et solides -qu’il éclaire à la surface du globe. Cet échauffement direct, produit par les ondulations calorifiques qui ont traversé l’espace et l’atmos-

phère, est indépendant de la température propre de l’air, mais modifié par des circonstances que nous allons énumérer.

1° La hauteur du soleil. — Les physiciens démontrent que réchauffement d’une plaque métallique par un foyer de chaleur placé en face d’elle est proportionne] au sinus de l’angle formé par la plaque et les rayons incidents. Le maximum a lieu quand les rayons sont perpendiculaires à cette plaque, le minimum lorsqu’ils lui sont parallèles. Une portion peu étendue de la surface terrestre, un myriamètre carré par exemple, pouvant être considérée comme parfaitement plane, elle se trouve, par rapport au soleil, dans la même position que la plaque vis-à-vis du foyer. Par conséquent, réchauffement produit par le soleil sera, toutes choses égales d’ailleurs , plus considérable dans les pays où le soleil est plus près du zénith ; il ira sans cesse en diminuant de l’équateur vers le pôle. Dans les contrées boréales, le soleil s’élève à peine audessus de l’horizon, et ses rayons obliques sont impuissants à réchauffer l’air et le sol. Sous l’équateur, au contraire, l’astre s’écarte très-peu du zénith ; il darde perpendiculairement ses rayons sur la terre, qu’il inonde de chaleur et de lumière.

Les saisons reconnaissent pour cause l’inclinaison de l’axe terrestre vers le soleil. Pour l’Europe, l’été est la période de l’année où la partie septentrionale de cet axe à laquelle correspond l’hémisphère de même nom est penchée vers le soleil, qui nous paraît alors plus haut ; l’hiver est la période pendant laquelle l’axe est penché du côté opposé au soleil , qui nous parait alors moins élevé au-dessus de l’horizon. En été les rayons solaires s’approchent de la verticale, en hiver ils s’en éloignent. En été ils sont moins obliques à la surface terrestre, en hiver ils le sont davantage; de là, les chaleurs de l’été et les froids de l’hiver. Ainsi , la hauteur du soleil audessus de l’horizon dans le milieu du jour étant différente dans les quatre périodes de l’année, produit les quatre saisons. La température modérée du printemps et de l’automne provient de ce que l’axe de la terre n’est pas incliné vers le soleil dans ces deux périodes. Ce qui se passe dans le cours de l’année se reproduit en abrégé dans le cours de la journée. L’inclinaison du soleil varie suivant les heures : elle atteint son maximum à midi , et 1’échauffement de l’air et du sol suit une marche dépendante de la hauteur du soleil au-dessus de l’horizon.

2° L’absorption de la chaleur solaire par l’atmosphère. — L’atmosphère forme autour du globe terrestre une couche concentrique dont l’épaisseur a été estimée à 100 kilomètres environ. A l’équateur, quand le soleil est au zénith , les rayons traversent cette couche suivant la verticale et arrivent à la terre par le plus court chemin. Mais il est évident que dans ce trajet ils perdent toute la chaleur qui est employée à échauffer l’air qu’ils pénètrent. Celte perte est considérable ; M. Quetelet 1 a calculé d’après ses expériences, faites avec l’actinomètre d’Herschel, que dans ce trajet direct 1/5 des rayons calorifiques sont absorbés , les 2/5 seulement arrivent à la terre 2. Ainsi , un thermomètre placé aux limites de l’atmosphère accuserait une chaleur plus forte d’un tiers que le même instrument plongé dans la couche inférieure de l’air. M. Pouillet3, employant un pyrhéliomètre de son invention, a calculé que l’atmosphère absorbe près de la moitié de la chaleur envoyée par le soleil à la portion de la terre qu’il éclaire dans un moment donné. Si l’on représente par 1 la chaleur solaire aux limites de l’atmosphère , la quantité absorbée est de 0,4, et par conséquent celle reçue par la terre de 0,6. Les rayons obliques du soleil nous réchauffent donc moins que les rayons qui se rapprochent de la verticale , pour deux raisons : d’abord parce qu’ils sont obliques, et ensuite parce qu’ils traversent une couche atmosphérique plus épaisse. Ces deux motifs nous expliquent la différence prodigieuse qui existe entre les climats terrestres. Au-delà du cercle polaire , les rayons obliques du soleil sont sans force. Malgré la présence continuelle de l’astre au-dessus de l’horizon pendant une partie de la belle saison, ils n’échauffent ni l’air ni le sol ; un exemple suffira : Je passai les dix premiers jours d’août 1859 à Magdalena-Bay, au Spitzberg, par latitude 79° 54' N. Le soleil ne se couchait pas, sa hauteur moyenne au-dessus de l’horizon à midi, était de 27° 25' ; l’air, habituellement brumeux , ne laissait apercevoir le ciel que dans quelques rares éclaircies; le 1er et le 7 il tomba de la neige. La température moyenne de l’air fut de 2°, 42 ; le maximum moyen , véritable ex-

1 Climat de la Belgique, Rayonnement solaire, pag. 13.

2 M. Pouillet estime l’absorption à 0,24.

3 Eléments de physique expérimentale, 3e édit. , pag. 535, et Comptes-rendus de l'Académie des sciences de Paris, tom. VII, pag. 25; 1838.

pression de la chaleur, 3°, 79 ; jamais le thermomètre ne dépassa 5°, 7. La température moyenne du sol à 0m,55 de profondeur et au soleil , fut de 1°, 45 ; le maximum moyen 1°, 7 1 et le maximum absolu 2°, 8.

A l’observatoire de Bruxelles, situé par 50°51' de latitude N., la longueur des jours était à la même époque de 14b50m, la hauteur du soleil de 56°5'. La température moyenne de l’air, malgré un ciel habituellement couvert, fut de 17°, 65, et celle du sol de 1 7°, 7 1 . Ainsi, pour une différence de 28°45/ en latitude, nous avons une différence de 15°, 21 pour la température de l’air, et de 16°, 28 pour celle du sol à 0m,55 de profondeur. Que serait-ce si je comparais ces températures avec celles de points situés entre l’équateur et le tropique du Cancer ! On voit que dans les contrées boréales, où le soleil tourne autour de l’horizon, sans se coucher pendant les mois d’été, son action calorifique est néanmoins bien faible à cause de l’obliquité de ses rayons et de la fréquence des brumes. Malgré sa présence constante , les plantes, les animaux et les hommes sont à peine réchauffés par ses pâles rayons ; mais plus on s’avance vers l’équateur plus son influence se fait sentir, malgré la brièveté croissante des jours. A partir du 45e degré de latitude, également distant du pôle et de l’équateur, le règne organique semble se réveiller, les espèces végétales et animales sont plus nombreuses, l’homme vit pour ainsi dire en plein air et ne cherche un abri que pour la nuit ; plus on avance vers le Sud, plus l’intluence du soleil devient prédominante ; sa chaleur, associée à l’action de l’eau, produit la végétation luxuriante des tropiques ; mais, dans les pays privés de pluie et de rosée , l’aridité des steppes ou du Sahara.

nu RÉCHAUFFEMENT PHYSIOLOGIQUE PAR LES RAYONS SOLAIRES.

Tout le monde a éprouvé par soi-même l’action calorifique des rayons solaires, lorsque l’air est calme : alors, en effet, les vêtements, puis la couche d’air interposée entre eux et la peau, sont peu à peu échauffés. La couleur et la nature des vêtements jouent ici un rôle considérable : les vêtements en laine de couleur foncée absorbent infiniment mieux la chaleur que ceux de toile de couleur blanche ; aussi l’homme a-t-il adopté dans tous les climats les premiers pour l’hiver, les seconds pour l’été. Les enveloppes métalliques polies, dont le pouvoir absorbant est presque nul, seraient un vêtement détestable

dans toute saison, et les chirurgiens militaires savent que la cuirasse incommode les cavaliers qui en sont revêtus, autant par ses propriétés thermiques que par son poids. La température de l’air traversé par les rayons solaires a peu d’intluence sur leurs propriétés échauffantes, qui dépendent de l’épaisseur d’atmosphère traversée. Que de fois j’ai souffert de la chaleur sur les glaciers ou sur les neiges des Alpes; tandis que. sur ceux du Spitzberg, j’étais toujours transi de froid. La température de l’air était la même, mais l’action calorifique du soleil ne l’était pas ' .

1 Les météorologistes ont généralement renoncé à mesurer la chaleur du soleil en exposant un thermomètre à ses rayons. On le comprend aigément. Lorsque les rayons du soleil nous arrivent à travers un air pur, nous sommes dans la position d’un homme placé devant un foyer de chaleur. Une partie des rayons est absorbée par l’air, ceux qui ne le sont pas arrivent à la boule du thermomètre qu’elles échauffent ; celle-ci est donc exposée à trois influences différentes : le contact des particules d’air, les rayons solaires , et la chaleur solaire réfléchie par tous les corps environnants. Toutes ces influences se combattent à chaque instant et font varier de plusieurs degrés les indications de l’instrument. Je suppose l’air parfaitement calme, le mercure se dilate, la colonne s’allonge et reste un instant stationnaire ; mais que le plus léger souffle d’air s’élève , le thermomètre redescend immédiatement de plusieurs degrés. Au milieu de ces oscillations continuelles , l’observateur ne sait à quelle indication s’arrêter, d’autant plus que le soleil n’étant pas immobile dans le ciel, l’épaisseur de la couche atmosphérique qu’il traverse varie continuellement dans une même journée. On pourrait , il est vrai , choisir pour chaque jour l’instant de midi ; mais un midi ne sera pas comparable à l’autre, parce que l’état du ciel et l’agitation de l’air ne seront jamais les mêmes dans deux midis consécutifs.

C’est par réchauffement du sol que les météorologistes mesurent l’intensité de la radiation solaire ; car cet échauffement donne pour ainsi dire la somme de chaleur reçue par lui dans un temps donné.