L'EAU A LA SURFACE DE LA TERRE ET DANS L'ATMOSPHÈRE

U MER. — LES FLEUVES. — VOLUME ET POIDS DE l'eAU QUI EXISTE SUR

LA TERRE. CIRCULATION PERPÉTUELLE. — LA VAPEUR d'eAU DANS

L ATMOSPHÈRE. — SES VARIATIONS SUIVANT LA HAUTEUR, SUIVANT LES LIEUX, SUIVANT LE TEMPS. — HYGROMÈTRE. — LA ROSÉE. — LA GELÉE BLANCHE.

Le globe autour duquel nous sommes fixés par rattraction mesure 3183 lieues de diamètre, c'est-à-dire 10000 lieues de circoaférence. C'est une sphère dont le volume cubique est de mille milliards de kilomètres cubes environ (1083000000000). Si c'était de Teau^ il pèserait mille milliards de milliards de kilog.. puisque l'eau pèse i kilog. le litre ou décimètre cube, i 000 kilog. le mètre cube, mille milliards de kilog. le kilomètre cube. Mais comme la terre pèse plus de cinq fois plus que l'eau (5,44), le poids du globe terrestre est de 5875 sextillions de kilog. L'Atmosphère qui enveloppe notre planète pèse, avons-nous dit, 5263 quatrillions de l^ilog. : ce n*est pas tout à fait la millionième partie du poids de la Terre entière (la 1 116000"). Son volume, à la densité de la surface du sol, formerait une masse de 4072 quatrillions de mètres cubes. L'eau occupe dans le système terrestre une place de même importance que l'air. I-a profondeur moyenne des océans est de ^ kilomètres environ, malgré les irrégularités du fond, dont les rives, les plateaux, les montagnes et les vallées font varier le niveau depuis quelques mètres jusqu'à 10 kilomètres. Cette pro-

ibndour moyenne donne pour le volume des eaux 3200 qualrillions de mètres eubes. Il taudrait 'lOOOO ans à tous les fleuves du uu)nde pour remplir Toeéun s'il était mis à sec.

Réunie en une seule «2:outte, cette eau des mers formerait niir sphère de (iO lieiu^s de diamètre. Répandue sur toute la surface sj)Iiéri([ue du globe, si cette surface était parfaitement unie, elle la sul)uuM'i;erait sur une épaisseur de 1^00 mètres. La densité de l'eau dt> mer, un ])eu {)lus lourde que celle de l'eau douce, est éiraleà celle du lait de femme; sa masse entière formerait un p()i<ls de ri*281) (juintillions de kiloi». : c'est la 1780" partie du poids delà Terre.

La plus urande j)rofondeur de l'océan ne dépasse pas 10 kiloinè- Ires, et la portion resj)irable de l'Atmosphère s'étend à peine à li^ kilomètres énalement. (Test dans cette zone mince de !20 kiloniètrès, ou .") lieues d'épaisseur, que s'accomplissent tous les phénomènes de la vie, depuis les forets sous-marines et les aniinauv éiranucs (pii habitent les noires profondeurs, jusqu'aux piaules île la surface habité(» par riiomme, jus((u'aux espèces animales si di- \erses qui respirent à eiel ouvert, juscpi'au condor qui dépasse les plus hautes neiiies éternelles. Cette zone de vie est bien mince de- \ant ré[)aisseur de la Terre, qui de\ient elle-même si microscopi- (|iie lorscpiOn la conq)are au système planétaire.

Pour lions i'(Midre compte de celte mince épaisseur, nous pou- Nons considérer une coupe équatoriale du globe. En exaiiéranl incine les sinuosités de 50 fois, on voit lig. 178) que l'écoree terresli'c est presqiu» evaclement représentée par un cercle. Les continenls cl les îles ne sont que les sommets des phiteaux et des montagnes dont le [>ied est submergé. L'atmosphère respirahle serait représenlé(^ a\ec la même exagération par une couche sousmarine (h; 2 millimètres d'épaisseur.

Celle eau couvrir à peu ])rès les trois qiuirts de la Terre, dans 1 cl;il qui (U)rr(îspoiul à la tcMiipérature moyenne de la surlaet', c'esl-à-dii'e à Tétai //>/////(?. Ses courants constituent, comme ivn\- TaNons \n, la grande circulation artérielle de la planète. Non euntcnle (le dominer ainsi dans son état ordinaire, elle règne, àlVla! solide, jnscpi'anv régions silencieuses des pôles et sur le iV'iii glacé des nmnlagnes inaccessibles; et, à Véiiil r/azeux, ellerèi:n' en sou\ eraine pins absolue encore dans TAtmosplière, dont elle reinl la \i(% et dans hupu^le elle répand tour à tour l'abondance et la stérilité, la joie des beaux jours ou la tristesse des sonihres cieux.

L'EAU A LA SURFAtlE DE LA TERRE. SU

Olte eau n'est immobile ai dans la profoadeur du basaia océanique, ni dans les glaces solides, ni dans l'Atmosphère. Grilce ù l'appel toujours actif du soleil, grâce aux. courants aériens, l'eau s'élève verticalement du fond de la mer à son i)iveau, se vaporise à toutes les températures, monte en vapeur invisible à travers l'océan aérien, se condense en nuages, voyage au-dessus des continents, descend en pluie, Gltre à travers la surface du sol, glisse sur les couches d'argile imperméable, sort en source à l'affleurement, descend par le ruisseau dans la rivière, et tombe dans le

Ki(i. 178. — Coupe écjualoriale de la terre.

Ileuve qui la reporte à la mer. Cette goutte d'eau en apparence insignifiante que nous versons de la carafe dans notre verre, elle a fait bien des voyages depuis qu'elle existe : elle a déjà été bue bien des fois sans doute, car rien ne se perd comme rien ne se créi; ; elle a mouillé le bec rapide de l'Iiirondelle qui glisse en courbe gracieuse au-dessus de ta surface de l'onde; elle a gémi dans la tempête au milieu des fureurs de l'ouragan; elle a brillé dans l'arc-en-ciel; elle a rafraîchi le sein de la rose matinale; elle a été portée au sommet des airs dans les cirrus de glace qui domi-

nent laérostat le plus téméraire ; elle s'est reposée dans le lit des neiges éternelles^ et par les transitions de la pluie, du brouillard, de Forage, du cours d'eau, elle est arrivée des antipodes sur notre table. Quelle circulation indescriptible que celle de l'eau dans l'immense organisme de la planète !

La goutte de pluie qui tombe sur le sol pénètre plus ou moins profondément, suivant la nature du terrain et son état de sécheresse ; les premières gouttes d'une pluie d'orage sur un terrain nu et brûlant ne pénètrent même pas du tout, et se vaporisent aussitôt; mais en général nous pouvons suivre la goutte d'eau descendant obliquement suivant les pentes. On appelle bassin, un ensemble de pentes qui aboutit à une ligne de plus grande profondeur, fleuve dans lequel arrivent toutes les eaux tombées sur la surface de cet ensemble. Entre les bassins il y a les crêtes, ou lignes de partage : deux gouttes d'eau voisines tombant sur un point de ces lignes de faîte descendront l'une dans un bassin, l'autre dans un autre, elles retourneront au grand collecteur par des chemins bien différents. Trois gouttes d'eau voisines tombant, par exemple, sur un point du plateau de Langres, près de Montigny-le-Roi, descendront, Tune par la Marne dans le bassin de la Seine, la Manche et Tocéan Atlantique, l'autre par la Meuse dans le bassin du Rhin et dans la mer du Nord, la troisième par la Saône dans le bassin du Rhône et dans la Méditerranée.

Toute source, tout ruisseau, toute rivière, tout fleuve provient de la pluie. Les eaux minérales elles-mêmes ont la même origine, et leur chaleur n'est due qu'aux terrains profonds à travers lesquels les eaux météoriques ont été conduites; et puis elles montent ensuite par les interstices des roclies pour revenir au niveau de leur réservoir primitif, comme dans le siphon. Le soleil eu évaporant l'eau des mers y laisse le sel, qui n'est pas volatil. Voilà pourquoi l'eau de pluie est douce, et par conséquent celle des cours d'eau. Le sel reste constamment dans la mer, et sa quantité est telle qu'il pourrait couvrir la surface entière du globe sur une épaisseur de 10 mètres.

De même que la couleur bleue du ciel est due à la vapeur d'eau, nous l'avons vu, de même aussi la couleur de Teau elle-même, prise en grand, est bleue; ses nuances descendent jusqu'au vert, suivant l'action de la lumière

Nous avons vu dès notre Livre r% -p. 61 et 65, qu'en outre de Toxygène et de l'azote, l'Atmosphère contient un autre élément fondamental : la vapeur d'eau. Nous avons vu dans notre

Livre III, p. 314, que cette vapeur d'eau est de la plus haute tmpartance dans la distribution des températures y et que sa formalion comme sa marche représente une force formidable en action permanente dans la grande usine aérienne. Enfin, dans notre Livre IV, p. 548 nous avons observé que Tair contient d'autant plus de vapeur, d'eau qu'il est plus chaud; qu'un refroidissement suffisant l'amène à son point de saturation, sans rien ajouter à la quantité de vapeur qu'il renferme, mais simplement en vertu du refroidissement. Pour connaître la quantité de vapeur d'eau que renferme l'air à un moment donné, on pourrait donc, par exemple, refroidir un thermomètre suspendu dans l'air jusqu'au moment où il indiquerait le degré de saturation, c'est-à-dire jusqu'au moment où sa boule serait recouverte de vapeur condensée, de rosée. En cherchant de suite dans une table quelle quantité de vapeur d'eau correspond à ce degré thermométrique de saturation, on obtient la quantité réelle qui est en suspension dans l'air au moment de l'expérience. Cette méthode, inventée par Dalton et perfectionnée par Daniell, est toutefois un peu compliquée.

Les instruments destinés à mesurer l'humidité de l'air ont reçu le nom à' hygromètres ('jypo;, humide, p.eTpov, mesure). Le plus simple est celui qui a été inventé par Saussure, et qui porte son

nom. Les cheveux s'allongent en raison de

Fig. 179.

Hygromètre

à cheveu.

l'humidité. La variation n'est pas apparente à l'oeil nu; mais, en attachant Tune des extrémités du cheveu à la petite branche d'une aiguille, on peut faire décrire à la grande branche un arc de cercle dont les divisions sont assez sensibles pour montrer la proportion de Thumidité. On a noté 1 00 au point où l'aiguille s'arrête quand l'air est complètement saturé, et 0 à celui où elle reste fixe quand l'air a été absolument desséché. On a divisé l'espace en 100 parties égales, lesquelles ne correspondent pas exactement à la proportion d'humidité. Voici cette proportion, d'après Gay-Lussac :

dixième

32 degrés de Thygr.

dixième

79 degrés de rhvgr.

Fig. ISO- — Hygroscoj*.

Un thermomètre est flxé à !a monture de l'appareil. Malgré le Boin avec lequel il est construit, cet hygromètre n'est i>as aussi précis que l'appareil de Daniell et que celui dont nous allons parler. Les hygromètres populaires le sont encore beaucoup moins. Us font plutôt voir l'humidité qu'ils ne !a mesurent; e'e.-;t pourquoi on les nomme Xiy^roscopes.

Chacun connaît les moioea dont le capuchon s'abaisse quand le temps est humide. L'ne corde à boyau fiv';^ au bonhomme se termine vers la charnière du capuchon mobile. L'humidité !a rétrécit, et par ce fait elle tire plus ou moins le capuchon.

On se sert dans les obsenatoireâ d'un hygromètre dont la variation n'est plus causée par l'absorption, comme celui de Saussurt!, mais par l'évaporalion, comme celui de Daniell. Cet hygromètre très-précis est dû à Leslie et a été perfectionné par August. Comme il se base sur le refroidissement d'un thermomètre, on lui a donné le nom àe Psijchromhre (i^jy^^, froid). II est formé de deux thermomètres aussi identiques que possible placés à côté l'un de l'autre. La boule de l'un d'eux est enveloppée d'un linge mouillé, qui reste constamment Jiumide par sa communication avec un verre d'eau. Le tliermomètre humide est d'autant plus bas que l'évaporation du linge mouillé qui l'enveloppe est plus grande, et celle-ci est d'autant plus grande que l'air est plus sec. I.a différence de hauteur des deux thermomt'- Ires est donc intimement liée à la sécheresse de l'air, autrement dit, à la prop*>rtion d'humidité qu'il renferme. Laforuiule algébrique qui eiprime cette relation et permet de calculer l'état hygrométrique ne peut être analysée ici. Quoi qu'il en soit, cet a -pareil est encore le plus précis et le plus employé dans les obser\'aloires.

Fig. 181- — PiychruDiÈIre.

Nous avons vu (p. 548) que l'air est presque à son étal de saturation sur les mers^ que sur les continents il est d^autant moins humide qu'il est plus éloigné des rivages^ et qu'en certaines régions où l'évaporation est presque nulle il est d'une extrême sécheresse. L'état hygrométrique de l'Atmosphère n'est pas le même dans toute sa hauteur^ comme la proportion d'oxygène et d'azote. En général, il augmente depuis la surface du sol jusqu'à une certaine hauteur, où l'on trouve une zone d'humidité maximum; puis décroît à mesure qu'on s'élève davantage, de telle sorte qu'en s'élevant à une hauteur assez grande on arriverait dans une région absolument dépourvue de vapeur d'eau, absolument sèche.

L'étude de la variation de Thumidité atmosphérique était inscrite au premier rang du programme de mes ascensions scientifiques. Voici le résultat des observations que j'ai faites par l'hygromètre à cheveu de Saussure, construit spécialement pour ces ascensions par M. Sécretan, opticien de l'Observatoire.

Dans dix sôries d'observations spéciales représentant environ cinq cents oosilions différentes, la distribution de la vapeur d'eau dans les couches atmosphériques a suivi une règle constante que Ton peut énoncer en ces termes :

1« L'humidité de Tair s'accroît à partir de la surface du sol jusqu'à une certaine hauteur ; 2o elle atteint une zone où elle reste à son maximum ; 3<» elle décroît à partir de celte zone et diminue constamment ensuite à mesure que Ton s'élève dans les régions supérieures.

Cette zone, à laquelle je donnerai le nom de zone iThumidité max/mum, varie de hauteur suivant les heures, suivant les époques et suivant l'état du ciel.

Je ne l'ai trouvée qu'en de rares circonstances (principalement à l'aurore) voisine de la surface du sol.

Cette marche générale de Thumidité est constante, que le ciel soit pur ou couvert, et elle se manifeste dans les observations faites pendant la nuit aussi bien que dans les observations diurnes.

Les tableaux hygrométriques construits après chaque voyage montrent avec évidence la permanence de celte loi.

Il se présente des diflérences considérables relativement à la hauteur de la zone maximum et à la proportion de l'accroissement de l'humidité. Ainsi, le 10 juin 1867, à 4 heures du matin (vent N.E.), au lever du soleil et sur la lisière de la forêt de Fontainebleau, la zone maximum était à 150 mètres seulement de la surface du sol. L'hygromètre construit spécialement pour ces études marque 93 degrés au niveau du sol et s'élève rapidement jusqu'à 98, qu'il atteint à 150 mètres. A partir de là, il redescend désormais à mesure que l'aérostat s'élève, marquant 92 à 300 mètres, 86 à 750, 65 à 1100, 60 à 13'j0, 54 à 1700, kS à 1900, 43 à 2200, 36 i\ 2400, 30 à 2600, 28 à 2900, 26 à 3000, 25 à 3300 mètres. L'atmosphère était d'une très-grande pureté et sans le moindre nuage.

Dans une autre ascension, le 15 juillet, à 5^ 40» du matin (vent S. 0.), descendant d'une altitude de 2400 mètres au-dessus du Rhin, sur Cologne, j'ai trouvé la zone maximum à 1100 mètres. Le ciel n'était pas entièrement pur. L'humidité relative de l'air était de 62 degrés à 2400 mètres, de 64 à 2200, de 75 à 2000, de 85 h 1800, de 90 à 1600, de 92 à 1550, de 95 à 1330, de 9S à 1100 mètres. C'est la zone maximum. Puis, à mesure que l'aérostat descend, l'humidité diminue. A

890 mètres elle est déjà descendue à 92 degrés, à 7C6 à 90, à 510 à 87, à 2^0 à Hk, à 50 mètres du sol à 83, et à la surface à 82 degrés. Suivant la même descente, le thermomètre s'était élevé de 2 à 18 degrés centigrades.

Le 15 avril 1868, à 3 heures après midi (vent N.], parti du jardin du Conserva-* toire des Arts et Métiers, j'ai constaté une marche analogue dans la variation de rhumidité. Au départ, dans le jardin, Thygromèlre marque 73 degrés, s'élève à 74 à 776, donne 75 à 900. 76 à 1040, 77 à 1150. C'est la position de la zone maximum. L'humidité décroît ensuite progressivement et constamment ; elle est de 76 degrés à 1230 mètres, de 73 à 1345, de 71 à 1400, de 69 à 1450, de 67 à 1490,.de 64 à 1545, de 62 à 1573, de 59 à 1608, de 56 degrés à 1650 mètres. A 2000 mètres Thumidilé ambiante est descendue à 48 degrés, à 2400 mètres elle est de 36, à 3000 de 31, à 4000 mètres de 19 degrés.

(^ette ascension a été faite par un ciel nuageux. Le maximum d'humidité était un peu au-dessous de la surface inférieure des nuages.

Le 23 juin 1867, à 5 heures du soir (vent N. N. E.), la zone maximum se trouvait à 555 mètres et également au-dessous des nuages.

Le 30 mai, à 4 heures du soir (vent N. N. 0.}, Thumidité croit de la surface du sol à 500 mètres et s'élève de 67 à 75 degrés.

Le résultat général montre donc que Thumidité augmente de la surface du sol jusqu'il une certaine hauteur variable, et décroît ensuite jusqu'aux plus grandes hauteurs. Je ne me crois pas encore en droit de préciser ces variations proportionnelles ; des causes complexes rendent les règles difficiles à dégager. Indépendamment de la hauteur, l'humidité de l'air varie selon l'heure, selon l'élévation du soleil sur l'horizon, selon l'état du ciel et parfois aussi selon la nature sèche ou humide des terrains au-dessus desquels passe l'aérostat. Mais la loi générale énoncée plus haut ne m'en parait pas moins pouvoir être adoptée comme une remarque constante. J'insiste d'autant plus fortement sur ce point, que la connaissance de la variation de l'humidité relative de l'air est regardée comme l'élément le plus important des bases météorologiques '.

Je ne me hasarderai pas à tracer un diagramme de cette variation de rhumidité suivant la hauteur, comme je Tai fait pour la décroissance de la pression atmosphérique et de la température. Mes observations ne sont ni assez nombreuses ni assez précises. Celles de M. Glaisher, en Angleterre, sont beaucoup plus rigoureuses, et ont été faites aved tous les appareils hygrométriques comparés. Leur résultat montre que, comme forme générale, rhumidité s'accroît depuis la surface du sol jusque vers 1000 mètres, tt décroît ensuite, avec des échancrures représentant des couches d'air humides variables de hauteur et de dimension. Voici du reste la courbe qu'il a tracée lui-même pour montrer cette variation de rhumidité atmosphérique par un ciel clair. Le ciel nuageux donne des irrégularités beaucoup plus considérables encore. On y voit que rhumidité, à 00° au niveau du sol, s'est élevée jusqu'à 72 vers 900 mètres, pour décroître ensuite à peu près constamment jusqu'à 6500 mètres, où elle n'est plus qu'à 10°.

1. Extrait des Comptes rendus de l'Académie des sciences, 18$8, p. 1053.

Les observations faites sur les montagnes confirment raccroissèment observé d'abord suivant la hauteur. Kaemtz a constaté une moyenne de 84",3 sur le Righi quand elle était de 74^6 en bas, à Zurich. Bravais et Martins ont trouvé 75*,9 du sommet du Fau- Ihorn et 63%2 en même temps à Milan. Au-dessus de 1000 mètres Thumidité va en diminuant, malgré les accroissements particuliers dus de distance en distance à des courants superposés.

A la surface du sol, l'humidité relative de l'air varie suivant les heures du jour, en correspondance inverse avec la température.

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