CHAPITRE I

LE SOLEIL ET SON ACTION SUR LA TERRE

LA CHALEUR. — LE THERMOMÈTRE. — QUANTITÉ DE CHALEUR REÇUE DU SOLEIL. — SA VALEUR ET SON EXPLOITATION. — TEMPÉRATURE DU SOLEIL. — TEMPÉRATURE DE L’ESPACE

NOUS avons, dans notre premier Livre, contemplé la Terre emportée clans le sein des espaces par la force mystérieuse de la gravitation universelle, roulant sur * une orbite distante de i/jQ millions de kilomètres de l’astre solaire c[ui la soutient, et puisant dans la lumière permanente du foyer central l’entretien constant de sa beauté, de sa joie et de sa vie. Nous avons vu l’Atmosphère dont l’enveloppe aérienne entoure le globe d’un voile diaphane attaché comme une couche de gaz adhérente à sa surface.

Nous avons admiré ensuite la lumière céleste, cpii pénètre doucemént notre Atmosphère entière, et orne la planète d’une chatoyante parure. Jusc[u’à présent, en cjuelcpie sorte, nous avons étudié la forme extérieure et les brillants aspects de la nature. Il est temps maintenant de descendre dans l’usine et d’apprécier la grande force infatigablement déployée. Nous allons examiner c[uelle est la puissance cpii produit les courants de l’Atmosphère, les vents, les brises, les tempêtes, et fait circuler la vie sur la sphère habitée. Tandis c{ue l’attraction mène la Terre dans l’espace et la penche sur son axe pour lui donner des saisons régénératrices, la chaleur vient réveiller les organismes endormis dans la nuit de l’hiver, et fait chanter les oiseaux dans les bois. C’est elle qui fleurit dans les roses et sourit sur la verdoyante prairie ; c’est elle qui murmure dans la source jaseuse et soupire sur le rivage escarpé des mers; c’est elle encore qui fait voyager les atomes de la plante à l’animal, de l’homme au végétal, et établit sur la Terre l’immense fraternité des choses. Mieux inspirés que les anciens prophètes c[ui déclaraient que nul ne peut savoir d’où vient le vent ni où il va, de même que nul ne pouvait dire sur quelles fondations le globe repose, nous allons trouver dans une seule force le principe des vents et des brises, des nuées et des orages, des pluies et des tempêtes, et juger dans sa grandeur le mécanisme de tous les mouvements ([ui s’accomplissent sur notre planète.

Voyons d’abord comment on apprécie la chaleur et sa distribution à la surface du globe.

L’ATMOSPHERE

Pour mesurer les variations de température, on se sert du thermomètre [thermos^ chaleur, mètron^ mesure), de môme qu’on a imaginé, comme nous l’avons vu plus haut, le haromètre pour mesurer les variations de la pression atmosphérique. Il est intéressant de remonter à son invention, qui date du milieu du xviP siècle, comme celle du haromètre.

Les anciens jugeaient de la température à peu près comme nous le l’aisons de nos jours, c’est-à-dire par les effets principaux qui en dépendent. Aujourd’hui, la science la mesure avec plus de soin et d’une manière uniforme, au moyen d’instruments spéciaux qui permettent de comparer les résultats d’un pays à ceux d’un autre pays ou d’une époque à ceux d’une autre époque déterminée.

Lorsque les académiciens de Florence établirent que tous les corps changent de volume sous l’influence de la chaleur, ils posèrent les bases de la^ thermométrie.

L’instrument dont se servaient ces savants consistait en une sphère A

(lig. 73), soudée à un tube étroit B, et contenant de l’alcool coloré. Si l’on porte cet appareil d’un milieu dans un autre plus chaud, le liquide se dilate, le niveau s’élève, accusant ainsi l’augmentation de température.

I Cet a})pareil date de iG5o. Pour que les thermomètres fussent compa-

j râbles entre eux, c’est-à-dire afin que dans les mêmes circonstances ils

I pussent donner les mêmes indications, les académiciens de Florence

les firent tous conformes à un même étalon, autant du moins qu’il leur fut possible. Un physicien dePavie, Charles Uenaldi, proposa le premier, vers iCqj, le moyen employé encore aujourd’hui pour avoir des thermomètres comparables. Ce moyen consiste à placer l’instrument successivement dans deux conditions calorifiques invariables et faciles à reproduire ; celles qui correspondent à la fusion de la glace et à l’ébullition de l’eau (sous la pression atmosphérique normale). Entre ces limites de température, un môme corps se dilate toujours de la même fraction de i ig. 73. -- Le volume. On marque généralement zéro au jîoint où le liquide du

thermomètre s’arrête dans la glace fondante, et loo degrés à l’endroit où il reste stationnaire au sein de l’eau bouillante. Ces deux points étant inscrits sui’ la tige, on a divisé leur intervalle en loo parties égales, et les divisions ont été prolongées de part et d’autre. Au-dessous de zéro, on continue la division centésimale. C’est le thermomètre centigrade, le plus commode et le plus usité (fig. 74). 11 existe d’autres systèmes de graduation, notamment ceux de Fahrenheit et de Réaumur. Fahrenheit avait d’abord choisi comme points fixes, d’une part le froid d’un mélange déglacé pilée et de sel marin, d’autre part la chaleur indiquée par le thermomètre sous l’aisselle d’une personne bien portante, et avait partagé l’intervalle en qG parties égales. I)ej)uis on a marqué la division Fahrenheit à 32 degrés pour la glace fondante et 212 degrés à l’eau bouillante. Béaumur a inscrit zéro à la glace fondante et 80 degrés à l’eau bouillante. C’est Linné ([ui décida l’adoption de la division centésimale. Notre figure 75 montre la corres])ondance de ces trois systèmes de graduation. On ])eut remarquer que le thermomètre Uéaumur (français) est surtout en usage en Russie,

Kig. 74. — Le thermomètre centigrade.

depuis J degrés au-dessous de zéro jusqu’à ^7

au-dessus (et certainement davantage, car je n’ai pas observé les minima les plus bas). C’est une différence de Zj2 degrés au moins. Parfois, en un seul jour, la différence est de iG degrés pour le milieu d’un même mur. Le mur qui s’écliauffc le plus n’est pas celui du sud, mais le sud-ouest et parfois l’ouest; celui qui reste le pltis froid est cehti du nord. La couleur des objets exerce une influence considéraltlc sur l’absorption des rayons solaires : plus elle est foncée, j)lus l'absorption est grande. Dix thermomètres des couleurs suivantes, violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé, rouge, blanc mat, blanc verre, noir, exposés perpendiculairement aux rayons solaires, pendant les chaudes journées d’été, à midi, m’ont donné les chiflres suivants : noir : G5 degrés; vert : Gj degrés; indigo : G3'^,,j ; rouge ;

G2 degrés ; orangé : Gr degrés; violet : Go degrés; bleu cl jaune : u) degrés; verre ordinaire : 07 degrés; blanc mat: tandis fjuc la tempéialurc de l’air à

Jsii'f

LE^SOLEIL E,T SONJACTION SUR LA TERRE

que le thermomètre Fahrenheit (allemand) est surtout en usage en Angleterre et en Amérique, et que la division de Linné (suédois) est particulièrement adoptée en France.

L’observation du thermomètre est une étude plus délicate qu’on ne pense, si l’on veut avoir des données exactes sur la température. Dans les observations ordinaires de température que l’on fait un peu partout dans les grandes villes et que l’on voit publiées par les journaux, il n’en est presque aucune qui soit faite en des conditions convenables. La réflexion des murs, l’orientation des rues, les courants d’air font donner dix indications différentes à dix thermomètres placés dans un même quartier. Des thermomètres à l’ombre peuvent varier de plusieurs degrés, suivant les reflets qui agissent sur eux. Les murs eux-mêmes contre lesquels on a l’habitude de les suspendre s’échauffent et leur communiquent leur température. Aussi ne doit-on pas se fier à ces indications pour les statistiques relatives, par exemple, aux chaleurs des étés les plus chauds, comme aux froids des hivers les plus rudes.

J’ai fait sur ce point, pendant plusieurs années, à l’Observatoire de Juvisy, des expériences d’où il résulte cpie l’intérieur des murs subit des variations considérables de température suivant les heures du jour et suivant les mois de l’année.

Huit thermomètres enfoncés au milieu môme de l’épaisseur de murs de om 20 indiquent constamment la température de ces murs, à l’est, au sud, à l’ouest et au nord. Or cette température varie

Lig. 73. — Comjjaraisoii

dos ôclicllfs llicrinoinotriquos.

L’ATMOSPHERE

l’ombre était de 29 degrés En mênie temps le plomb de la terrasse atteignait 08 degrés (juillet 188G). Ces thermomètres étaient coloriés artillciellement, et les tons des couleurs ne correspondent pas exactement à celles du spectre solaire. — Si l'on fait passer un thermomètre sous les couleurs créées directement par un prisme, on constate que la chaleur va en augmentant du violet au rouge et atteint son maximum au delà du rouge, dans la région invisible (expérience faite pour la première fois par ^Y. llerschel).

Ce que l’on veut connaître, en général, dans les études météorologiques, c’est la température de l'air, quoique, sans contredit, ce ne soit pas là l’élément unique, ni même le plus important, de la question des climats. 11 est certain que pour les phénomènes de la végétation, pour l’éclosion des germes confiés au sein de la terre, poulie bourgeonnement des plantes, la feuillaison, la floraison et la fructification, l’action directe des rayons solaires sur le sol et sur les végétaux a une importance considérable.

Mais, en raison même de la diversité d’absorption dépendante des couleurs, la température de l’air constitue un élément plus indépendant qui, d’ailleurs, agit constamment jour et nuit, et qui peut être considéré comme l’indicateur normal des climats.

Le meilleur moyen d'obtenir exactement cette température de l’air,, à un instant quelconque du jour et de la nuit, n’est pas d’observer un thermomètre suspendu à un mur, au nord et à l’ombre, comme on le fait généralement, mais de faire tourner ce thermomètre dans l’air, à la manière d’une fronde. La boule de l’instrument s’immerge ainsi violemment dans l’air comme dans un courant d’eau et en accuse la température avec précision. 11 est utile de recommencer l’opération jusqu’à ce que les indications données après chaque mouvement restent constantes. Ces me'gures précises diffèrent, suivant les heures du jour et de la nuit, des indications des thermomètres verticaux ou horizontaux.

Pouillet s’est livré à une série d’expérimentations ingénieuses et patientes pour déterminer la quantité de chaleur envoyée à la Terre par le Soleil, et la température de l’espace, — c’est-à-dire les deux éléments constitutifs de la température qui existe à la surface du globe.

L’appareil enq^loyé à cet usage est le pyrhèliom'etrc.

Or, il résulte de ces observations que le Soleil envoie en une minute sur chaque m 'etre carré du sol qu’il frappe perpendiculairement, une quantité de chaleur égale à 17 033 calories “, ce qui donne pour une année un total de plus de douze cents quintillions de calories ou le nombre i 210000000 000000000000.

* A l'obsei'valoirc de .liivisy, le 17 juillet 190.1, deux (hcrinoiuùtres, l’un ordinaire, l'autre dont on avait préalablement noirci le résci'voir avec du noir de fumée, ont été c'xposés en plein soleil, au milieu d'une pelouse, sur une plaque de tôle, à l'abri de toute réverbération. Le lliermomètre noir a atteint 71 degrés, et le blanc, G2®,3. La température de l’air, à l’ombre, était de 35 degrés.

Ou appelle colorie l’iniité adoptée dans l’évaluation des quantités de clialeur. L'ne calorie c’est la quantité de clialeur nécessaire pour élever d’un degré la température de 1 kilogramme d'eau; c'est aussi la quantité de chaleur dégagée par i kilogramme d'eau dont la température s’abaisse do i degré.

5 j3 milliards de machines à vapeur de 4oo chevaux chacune, travaillant sans relâche le jour et la nuit représenteraient la l’orce dépensée pour notre planète seule par la radiation solaire !...

Cette chaleur élèverait, si c’était possible, de 2 3ij degrés une couche d’eau de I mètre d’épaisseur enveloppant la Terre entière.

En transformant cette quantité de chaleur en quantité de glace fondue, l’on arrive au résultat suivant :

è Si la quantité totale de chaleur que la Terre reçoit du Soleil dans le cours d’une

Fig, '6. — Tci’reur des indigènes de l’Africjue un changement d’éclat du Soleil. (D’après M. Révoil, 1882.)

année était uniformément répartie sur tous les points du globe, et qu’elle y lût employée sans perte aucune à fondre de la glace, elle serait capable de fondre une couche de glace qui envelopperait le globe tout entier, et qui aurait une épaisseur de 3om. 8q, ou près de 3i mètres. Telle est la plus simple expression de la quantité totale de chaleur que la Terre reçoit chaque année du Soleil.

C’est cette effroyable tpiatitité de chaleur ([tii meut les mécanismes de la vie terrestre, qui sépare le carbone de l’oxygène dans les végétaux, ([ui lait cioître les animaux, qui suspend les glaçons au faite des montagnes, (|ui tléchuînc les tempêtes sur les abîmes de l’Océan, — en un mot qui entretient l’immense vie sur cette planète.

Une [)artie de cette puissance est employée à échaulfer l’écorce terrestre jusc[u’à

l’atmospii?:re

une certaine profondeur; mais, comme le sol et l’Atmosphère rayonnent dans l’espace, et que le globe terrestre ne paraît perdre ni gagner au point de vue de la température moyenne, au moins pendant de longues périodes d’années, toute cette partie de la radiation du Soleil peut être considérée comme maintenant l’équilibre de température sur la planète.

Une autre partie se transforme en mouvements moléculaires, en actions et réactions chimiques, qui sont la source où la vie des végétaux et des animaux puise incessamment de quoi se perpétuer et s’entretenir. La chaleur qui semble ainsi propre à ces êtres n’est autre chose qu’une émanation de celle du foyer commun. « C’est ainsi, dit Tyndall à ce propos, que nous sommes, non plus dans un sens poétique, mais dans un sens purement mécanique, des enfants du Soleil. »

• J..a vie terrestre est suspendue aux rayons du Soleil. De môme que notre globe est soutenu dans l’abîme de l’espace par la main invisible de l’attraction solaire, ainsi la vie elle-même, végétale et animale, qui fleurit à sa surface, n’est entretenue que par la force incommensurable de l’activité solaire.

Les religions antiques, les premières poésies de l’humanité éveillée, saluaient déjà dans l’astre radieux le grand moteur de la création : elles ne faisaient que deviner, sous une forme bien pâle encore, la grandeur de l’action permanente du foyer de notre système sur les mondes habités qui gravitent dans son fécond rayonnement. L’homme instruit admire cet éclatant foyer, parce qu’il apprécie sa valeur; l’ignorant le vénère, parce qu’il la devine; dans les contrées encore barbares, où l’homme vit en communication plus directe que nous avec la nature, on A'oitles indigènes désorientés, remplis de terreur, si l’astre change d’éclat ou s’éclipse... Que deviendrait l’humanité si le Soleil ne se levait pas demain?

La chaleur solaire est la source des seuls travaux naturels que l’homme ait su jusqu’à présent détourner à son profit. On ne peut guère, en effet, compter parmi ces travaux que ceux qui résultent de l’emploi du combustible, des moteurs animés, des cours d’eau et du vent. Or, c’est cette chaleur qui donne naissance aux vents comme aux cours des eaux; c’est le Soleil qui fait tourner les moulins, courir les locomotives, et la force du cheval a, elle aussi, pour cause productrice l’alimentation, l’assimilation de l’avoine, de la paille et du foin mûris par le Soleil.

D’ailleurs, le combustible de l’industrie vient aussi du même astre ; à l’état de bois, c’est du carbone absorbé par les végétaux respirant dans l’air •sous rinlluence de l’astre radieux; à l’état de houille, c’est encore du carbone fixé jadis par la même influence dans les grands arbres antédiluviens.

Sous quelque forme qu’elle emprunte le concours des agents naturels, l’industrie humaine ne relève donc que du Soleil; et elle est encore loin de recueillir la majeure partie du travail engendré sur notre planète par cet immense foyer. Si, comme l’expérience l’a depuis longtemps établi, la chaleur reçue en très peu de temps par une surface de médiocre étendue soumise à l’insolation est considérable; si, de plus, on j)eut j)résorvor cette surface du refroidissement et lui conserver sur le milieu qui l’envii’onne, un excès de température suffisant, on arrivera ainsi à emmagasiner direc-

LE SOLEIL ET SON ACTION SUR LA TERRE

teinent le travail de la chaleur solaire. On comprend, d’ailleurs, toute l’importance d’une pareille conquête pour les régions où cette chaleur est ardente et l’Atmosphère toujours pure; car c’est dans ces régions que l’énergie des moteurs animés, les cours d’eau et le combustible font défaut.

Les rayons du Soleil, après avoir traversé l’air, une vitre ou un corps transparent quelconque, perdent la faculté de retraverser ce même corps transparent pour retourner dans les espaces célestes. C’est par un procédé fondé sur cette loi physique que les jardiniers accélèrent au printemps la végétation des plantes délicates en les recouvrant d’un châssis ou d’une cloche de verre qui admet les rayons solaires, mais ne les laisse ensuite échaj)per qu’avec beaucoup de difficulté. Si le jardinier met deux ou trois cloches l’une sur l’autre, il fait invariablement cuire la plante ainsi recouverte, et même dans les jours sereins de mars et d’avril, il est souvent obligé de relever un des bords de la cloche pour que la plante ne souffre pas du Soleil de midi. Au moyen d’un appareil composé d’une boite noircie en dedans et de plusieurs glaces superposées, Saussure a pu porter de l’eau à l’ébullition. Pendant son séjour au cap de Bonne- Espérance, dans les jours brûlants de la fin de décembre, sir John llerschel a pu faire cuire un a bœuf à la mode », de grandeur raisonnable, au moyen de deux boîtes noircies placées l’une dans l’autre et garnies chacune d’une seule vitre, sans aucune autre cause de chaleur que les rayons solaires qui venaient s’engouffrer sans retour possible dans cette espèce de souricière. « 11 y eut de quoi, écrivait Babinet, régaler toute sa nombreuse famille et les invités, à cette cuisine opérée avec un fourneau d’un si nouveau genre. »

La boîte d’Herschel, fermée seulement par deux lames de verre atteignit successivement 8o, loo et 120 degrés de chaleur.

Voilà donc, selon les prédictions des alchimistes du moyen âge, les rayons du Soleil mis en bouteille !

Quoique ce fourneau nous paraisse si nouveau, on pourrait presque dire cependant qu’il est renouvelé des Grecs. On trouve en effet que, cent ans avant notre ère. Héron d’Alexandrie a décrit dans ses Pneumatiques un grand nombre d’ingénieux appareils légués par les anciens, et sans doute par les hiérophantes d’Egypte. L’un de ces appareils, qui paraît avoir été construit par Héron, tire de l’eau d’un réservoir par le seul effet de la dilatation et de la condensation de l’air sous l’influence du Soleil, alternativement montré et caché â l’appareil.

A la fin du XVI® siècle, le savant napolitain J. -B. Porta exposa dans sa Magie naturelle les applications mécaniques de la chaleur solaire. Si l’on place, dit-il, un globe de cuivre au sommet d’une tour, et que de ce vase un tuyau descende dans un réservoir d’eau, en échauffant le globe supérieur par du feu ou le Soleil, l’air raréfié s’échap[)e. Le Soleil se retirant, le vase de cuivre se refroidit et l’eau estasj)irée.

Salomon de Caus a donné au commencement du xvii' siècle la description de la première machine élévatoire fonctionnant à l’aide du Soleil. C’est sa fontaine conti-nuelie. Imaginons, posées sur une citerne, une série de caisses de cuivre, au tiers remplies d’eau. Un tube horizontal est posé sur cette série de (;aisses et communifjue par

de petits ajutages verticaux juscpi’à l’eau des caisses. La clialeur solaire, dilatant l’air, fait exercer une pression sur l’eau qu’elles renferment et la fait monter dans le tube horizontal supérieur. Une ouverture est jiratiquée dans ce tube, et l’on peut ainsi produire un jet d’eau. Lorsqu’une partie de l’eau contenue dans les caisses est montée, et ([ue, la nuit venue, l’air se trouve raréfié, l'eau de la citerne, qui est en communication avec les caisses parmi tube vertical, une soupape et un tube horizontal communiquant, s’élève pour remplir les vases comme ils l’étaient auparavant, « tellement, dit Salomon de Caus, que ce mouvement continue autant qu’il y aura de l’eau dans la citerne et des alternatives de soleil et de nuit». Cette fontaine continuelle, destinée à l’embellissement des jardins, pourrait servir à résoudre économiquement le problème de l’élévation des eaux. Quoi de plus rationnel, en effet, que le projet de faire monter les eaux à l’aide de l’agent môme qui les élève dans la nature ?

La concentration de la chaleur solaire dans une enceinte vitrée est un fait expérimental si facile à constater, que l’observation en a dû suivre d’assez près l’invention des vitres. Cependant, malgré les diverses constatations qu’on a pu faire à cet égard, et malgré les applications que nous venons de signaler, on ne voit point avant Saussure une étude scientifique bien complète du phénomène. Depuis Saussure et Hersxchel, diverses études ont été reprises par plusieurs physiciens. Ce curieux problème est actuellement dans sa phase la plus intéressante peut-être, dans celle qui donne d’une part des résultats sérieux, et qui permet d’autre part h l’imagination de deviner pour l’avenir des résultats plus considérables encore.

On voit que la chaleur de l’astre du jour représente une force mécanique considérable. Quelle peut être la température intrinsèque de ce foyer de la vie planétaire ?

Les recherches les plus précises conduisent à l’évaluer à environ i 5oo degrés centigrades pour la surface solaire.

L’intérieur de cette sphère doit être à une température encore beaucoup plus élevée.

C’est cette chaleur qui entretient la vie terrestre. La chaleur intérieure de notre ])lanète ne ])araît plus avoir aucune action sur les phénomènes de la vie qui s’accomjdissent à la surface du globe.

Maintenant quelle est la température de V espace ?

Cette question a fait, pendant le xix® siècle surtout, le sujet d’un nombre assez considérable de recherches différentes.

Mais il a fallu attendre jusqu’à la création toute récente de l’une des branches les ])lus fécondes de la physique moderne, la théorie mécanique de la chaleur, pour avoir sur ce point si discuté une réponse mathématique. Grâce aux principes fixés par cette science, nous savons maintenant, d’une part, que l’abaissement indéfini de la température est une jmre fiction ; d’autre part, qu’il existe un ré/’o absolu oh toute chaleur a disparu des corps, et que ce zéro pour tous les corps de l’univers est à 2^3 degrés au-dessous de la glace fondante.

Imaginons un instant que la l’erre ne soit plus chauffée ni par les ravons solaires ni pai’ aucune autre source calorifique, et suivons les phénomènes qui en résulteraient.

prr -

LE SOLEIL ET SON ACTION SUR LA TERRE

Toutes les molécules de l’air atmosplicriquc rayonncraienl leur chaleur dans tous les sens et se refroidiraient de plus en plus, car leurs pertes ne seraient point réparées ; leur densité augmentant, elles tomberaient vers la Terre, tandis c|ue d’autres molécules monteraient pour aller se refroidir à leur tour.

Après quelques siècles, toute la chaleur du globe, tant la chaleur centrale et primitive que la chaleur superficielle et maintenue par le Soleil, se trouverait dissipée dans l’espace ; mais cette dissipation serait plus ou moins prompte dans les divers pays, suivant que la surface du sol serait plus ou moins rayonnante et la conductibilité des couches inférieures plus ou moins parfaite.

Les innombrables astres lumineux qui occupent les diverses régions du ciel ne sont pas dépourvus de chaleur ; les espaces célestes sont donc à une certaine température, qui doit être de 27'^ degrés au-dessous de zéro, comme nous venons de le dire, et notre globe, suspendu au milieu de ces espaces avec l’Atmosphère pour cnvelopjie diathermane, cesserait de se refroidir lorsqu’il serait mis en équilibre avec cette température.

Mais cette « chaleur » serait un véritable froid, incomparablement plus rude que tous ceux des glaces du pôle, et aurait éteint la vie terrestre jusque dans ses racines.

Ni la température de l’espace, ni celle du globe n’ont donc d’influence sensible . actuellement à la surface de la Terre, et c’est la chaleur solaire cjui organise la circulation des airs, des eaux, des éléments, de la vie entière, comme nous allons le constater mieux encore dans le chapitre suivant.