GIVRE. — GRÉSIL. — GLACE

Lorsque la pluie arrive à Tétat liquide sur un sol dont la surface est a une température inférieure à la glace^ cette eau se congèle et couvre d*une couche glissante le terrain et parfois les plantes et tous les objets répandus sur le soL C'est le verglas dont on voit des exemples à Paris un ou deux jours chaque hiver^ et un peu moins rarement dans la campagne^ dont le sol est toujours d'une température inférieure en hiver à celui des glandes villes.

Arrivons maintenant au principal phénomène de l'hiver^ à la formation de la glace.

Lorsque la température reste quelque temps descendue au-dessous de zéro^ les eaux tranquilles se gèlent par la surface. Une petite ride commence à rendre mate cetle surface^ et forme une première pellicule mince qui s'épaissit et blanchit si le froid continue. La théorie s'explique d'elle-même par l'équilibre des couches d'eau de diverses températures et de diverses densités.

Si Ton jette pèle-mèle dans un même vase des liquides de densités différentes^ mais qui n'aient pas d afiinité chimique^ le plus lourd finit par aller se placer au fond^ et le plus léger à la surface. Tous les corps augmentent de densité quand leur température diminue. L'eau seule^ dans une certaine étendue fort petite de l'échelle thermométrique^ offre une exception singulière à cette règle. Prenons de l'eau à 10^ centigrades ; faisons-la refroidir graduellement; à îf , nous trouverons plus de densité qu'à 10^; à 8^ plus de densité qu'à 9; à 7. plus de densité qu'à 8^ et ainsi de suite jusqu'à V. A ce terme^ la condensation cessera ; dans le passage de 4^ à 3^^ il se manifestera déjà une diminution de densité sensible. Cette diminution se continuera quand la température descendra de 3 à 2^ de 2 à 1 et de 1 à zéro. En résumé^ l'eau a un maximum de densité qui ne coïncide pas avec le terme de sa congélation^ et qui est à V au-dessus de zéro.

Rien de plus simple maintenant que de déterminer de quelle manière s'opère la congélation d'une eau stagnante.

Supposons qu'au moment où le vent du nord amène la gelée^ leau dans toute sa masse soit à 1 0\ Le refroidissement du liquide^ par le contact de l'air glacial, s'effectue de l'extérieur à l'intérieur. La surface qui, par hypothèse, était à 10°, ne sera bientôt qu'à 9^ niai> à 9*, l'eau est plus lourde qu'à 10**; donc elle tombera au fond iU la masse, et sera remplacée par une couche non encore refroidie, dont la température esta 10^ Celle-ci, à son tour, éprouvera le sort «le la première couche, et ainsi de suite. Dans un temps plus ou moins long la masse tout entière sera donc à 9^

De Teaa à 9^ se rerroidira précisément comme de Teau à 1 0* par couches successives. Chacune à son tour viendra à la surface perdre 1 degré de sa température. Le même phénomène se reproduira avec des circonstances exactement pareilles^ à 8^ à 7^ à 6 et à b\ Mais dès qu*on arrivera à U*, tout se trouvera changé.

A 4% en effets Teau sera parvenue à son maximum de densité. Quand Faction atmosphérique aura enlevé 1 degré de chaleur à sa couche superficielle^ quand elle l'aura ramenée à 3^, cette couche sera moins dense que la masse qu'elle recouvre; donc elle ne s y enfoncera pas. Une nouvelle diminution de chaleur ne la fera pas enfoncer davantage, puisqu*à 2^ Teau est plus légère qu'à 3", etc.

En restant toujours à la surface extérieure sans cesse exposée à Faction refroidissante de l'Atmosphère, la couche en question perdra bientôt les 4 degrés primitifs de sa chaleur. Elle finira donc par arriver à zéro et par se congeler.

La lame superficielle de glace, quelque singulier que le phénomène paraisse, se trouve alors posée sur une masse liquide, dont la température, au fond du moins, est de V au-dessus de zéro.

La congélation dune eau calme ne saurait évidemment s'opérer dune autre manière.

Les rivières et les eaux courantes ne se gèlent pas par la surface, comme les eaux tranquilles, mais par la réunion et la soudure de glaces flottantes charriées pendant les jours de grands fn>ids.

Dans les petits cours d'eau, tels que les ruisseaux de quelques mètres de large, la glace commence le long de chaque rive, empiète |Hni à i^u et finit par atteindre le milieu.

Dans les grands cours d'eau, la glace formée sur les bords ne jHHit empiéter aussi facilement, à cause du mouvement de la masse des eau\ , et jamais elle ne parviendrait à résister et à s'étendre jusqu à otnivrir entièrement le fleuve. Mais il se forme de grandes plaques de glace au fond du fleuve, et ces plaques, irrégulières, détachées, remontent bientôt à la surface en raison de leur moindre densité.

L\\tu n*est pas disposée en couches successives d'inégale densité, dans les cours dVau dont le mouvement donne incessamment naiss;inee a des remous et à des chutes. L'eau la plus légère ne flotte ï>as alors constamment à la surface : les courants la précipitent dans la masse, qu elle va refroidir, et qui bientôt se trouve avoir partout une égale température.

Tandis que dans une masse d'eau stagnante, le fond ne saurait

CONGELATION DES RIVIÈRES. 413

descendre au-dessous de 4^^ dans cette même masse agitée la surface^ le milieu^ le fond peuvent être simultanément à zéro.

Lorsque cette uniformité de température existe^ la congélation s'opère par le fond et non par la surface. Pourquoi? Voici la réponse d'Arago :

Pour hâter la formation des cristaux dans une dissolution saline, il suffit d'y introduire un corps pointu ou à surface inégale ; c'est autour des aspérités de ce corps que les cristaux prennent principalement naissance et reçoivent de prompts accroissements. Tout le monde peut s'assurer qu'il en est de même des cristaux de glace^ et que si le vase où l'on veut voir s'opérer la congélation présente une fente^ une saillie^ une solution de continuité quelconque, ces irrégularités deviendront autant de centres autour desfjuels les filaments d'eau solidifiée se grouperont de préférence.

Ce que nous venons de dire est précisément l'histoire de la congélation des rivières. La congélation s'opère sur le lit, où se trouvent des roches, des cailloux, des pans de bois, des herbes, etc.

Une autre circonstance qui semble pouvoir aussi jouer un certain rôle dans le phénomène, c'est le mouvement de l'eau. A la surface, ce mouvement est très-rapide, très-brusque; il doit donc mettre erapt^chement au groupement symétrique des aiguilles, à cet arrangement polaire sans lequel les cristaux, de quelque nature qu'ils soient, n'acquièrent ni régularité, ni solidité; il doit briser souvent les noyaux cristallins, môme à l'état rudimentaire. Le mouvement, ce grand obstacle à la cristallisation, s'il existe au fond de l'eau comme à la surface, y est du moins très-atténué. On peut donc supposer que son action n'empêchera pas qu'à la longue une multitude de petits filaments ne se lient les uns aux autres confusément, et de manière à engendrer cette espèce de glace spongieuse.

La congélation des fleuves par la soudure des glaçons charriés est visible pour tout observateur un peu attentif. On a eu du reste à Paris, pendant le grand hiver de 1 709, l'expérience que cette circonstance est nécessaire pour amener la congélation : la Seine ne gela pas; contre ce qui arrivait d'habitude en des temps moins rigoureux, la violence du froid glaça tout à coup et entièrement les petites rivières qui se déchargent dans la Seine, au-dessus de Paris; aussi ce fleuve charria peu^ et le milieu de son courant resta toujours libre.

Les rivières ne commencent à se congeler que par une température d'environ — 6^. Les grands fleuves exigent^ pour être pris

d'un bord à Tautre, une température d'autant plus basse qu'ils sont plus rapides. A mesure que les rigueurs du froid se prolongent, l'épaisseur de la couche de glace formée s'accroît, et elle devient assez grande pour que des hommes ou des chariots puissent y passer, de telle sorte que le fait de porter des fardeaux est la preuve, presque la mesure de l'intensité de Thiver. Il est donc intéressant de connaître l'épaisseur de la glace qui est nécessaire pour supporter des charges déterminées. On a reconnu qu'il faut 5 centimètres pour que la glace porte un homme, 9 centimètres pour qu'un cavalier y passe en sûreté; quand la glace atteint 13 centimètres, elle porte des pièces de huit placées sur des traîneaux; et quand son épaisseur s'accroît jusqu'à 20 centimètres, Tartillerie de campagne attelée peut y passer. Les plus lounles voitures, une armée, une nombreuse foule sont en sûreté sur la glace dont l'épaisseur atteint 27 centimètres.

En 1 797, la cavalerie française s'empara de la flotte hollandaise engagée sur le Texel, gelé. Dans les hivers très-rigoureux, la glace peut atteindre, sur les fleuves de Russie, une épaisseur de I mètn^ jamais, en France, elle n'a dépassé 0'",66. Sa résistance est telle qu'en 1 740 on construisit, à Pétersbourg, un élégant palais de glace de 16™,88 de longueur, 5™, 19 de largeur et 6™, 49 de hauteur; le poids du comble et des parties supérieures fut parfaitement supporté par le pied de l'édifice. Devant le bâtiment^ on plaça six canons de glace avec leurs aCTûts de même matière; on les tira à boulet. Chaque pièce perça, à soixante pas, une planche de 0",054 d'épaisseur. Les canons n'avaient guère que 0",108 d'épaisseur; ils étaient chargés avec un quarteron de poudre; aucun d'eux n'éclata. La Neva avait fourni les matériaux de ce singulier édifice.

Nous avons dit que lorsque l'eau se congèle, elle augmente de volume; une conséquence et une preuve de cette dilatation, c'est la rupture des vases où elle est contenue, rupture qui se produit d'autant plus facilement que la congélation est plus rapide et le vase plus étroit par le haut. Huyghens, pour prouver combien est grand l'effet dû à la congélation, prit un canon de fer épais d'un doigt, rempli d'eau et bien fermé; il l'exposa à une forte gelée, et au bout de douze heures, le canon creva à deux endroits avec un grand bruit. Cette expérience se répète tous les jours dans les cours de physique, en abaissant la température par des moyens artificiels. Les académiciens del Cimento firent rompre par cemo^en plusieurs vases, et Musschenbroeck calcule que dans l'un de ces cas il a fallu un efi'ort de 27 720 livres. A Québec, le major d'ar-