CHAPITRE Vil

Histoire d'une goutte d'eau,

L'eau est un des corps les plus répandus dans la nature, et son étude pourrait donner lieu à des travaux sans nombre.

Le chimiste l'analyse et la décompose en hydrogène et en oxygène, deux corps ^ui peuvent occuper des armées de savants; mais l'eau n'est jamais pure et notre chimiste y découvre des quantités de substances qu'elle dissout : carbonates, sulfates, chlorures, oxydes, etc.

Vous le voyez, l'horizon s'étend...

Laissons notre homme à sa besogne et frappons chez le physiologiste.

— L'eau, nous répond-il, mais c'est la base de nos organes. Le corps humain est formé de deux tiers d'eau. Cette subs-

tance entre à l'état de combinaison dans les muscles, dans les tendons, dans les nerfs, dans le sérum du sang, dans chaque cellule; elle donne lieu à des composés dont la nomenclature vous ferait frémir; leur seule énumération nous prendrait toute une journée ; leur étude mobiliserait tous les savants de la terre.

Pour l'industriel, l'eau est une force motrice : c'est la houille blanche qui descend des montagnes, fait tourner moulins, turbines et dynamos.

Pour l'agriculteur, c'est la richesse, l'engrais nécessaire à l'animal, à la plante, aux vignes, aux céréales, aux prés, à l'herbe des champs, à la mousse

aussi bien qu'aux arbres des grands bois.

L'eau, pour l'ingénieur, c'est souvent la force qu'il faut dompter et plier à nos besoins; c'est le flot qu'il faut endiguer, le torrent dont il faut se défendre, le ruisseau qu'il faut capter, la rivière qu'il canalisera, le fleuve qu'il traversera de ses câbles pour y suspendre un passage, de ses ponts métalliques audacieux; l'eau, c'est l'océan qui s'élance à l'assaut des falaises et des digues, et dont il faudra atténuer les effets.

Adressons-nous maintenant au physicien :

— Qu'est-ce que l'eau ?

— Quelle question me posez-vous? Mais c'est toute la Physique qu'il nous faudrait expliquer.

L'eau, nous l'étudions sous toutes ses formes, solidifiée dans la neige ou la glace; à l'état liquide, c'est alors l'Hydrostatique, c'est-à-dire l'écoulement des fluides, les lois de la pression et des frottements ; les actions capillaires si déconcertantes qu'il faut pour les comprendre toutes les ressources de l'Anatyse moderne; c'est la chaleur latente de solidification, de fusion, d'évaporation, les phénomènes optiques auxquels donne lieu son étude, c'est encore l'Hydraulique, la machine à vapeur, etc., etc.

Arrêtons-nou6, toutes les sciences y passeraient.

Dans ce chapitre, notre prétention ne fiera pas si grande, nous nous bornerons à, l'étude succincte des propriétés de l'eau, à celles surtout de se6 transformations.

Cristallisation de l'eau vue au microscope.

Cristal de neige vu microscope.

Commençons par une expérience.

Voici un litre d'eau prise à la température de la glace fondante, c'est-à-dire à zéro degré. Nous ne commettrons pas une grosse erreur en supposant qu'il pèse un kilogramme. Mettons-le dans un récipient avec un thermomètre et plaçons le vase sur le feu.

Le thermomètre montv peu à peu; toutes les foi?

que le mercure franchit un degré, nous avons dé pensé une quantité de chaleur que les physiciens appellent calorie et qu'ils prennent pour unité.

L'eau bout maintenant et notre thermomètre accuse 100 degrés. Nous avons donc dépensé 100 calories. Mais voici une chose étrange l'ébullition continue et le thermomètre reste stationnaire, il s'obstine à marquer 100 degrés.

Et cependant le feu n'est pas éteint. Il y a donc une dépense constante de chaleur, et si je continuais l'expérience pendant des heures et des heures, j'en aurais la preuve par le montant de la note que fournirait le relevé du compteur à gaz.

Où passe donc cette chaleur que le thermomètre n'accuse plus?

Raisonnons un peu.

La chaleur, nous l'avons vu, n'est qu'une forme de l'énergie. Nous savons qu'en fait, donner de la chaleur à un corps c'est communiquer un certain mouvement vibratoire à ses molécules, mouvement qui détruit leur cohésion.

Voilà donc le véritable travail que

AU

produit maintenant la chaleur du foyer; en d'autres ternies, tant qu'il restera une goutte d'eau dans le vase, toute l'énergie

Cirrus, cirro-cumulus, cirro-str.vtus et cumuuc-nimbus iCUché Quéntsset.)

sera employée à transformer leau en vap? tr.

Vous comprenez maintenant que pareil travail ne se traduise plus sur le thermomètre et c'est pourquoi les physiciens lui ont donné le nom de chaleur latente, c'est-à-dire cachée.

Or, eavez-vous quel e6t le montant de la dépense ainsi effectuée ï Plus grand probablement que vous ne l'aviez supposé.

Pour faire vaporiser un litre d'eau bouillante, il faut dépenser 537 calories; autrement dit, avec la même chaleur, vous auriez pu faire bouillir prc6 de 5 litres et demi d'eau prise à zéro degré.

Or, ce phénomène de l'évaporation, c'est-à-dire de la transformation de l'eau liquide en vapeur, existe à toutes les températures, aussi bien à la 6urface des neiges dans les régions polaires ou sur ]es cimes des Alpes que sur les mers des contrées tropicales

Evidemment, le Soleil favorise cette action, mais partout et toujours dans l'évaporation la molécule emprunte aux corps avoisinants la chaleur nécessaire à sa mise en liberté.

Voici au surplus deux expériences bien propres à mettre ce principe en évidence.

Plongez un thermomètre dans l'alcool ou l'éther, retirez-le et soufflez sur le réservoir, immédiatement la colonne baissera.

Au plus fort de l'été, voulez-vous avoir de l'eau fraîche, entourez une carafe d'un linge mouillé et laissez-la au soleil. Comme précédemment, l'évaporation produira un froid sensible.

Ainsi, lorsque vous verrez l'eau de la mer former des nuages que les courants aériens transporteront dans nos régions, dites-vous bien que de véritables véhicules de chaleur passent au-dessus de vos têtes.

Un mètre cube d'eau réduite en vapeur emmagasine autant de chaleur qu'il en faudrait pour élever de 30 degrés la température de 100 mètres cubes d'air.

ClRRO-CUMULUS, CUMULUS ET CUMULO-NINPUS. (Cliché Quénisset.)

Vus au microscope, les cristaux de neige présentent les formes les plus variées et les plus élégantes, mais sont tous balis sur le type d'un polygone régulier a ti cotés.

Efc voilà pourquoi le climat est relativement doux dans les contrées où régnent des vents humides

Toutes les régions de l'Europe occi-

Le Pluviomètre

est un simple seau surmonté l'un entonnoir a bords tranchants Une éprouvatte graduée sert à apprécier la hauteur, en millimètres, de l'eau tombée. (Modèle Tonnelot.)

dentale bénéficient de ces effets bienfaisants.

La vapeur d'eau n'est donc au fond qu'un véritable accumulateur, c'est de la chaleur en bouteille; en repassant à l'état liquide, cette vapeur cède, en effet, aux corps environnants, à l'air en particulier, sa grande chaleur de vaporisation.

C'est cette propriété extrêmement intéreo6?nte que nous utilisons dans nos calorifères à vapeur, pour le chauffage instantané des bains, thermo-siphons, etc.

Dans tous ces cas, la vapeur, en revenant par la condensation à l'état liquide, cède la chaleur emmagasinée Ion de sa vaporisation.

Quelques chiffres vous montreront mieux encore les avantages d'une telle méthode.

Vous avez dans une baignoire 150 litres d'eau que vous désirez amener à la température d'un bain normal; au lieu de chauffer l'eau contenue dans votre baignoire, il vous suffira d'introduire 6 ou 7 kilogrammes de vapeur d'eau à 100 degrés.

D'une façon générale et plus précise, 100 kilogrammes de vapeur d'eau à 100 degrés, condensés dans 537 litres d'eau à 0°, fournissent 637 litres d'eau bouillante.

Eh bien, ces résultats remarquables, nous les retrouvons dans l'atmosphère lorsque la vapeur d'eau se résout en pluie ; il y a là un phénomène naturel aussi ancien que le monde, mais l'homme a mis bien longtemps à en découvrir le mécanisme et à imiter la nature.

La. présence de la vapeur d'eau dans l'atmosphère a une autre conséquence non moins intéressante : elle empêche la terre de se refroidir. Lorsque le Soleil n'est plus là pour l'échauffer, on peut constater qu'un couche d'air humide, ayant quelques mètres seulement d'épaisseur, est aussi efficace sous ce rapport que l'enveloppe atmosphérique toute entière à l'état sec.

Par d'ineénieux mémnismes on est parvenu à enregistrer automatiquement la quantité d'eau qui tombe chaque jour. (Modèle Richard.)

— Et main tenant, pouvons-nous avoir une idée de la q/uantité de chaleur fournie par la vapeur d'eau sur la terre?

— Oui, très certainement : c'est même un problème que nous pouvons résoudre ensemble, et qui au surplus, n'offre pas de grandes difficultés.

D'après des expériences assez précises, levaporation enlève chaque année aux mers tropicales, une couche d'eau de 5 mètres d'épaisseur. Il est vrai qu'une partie de cette eau retombe sur place et se résout en pluie dont la hauteur annuelle est de 2 mètres en moyenne.

Tout compte fait, l'évaporation enlève donc une couche d'eau de 3 mètres de hauteur sur une surface qu'on peut évaluer à 240 millions de kilomètres carrés, soit au total un volume d'eau équivalent à 720 000 kilomètres cubes. C'est cette masse énorme que le Soleil vaporise actuellement et que les courants aériens distribuent dans toutes les régions du globe; et un simple calcul de Physique nous montre que la quantité de chaleur emmagasinée daDs un tel volume d'eau, serait capable de fair fondre un bloc de fer de 400 000 kilomètres cubes; c'est tout simplement fantastique.

La quantité de vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère, est d'ailleurs éminemment variable suivant les circonstances et 1< . vents

L'allongement d'un cheveu dégraissé et tendu par un poids peut indiauerle degréd'humidité de l'air.

[Hygromètre de Tonnelot.)

La variation de longueur d'un faisceau de cbevenx petit être enregistrée sur un tambour mû par un mouvement d horlogerie. èle Richard.)

qui la transportent. Selon sa température, un courant aérien ne peut en charrier qu'un poids délimité.

L'eau en vapeur ce loge, en effet, entre lesmolécules de l'air, absolument comme les particules d'un sel viennent combler les interstices laissés vides dan6 l'eau qui dissout cette substance; dès que les vides sont remplis, l'eau ne dissout plus rien, l'éponge est pleine, et le sel tombe au fond du vase. La solution est alors saturée. En augmentant la température du liquide, le point de saturation change généralement.

De même, un mètre cube d'air peut se 6aturer de vapeur d'eau et la quan tité de cette dernière varie avec la température ; alor& qu'à 50 degrés notre mètre cube en absorbe facilement 80 grammes, il en contiendra 10 grammes à peine, si nous le refroidissons jusqu'à 11 degrés, et les 70 grammes restants se verront obligés de passer à l'état liquide. Voilà pourquoi un air humide ne fournit pas nécessairement une précipitation aqueuse en un endroit donné.

Pour qu'un courant chaud nous donne la pluie, il faut un refroidissement de la température, la rencontre avecuncourantfroid.

par exemple.

Et c'est la raison pour laquelle les météorologistes attachent une grande importance et à la mesure de l'humidité de l'atmosphère et à

lSSt

l'étude des courante aériens.

Le degré d'humidité nous est habituellement fourni par des instruments dont le plus simple est l'hygromètre (1) inventé par de Caussure.

Ce physicien avait remarqué que certaines substances ont la propriété d'absorber plu6 ou moins l'humidité contenue dans l'air.

Tout le monde sait que les cordes à violon fabriquées avec des boyaux de chat présentent des phénomènes de torsion qui peuvent amener leur rupture. Cette torsion était même employée autrefois par certains fabricants dans la construction de petits instruments qui prétendaient annoncer la pluie alors qu'ils ne décelaient en fait que l'humidité.

Tel est le cas du capucin qui, à certains jours, se couvrait la tête d'un large capuchon. Les crins de cheval et les cheveux sont aussi des substances extrêmement hygrométriques et de Saussure a utilisé cette propriété pour évaluer le degré d'humidité de l'atmosphère. Fixons l'extrémité d'un long cheveu à un cadre, tandis que l'autre viendra s'enrouler sur une petite poulie. Si le cheveu e6t constamment tendu au moyen d'un poids, son allongement se traduira par le mouvement de la poulie qu'une longue aiguille pourra amplifier.

Or, un cheveu de 25 centimètres

Pluviomètre

mis en place pour l'observation.

Mo i le du Bureau central.)

peut, par les temps humides, s'il est bien dégraissé à l'éther, manifester un allongement de 5 millimètres; le phénomène est donc nettement perceptible. On peut même, en prenant un faisceau de cheveux, construire un instrument tout à fait exact, très résistant et susceptible de devenir un appareil enregistreur.

Les ballons-sondes emportent toujours des instruments de ce genre; grâce à eux, nous sommes assez bien renseignés à l'heure actuelle sur l'humidité des couches supérieures.

Règle générale, à mesure qu on s'élève, l'humidité diminue. Vers 7 000 mètres, elle est déjà dix fois moins forte qu'au niveau du sol.

Toutes ces notions étaient nécessaires pour comprendre le mécanisme de la formation des pluies que nous allons maintenant étudier.

Lorsque l'eau réduite en vapeur s'élève dans l'atmosphère et rencontre une couche d'air plus froide, la condensation n'amène pas toujours de la pluie ; il se produit souvent un brouillard, c'està-dire une sorte de voile plus ou moins opaque, dans lequel la vapeur d'eau 6e condense en fines gouttelettes.

Dès ce moment, l'eau a une tendance à tomber, et les gouttelettes du brouillard

(1) Hygromètre, de: Hygros, humide et metnm, mesure.

Cette figrure indique le report qui existe er'ic

la grosseur des gouttelettes de brouillard et Jour

éloignement (grossissement = 26 fois).

Les teintes plus ou moins foncées indiquent la plus ou moins grande quai tilé de pluie qui tombe ehaqu* année en France, dans les diverses régions. On peut voir qu'en général il pleut moins dans le bassin <l<

l'aris que partout ailleurs.

tombent, en effet, mais elles sont si petites que leur vitesse de chute est insignifiante. Noue allons le montrer par quelques chiffres.

Un mètre cube de brouillard contient environ 500 millions de gouttelettes liquides dont le poids total n'excède pas 2 grammes, le reste de l'eau contenue

dans le volume considéré subsistant à l'état de vapeur.

Chaque gouttelette peut donc être représentée par une petite boule de 2 centièmes de millimètre de diamètre; son poids n'atteint guère que 4 dix milliardièmes de gramme! (Voir figure p. 75.)

Dans cee conditions, on peut calculer

n II

<ju'en une 6econde une si faible niasse obéissant à la seule loi de la pesanteur, ne parcourt pas plus de 13 millimètres; il suffit donc du moindre courant d'air pour empêcher la chute, remporter au loin ou même la soulever à de grandes hauteurs au-dessus du niveau des mers.

Les physiciens d'autrefois qui ne connaissaient pas ces chiffres, avaient souvent discuté ce problème sans en entrevoir la solution et on admettait couramment à la suite de Fresnel que

ces fines gouttelettes ressemblaient à de petites bulles de savon gonflées d'air chaud : c'étaient des milliers d'aérostats lilliputiens volant vers les nuages.

Les expériences modernes ont détruit cette gracieuse fiction et remis les choses au point. D'ailleurs on réussit parfaitement à congeler le brouillard et jamais les gouttelettes ne montrent une cavité ■dans leur intérieur, lorsqu'on les examine au microscope.

On constate aussi que chaque gouttelette est séparée de 6a voisine par un intervalle relativement grand, puisque dans bien des cas il dépasse un millimètre.

Ces minuscules gouttes d'eau viennent-elles à se rassembler, elles peuvent mouiller les objets et devenir assez grosses pour former la bruine.

La moindre poussière suffit d'ailleurs à exagérer encore cette sorte de condensation. Et la preuve en est dans les brouillards qui 6e forment au-dessus des grandes villes comme Paris ou Londres.

Toutes les particules de suie groupent autour d'elles les gouttelettes qui dissolvent, en tombant, les gaz acides répandus dans l'atmosphère et cette circonstance explique à merveille l'aspect mortuaire -des monuments : grandes surfaces noires avec des filets blancs marquant les Gculptures, les reliefs et les arêtes.

Le phénomène de la bruine se pré-

lleprésentation en vraie grandeur des différentes gouttes de pluie. Les plus grosses sont formées par les pluies d'orage.

sente quotidiennement sur les montagnes : c'est le pire ennemi des touristes. N'estce pas lui, en effet, qui enlève aux excursions leur charme et leur pittoresque, qui dérobe à nos regards les magnifiques paysages alpestres, les merveilleux couchers de 6oleil et la perspective des hautes cimes.

Mais pour le peintre resté en bas dans la vallée, pour le poète qui rêve, pour l'amant de la nature qui analyse ses moindres gestes le brouillard, c'est le nuage aux formes capricieuses, aux nuances variées à l'infini, aux métamorphoses insaisissables, aux aspects toujours changeants.

Pour le météorologiste, le nuage de pluie se traduit par de larges surfaces foncées, vapeurs sombres aux bords souvent déchiquetés et qui ont reçu l'appellation particulière de nimbus. Il n'est pas rare, cependant, de voir les nimbus associés à des formes mieux définies; les cumulus, qui rappellent les tourbillons de fumée lancés par nos locomotives. Ce 6ont ces nuages que les marins comparent à de grosses balles de coton entassées les unes sur les autres.

Dès que le soleil baisse à l'horizon, les cumulus et les cumulo- nimbus se frangent d'or et d'argent, minces liserés qui prennent bientôt les couleurs écarlates des ciels du couchant.

Les nimbus sont des nuages peu élevés, tout au moins à leur base, car ils se disposent souvent sur des épaisseurs considérables, surtout lorsqu'ils sont associés à des cumulus. Un cumulo-nimbus dont la base est à 1 000 ou 1 200 mètres au-dessus du sol, peut avoir son sommet 5 ou 6 kilomètres plus haut.

C'est même cette épaisseur variable qui, d'après certains météorologistes, réglerait la grosseur des gouttes de pluie. Celles-ci ont, en effet, des dimensions différentes, suivant les circonstances, mais toujours la chute de la pluie provient de

ce quo les gouttelettes de brouillard se réunissent à un moment donné.

Généralement les gouttes de pluie ont un diamètre compris entre 1 et 3 millimètres; elles peuvent atteindre jusqu'à 5, 6 et 7 millimètres dans les pluies d'orage. Pour mesurer l'intensité de la pluie, on recueille cette dernière dans des pluviomètres, sorte de cuvettes à bords bien déterminés et présentant un entonnoir afin d'empêcher tout rejaillissement des gouttes une fois tombées ; le volume de l'eau recueillie dans une éprouvette graduée donne, au moyen d'une division par la surface, la hauteur qu'on évalue habituellement en millimètres.

Les pluviomètres français les plus répandus ont une surface très exacte de 400 centimètres carrés; la cuvette est circulaire et offre un rayon de 113 millimètres.

Un relevé des pluies fait avec cet instrument très simple et qu'on place à un mètre au-dessus du sol, donne des renseignements extrêmement curieux sur l'intensité et la variation du phénomène de la condensation pluvieuse. On constate en particulier que la hauteur de la pluie varie suivant les mois, les années, les pays considérés, le relief du sol, etc.

En France, la moyenne est de 800 millimètres par an, sur les côtes de l'Atlantique. La région de Paris est une des

moins pluvieuses et les maxima se répartissent sur les Vosges, le Jura, le Massif central, les Pyrénées. Mais à mesure qu'on avance dans l'intérieur du continent Europe et Asie, les pluies subissent une diminution notable : 600 millimètres en Allemagne, 400 en Russie, 200 dans l'Asie centrale.

Certains pays asiatiques offrent cependant des chutes de pluie considérables : on a noté au fond du golfe du Bengale, à 1 200 mètres d'altitude, dans les monts Khassia, une hauteur de près de 13 mètres de pluie, comme moyenne annuelle des 25 dernières années, et nous nous plaignons lorsqu'il tombe dans nos contrées un mètre d'eau par an !

A côté de ces maxima fantastiques, nous trouvons des chiffres extrêmement bas. Il ne tombe que 34 millimètres de pluie au Caire, 25 à Suez, 8 millimètres seulement à Copiapo, dans l'Amérique du Sud, entre le Pérou et le Chili.

Dans notre volume sur le Soleil, nous étudierons ces variations climatériques en rapport avec les différentes années et nous verrons que là encore la Météorologie est tributaire de cet immense foyer dont l'activité règle tous les phénomènes généraux de cette mince pellicule aérienne au sein de laquelle se débat l'humanité.

Une trombe observée en août 1910, au Crotoy (Somme).