DES BROUILLARDS ET DES NUAGES

Formation des brouillards, — D'après la loi du mélange des gaz et des vapeurs, 1.) vapeur d'eau se forme à la surÊice de la terre, comine si l'air n'existait pas, seulement avec beaucoup plus dé lenteur; elle glisse dono entre les interstices des molécules d'oxygène et d'azote, pour s'élever à une certaine hauteur et former une atmosphère aqueuse. Si cette vapeur n'atteignait pas son changement d'état, les couches qu'elle forme se disposeraient

{>ar ordre de densité décroissante à partir de la surface de a terre, chaque couche supportant le poids des couches su* périeures. Avec une température uniforme dans l'atmosphère, cet équilibre pourrait exister, et il ne pleuvrait pas; mais si la diminution de la température aveclahau* teur atteint une limite telle, que le poids des couches de vapeur, qui ne jieuvcnt dépasser l'état de saturation, ne puisse faire étjuilihre à la couche de vapeur sni- la(|uelle elles reposent, alors la vapeur qui se forme à la sui'face

DB L*ATMOSPHÈRB.

(lu globe tendra toujours à s'élever et à venir se condenser dans les régions supérieures, plus froides que celles qui les maintiendraient à l'état de saturation.

Le décroIssem(>nt actuel de la température dans 1 atmosphère, de par 1 7'i ou 1 80 mètres, est dans ce cas , car, par exemple, à a5'\ la tension maximum de la vapeur d*eau est à peu près de a4 millimètres de mercure; or, on a vu plus haut que le poids total de U vapeur contenue dans l'atmosphère, en supposant la température de a5^, ou si Ton veut sous les tropiques, ne surpassait pas f décimètre d'eau, c'est-à-dire 7 millimètres de mercure; il résulte de là que la tension de la vapeur d*eau , à la surface du sol , ne sera jamais équilibrée par le poids de la vapeur contenue dans le reste de l'atmosphère. Ainsi, avec le décroissement actuel de température, il s'opèi^ une espèce de distillation, et l'eau évaporée à la surface du globe vient se condenser à une certaine hauteur, oii elle forme des nuages, et retombe ensuite à l'état de pluie ou de neige.

Nous avons supposé que, malgré le décroissement de température avec l'élévation, la surface de la terre était également chaude; mais une autre condition de la chute de l'eau est le décroissement de la température de réquatein* aux: pùUîS, et le mélange des masses saturées ou humides qui se déplacent dans la direction des méridiens, et traversent des lieux inégalement échauffés. En outre , il y a des variations de température cL des tîvaporalions accidentelles qui changent la quantité de vapeur d'eau formée, et peuvent donner lieu à des précipitations locales plus ou moins abondantes.

Eu général, lorsque l'air contient une plus grande quantité de vapeur d'eau que celle qui est nécessaire pour sa saturation , soit par suite d'un abaissement de température, soit par toute autre cause, alors sa transparence est troublée, la vapeur d'eau se précipite, et il se forme du brouillard. Si le brouillard est suspendu à une certaine hauteur dans l'atmosphère, qu'il reste immobile ou qu'il soit emporte par des courants d'air en

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formant des amas irrëguiiers, il pread alors le nom de

nuage.

Les brouillards ou les nuages peuvent se former à la surface de la terre, ou bien à une certaine bauteur dans l'atmosphère.

A la surface de la terre , ils prennent habituellement naissance lorsque cette surface est plus chaude que l'air et que celui-ci est saturé d'humidité : dans ce cas, la tension de la vapeur qui s élève est celle qui convient à la température de cette surface; mais bientôt la vapeur rencontrant l'air humide et plus froid, ne peut subsister dans cette région froide et se condense.

Un effet du même genre a lieu lorsque l'on met un vase plein d*eau chaude dans une atmosphère un peu humide : plus Teau est chaude et l'air humide, plus on aperçoit de vapeurs au-dessus du vase.

Nous rapporterons on passage de Saussure, qui peint bien cette formation de brouilkrd (JSssai sur fhjgro^ métrie, p. 3io):

,« Arrêté par un vent pluvieux sur la cime ou le pen- « chant de quelque haute montagne, je cherchais à ëpier « la formation des nuages que je voyais naître presqu'à o chaque instant sin- les forêts ou sur les prairies situées (* au-dessous de moi. Nul brouillard ne couvrait ieiirsura face; l'air qui les environnait était parfaitement net et a transparent; mais tout à coup, tantôt ici, tantôt là, « il paraissait quelques-uns de ces nuages, sans que ja- « mais je pusse saisir le commencement delà formation, a Dans une place que mon œil venait de quitter , où « deux secondes avant il n'en existait pas, j'en voyais a tout à coup un déjà grand, du diamètre au moins de

a deux à trois toises Lorsque le temps allait au

a beau, ces nuages s'élevaient, diminuaient eu montant, a et se dissolvaient entièrement dans l'air. Si , au con- « traire, le temps se disposait à la pluie, ils augmentaient « de volume, tantôt a la même place, tantôt en montant « quelquefois en descendant le long de la montagne. » .

Dans l'atmosphère, les nuages ou les brouillards peu-

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vent prendre naissance soit par le mélange de deui masses d'air saturées, d'inégale température, soit par des condensations de vapeurs qui s'élèvent dans des régions trop froides pour les maintenir à Fétat de fluide élastique.

Dans le premier cas, il est facile de prouver qu'il y a toujours condensation d'une partie de la vapeur. Si par exemple, de l'air, saturé à lo**, se nuie avec de Tair satmé à io'\ la tcmj)érature nioyeime sera de i5°. D'un autre coté, la force élasticjuc niaxiniuin de la vapeur salur<M^a i5" est i'^""",/!; or ce nombre est indliis considérable (jiie la moyenne des deux forces élastiques niaxinia il lo" et à 9.0** : en effet , à lo" on a 9'"",9 , et à ao", id'"'",^ 'f ce qui donne pour la moyenne,

Toute la vapeur qui produit la différence des forces élastiques i4,i et i3,4, ou o""",7,doit se précipiter. Ainsi deux masses d'air saturées inégalement cliaudes donnent toujours lieu à une précipitation de vapeur.

Les brouillards apparaissent hahituellementle matin et le soir; le soir ils peuvent se répandre pins ou. moins loin, ^ mais le matin ils sont situés en général au-dessus des ri« vières et des tacs. Ils sont dus au rayonnement vers les espaces célestes^ cW-à-dire au refroidissement inégal du SOI ou de l'eau, et de l'atmosplière. Lorsque le soleil n'écbaufte plus le sol, là oîi l'eau abonde, les courants descendants qui se manifestent dans la masse de ce liquide par suite de rabaissement de la température, maintiennent la surface à une température plus élevée

Sie celle du sol où ces effets n'ont pas lieu ; il résulte de qu'au-dessus de l'eau se trouve de l'air saturé à une température plus élevée que celle de l'air des régions environnantes; si donc, par une cause quelconque, ces masses gazeuses viennent à se mélanger, il se produit immédiatement une précipitation de vapeur.

C'est encore par suite d'une plus haute élévation de température de l'air saturé que celle de la suHkce de l'eau, que l'on aperçoit que lquefois des brouillards trèsintenses au-dessus des rivières , même quand elles sont couvertes de glace. IjCS brouillards qui apparaissent après une pluie d'orage sont dus à la même cause.

Comme exemple de ta différence des effets que pro^ duit le rayonnement pour ^opérer la condensation des vapeurs , selon ((u'il émane aune surface terreuse ou aqueuse, nous rappellerons que M. (le Humboldt , en parlant de l'île de Roques, dit que c'est un phénomène bien extraoi iliiiaire de voii' l'inlluence exercée par cette petite masse de terre sur la condensation des vapeurs situées à 1600 mètres de hauteur. Il a ohst rvé un effet analogue lorsque la pluie était limitée par des bancs sous-marins; on doit se souvenir en effet (|ue, sur les bas-fonds, la température étant plus basse qu'en pleine mer, la condensation des vapeurs de l'atmosphère presque saturée doit s'opérer au-dessus de ces localités.

Les brumes des mers polaires sont également attribuées à la condensation de la vapeur d'eau. On a aussi donné le nom de brouillard à un mélange de précipitations aqueuses et de fumée , ou à des particules carbonacées qui s'élèvent an-dessusdescrandes villes, et qui s'abaissent ensuite, surtout lorsque rair est très-humide et que les particules de fumée peuvent condenser assez d'humidité pour devenir plus pesantes ({ue l'air. Ces brouillards renferment en générai de l'acide pyroligneux qui irrite le^ yeux.

On nomme encore brouillards secs, des nuées de sable ou de poussière, et des précipitations aqueuses mélangées de particules solides qui subsistent souvent pendant un laps de temps très-long sans se dissiper. Nous en

Ï parlerons en traitant des phénomènes météoriques dont 'orgine n'est pas bien connue.

Fésicules tiesbrmiliards, leur suspension dans Pair. — Avant d'indiquer les principales formes c{ue prennent lesbrouillai^ds et les nuages, il nécessaire de dire quel-

ques mots de Tétat dans Iccjuel se trouve cette précipitation de vapeur aqueuse , et comment elle peut se maintenir en équilibre dans ratmosphère. Les opinions des météorologistes ne sont pas les mêmes à cet égard : les uns prétendent que, lors de la condensation, il se forme imiaediatcmeiit de petites gouttes d'eau sphériques, qui augmentent peu à peu de dimension par leur réunion mutuelle, et finissent, dans le cas de la pluie, par donner Heu à des sphères liquides plus grosses; les autres admet* tent que Teau, en se condensant, ne forme pas des petites sphères liquides pleines, mais bien des sphères creuses pleines d'air , appelées vésicules de vapeur ou vési" cules de àrouilianL

Cette dernière opinion « émise par Halley , a été adoptée par de Saussure. £n eiaminant à la loupe» comme Fa Élit ce météorologiste, la vapeur oui s'élève d'un vase de porcelaine contenant de l'eau diaude noircie, on voit des globules de grosseur variée s'élever au-dessus du liquide et traverser rapidement le champ de la vision ; d'autres retombent immédiatement : ceux-ci paraissent des gouttelettes pleines. De Saussure , en explorant de la même manière un brouillard, et plaçant un corps noir derrière la loupe, a aperçu des sphérules semblables à celles qui s'élèvent de Tcau bouillante; les unes traversaient rapidement le champ de la vision , les autres rebondissaient sur l'écran noir. Enfin il paraîtrait que M. Kratzenstein , en examinant les sphérules qui s'élèvent de Teau chaude, a observé à leur surface des couleurs qu'il a comparées à celles des lames minces.

On ne sait pas au juste quelle est la constitution de ces sphérules, et les preuves que l'on a données jusqu'ici de leur ressemblance avec lt»s bulles de savon trèspetites , ne sont pas à l'abri de toute objection ; mais on peut continuer à les appeler t;Iobnlcs des brouillards ou vésicules des brouillards , sans décider si elles sont pleines ou creuses.

De Saussure {^Essai sur r/iygroméfrie ^ p. 288) a fait des tentatives pour mesurer le diamètre des sphérules

CHAPim IT.

du brouillard, à l'aide du microscope; il a assigné aux plus petites des vésicules un diamètre de o'"'",oo59, aux plus grosses le double , ou o^^iO 1 18 ; elles ont donc à peu près-TT? de millimètre de diamètre. Quant à Kratzenstein, son évaluatioa s*ëcarte un pea de celle-là; maïs aussi sa méthode de comparaison avec la grosseur d'un cheveu est plus défectueuse. Seulemeut^dans la supposi* tien oii ces sphérules seraient creuses, par les teintes des lames minces et d'après les expériences de Newton , il a évalué à -, ^ , de pouce anglais, c'est-à-dire, h o"",ooo5, ou environ un demi-millième de millimètre, l'épaisseur * de la paroi aqueuse de la vésicule de vapeur.

M. Kaemtz a calculé les épaisseurs des globules d'eau des nuages d'après le phénomène des couronnes que l'on observe lorsque Ton voit le soleil ou la lune k travers un nuage de peu d'épaisseur; nous décrirons plus tard ce phénomène, avA iét^ in effet d^ diffraction , et dans l'Appendice noui|^l^d^^^et*ons la nùÂhode de calcul; nous dirons seulemeiit^l|^ M. Kaemtz a trouvé , par ce procédé , que le di&tiôilii^ est en moyenne 0*^,0224. Il a reconnu ((ue, dans le^ cHiïîl^âlfrjÉois de Tannée, le diamètre change, de manière à 6ti^ IptÉfftlitit en été qu'en hiver; le maximum a lieu en décembre, et alors le diamètre moyen est o"'™,o35, et le minimum en mai, où il est o'""',oi56. Ce diamètre change aussi dans le même mois; il est plus petit quand le temps est beau , et plus grand quand le temps est à la pluie; enfin il est fort inégal dans un même nuage.

Il se présente ici une question importante à résoudre: que les sphérules de brouillard soient creuses ou pleines, quelle est la cause de leur suspension dans l'air? Pourquoi les brouillards stationnent-ils pendant un certain temps à la même place, et pourquoi les nuages ne tombent-ils pas ?

Il ne faut pas croire que les nuages, même ceux qui paraissent immobiles, soient des masses de vapeur stationnaires; en examinant attentivement leurs contours, on les voit se modifier rapidement, ce qui indique un .

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mouvement intérieur dans les parties constituantes. Si l'on se rend compte du mode de formation du nuage qui paraît stationnaire y on voit qu'entre la terre et le nuage, la vapeur d'eau n'est pas à l'ëtat de saturation, tandis que la base de ce nuage iiulicjuc la limite ou les masses atmosphériques commencent à être saturées; le nua^e , semblable à un immense parachute, étant composé de particules plus pesantes que l'air, tend à descendre dans les régions inférieures , avec lenleui" il est vrai, à cause de la résistance de l'air; mais aussitôt ([uc sa base a dé|}a^»sé la première limite, , les sphérules aqueuses, se trouvant dans une atmosphère non saturée et plus chaude, se résolvent en vapeur, de sorte que la partie inférieure disparaissant graduellement, le nuage semble immobile. 1^ vapeur augmentant de tension au-dessous du nuage, et n'étant pas à son maximum de satiuation, remonte pour se liquc'fier tle nouveau ; il V a là une espèce d'équilibre mobile , et Teuscmble du nuage, représentant une portion de l'atmosphère saturée de vapeur, reste stationnaire.

Les nuages qui paraissent quelquefois des journées entièresi attachés aux sommets de quelques montagnes, sont un exemple de cet équilibre mobile. £u effet, cette ap*. parition qui persiste assez longtemps et qui fait croire à rimmobilitédu nuage, n'est qu'apparente, car souvent les vapeurs sont condensées à mesure qu'elles s'élèvent le long des montagnes; mais lorsque ces vapeurs s'éloignent du sommet , entraînées par un vent quelconque, âles se dissipent. Le nuage qui semble stationnaire se forme donc continuellement par de nouvelles condensations, et se dissipe continuellement , étant entraîné par les vents.

Il &ut, du reste, faire attention que les mouvements ascendants des masses d'air, ainsi que les vents, contribuent à soutenir les sphérules aaueuses et agissent sur elles comme sur des poussières légères eu suspension dans l'air, et même comme surdu sable qui est quelquefois li ansporlë à des distances cousidcrabies. Pour moutrer entre