IV. L.a vapeur d’eau à l’état vésleulatre

Lorsque l’air est sursaturé d’humidité, celle-ci se précipite en vésicules de brouillard. Suivant la hauteur au-dessus du sol de la couche ainsi sursaturée, nous avons ou des nuages cfui flottent dans notre ciel, ou des brouillards qui nous entourent de'toutes parts. Les nuages intéressent la thermique du lac en formant un voile qui entrave les' radiations caloriques, soit l’arrivée dans l’eau de la chaleur solaire, soit le départ dans l’espace de la chaleur du lac. Les brouillards sont en relation intime avec l’état thermique du lac et de l’air et avec l’humidité atmosphérique.

A. Nuages. Nébulosité.

On exprime par des chiffres la nébulosité, c’est-à-dire la fraction du ciel voilée par les nuages, 100 signifiant un ciel entièrement couvert. ,Ie donnerai ici en tableau les valeurs moyennes de la nébulosité pour nos stations principales, d’après les notes de M. Billwiller. J’y joins les mêmes valeurs pour Genève d’après les observations de 1847-75, ordonnées par E. Plantamour. (*)

(') E. Plantamour, II, 222.

CLIMATOLOGIE

iJ84

Genève

Marges

Lausanne

Montreux

Aigle.

janvier

février

mars

avril

mai

juin

juillet

aovit

ôô

septembre

octobre

novembre

décembre

hiver

printemps

été

automne

année

Ces chiffres ne sont pas absolument comparables entr’eux , car ils ne se rapportent pas aux mêmes séries d’années ; la nébulosité est un fadeur tellement accidentel et local qu’il n’y a pas moyen de corriger les observations exceptionnelles d’une année par la comparaison avec les observations d’une station normale. Enlin l’appréciation de la fraction du ciel couverte par les nuages se faisant au juger, sans appareil ou procédé adjuvant, il entre dans les valeurs de ce facteur une part considérable pour l’équation personnelle de l’observateur. Quoi qu’il en soit, ces réserves faites, on voit que le ciel de notre vallée est plus souvent, et snr une plus gi-ande étendue, voilé de nuages qu’il n’est découvert. Ce n’est que dans les mois de juillet à septembre que nous avons plus de bleu que de gris dans notre firmament ; et encore, cela n’est pas le cas pour toutes les stations. A en juger par Aigle, la vallée du Rhône, dont la nébulosité est remarquablement faible, a presque autant de nuages en été qu’en hiver.

L’on étndie, depuis quelques années, la durée de l’apparition du soleil, quand il n’est pas voilé>par les nuages, au moyen du Sim-autograph {Sunshine recorder de Campbell), appareil qui enregistre automatiquement le nombre d’heures où les rayons de l’astre ont brillé dans la station. Dans la région du Léman, c’est à Lausanne seulement que ces observations sont faites depuis assez longtemps pour donner des moyennes utilisables. Voici la moyenne des six années, 1886 à

LA VAPEUR d’eau A L’ÉTAT VÉSICULAIRE

1891 ;(*) les valeurs des cinq premières années ont été mesurées à l’Institut central de Zurich, avec un instrument ad hoc, sur les bandes de papier noirci par l’appareil; j’y ai ajouté les valeurs des douze mois de 'I8&i, mesurées au quart d’heure près, à la station de Lausanne. En regard de ces chiflres de la durée réelle de l’insolation dans chaque mois, je donne encore le nombre mensuel d’heures de la phase diurne astronomique, calculée par M. Bilhville.r pour la latitude 30' ; puis le nombre mensuel d’heures pendant lesquelles le soleil a été au-dessus de l’horizon de la station et aurait pu agir efficacement sur l’appareil ;(-) enfin, dans une dernière colonne, je donne la durée de l’insolation observée en tant pour cent de l’insolation maximale possible à la station de Lausanne.

Insolation observée

Insolation possible.

Insolalion observée

à Lausanne.

Calcul aslro-

Calcul expé-

en tant p. cent

nonmiue.

rirnenial.

de l'insolalion jios-

sible.

.Janvier

Février

Mars

Avril

Mai

Juin

Juillet

Août

Septembre

Octobre

Novembre

Décembre

D’après ces chiffres, qui seront peut-être légèrement corrigés quand nous posséderons de plus longues séries d’observations, nous aurions à Lausanne, dans les mois de mai à septembre, pendant plus de la moitié des heures possibles, apparition d’un soleil assez brillant pour enregistrer son action au Sunÿhine recordei- ; dans les autres mois, la proportion de l’apparition de l’astre varierait du 23 au 50 % du temps possible de son action.

(i; Pour l’année 1886, il manque les observations de janvier.

C^) Cette valeur, qui tient compte à la fois de l’écran formé par les montagnes autour de la station et d’une certaine paresse de l’instrument, a été calculée, d’après les conseils de M. le professeur H. Dufour, en cherchant les jours où le soleil a hrillé pendant toute la journée et a déployé son effet maximal; j’ai tracé d’après ces données la courhe annuelle d’activité possible de l’appareil et j’en ai tiré les valeurs mensuelles.

CLIMATOLOGIE

B. Brouillards.

Il y a quelques années, mon maître et ami Alphonse Favre, le géologue de Genève, me demanda pourquoi il y a plus de brouillards à Genève qu’à Morges. Je vais essayer de répondre à cette question.

Tout d’abord, prenons une idée de la fréquence et de la répartition des brouillards au niveau du sol. Voici les chiffres de l’Observatoire de Genève (1847-1875), (*) qui donnent en moyenne le nombre de jours où des brouillards ont été constatés. (-)

Décembre

Janvier

hiver

Février

Avril

printemps

Mai

An7iée

Juin

J uillet

été

.Août

Septembre

automne

Novembre

D’après cela, le brouillard peut exister dans tous les mois, mais il est très l'are d’avril à août, et n’est fréquent que d’octobre à février.

Parfois le brouillard dure toute la journée à Genève. Voici, d’après les années 1846 à 1861, la fréquence de ce phénomène, soit le nombre moyen des jours où le brouillard a régné toute la journée.

Octobre 1.1

Novembre 1.3

Décembre 4.3

Janvier 2.9

Février 0..ô

La fréquence des brouillards est fort différente aux diverses stations du lac. Ainsi pour les années 1849 à 1855, nous avons eu à Mor-

{') E. Plantamour, il, 229.

(■I) John Aitlcen a montré en 1880 (Proc, of the r. Soc. of Edinburgb, p. 15) que les vésicules du brouillard sont de l'humidité condensée sur des molécules solides ou liquides, sur une poussière ou sur une particule de charbon, d'une lumée. On pourrait se demander si les lirouillards de Genève ne seraient pas cette brume qui remplit l’air de tonte grande agglomération citadine, riche en cheminées d’usines. Ce n’est pas le cas ; les brouillards dont il s’agît ici ne sont pas localisés dans la \'ille et sa banlieue ; ils existent dans tout le pays environnant.

Année

LA VAPEUR d’eau A L’ÉTAT VÉSICULAIRE

ges en moyenne 12.8 jours nii le brouillard a été noté, pendant qu’à Genève il y en avait 33.7.

D’après les notes de M. Billwiller, il y aurait année moyenne ; à Montreu-v (1864-77, 1888-90) 9.7 jours de brouillard, (') à Aigle (1881-90) 10.6 »

Il y aurait ainsi trois fois plus de brouillards à Genève qu’à Morges, à Montreux ou à Aigle.

Voici pour les années 1864 et 1865 la proportion des brouillards d’après les observations météorologiques suisses :

Martigny

B ex

Montreux

Morges

Genève

Du reste, l’observation est vulgaire; tous les bateliers du lac la confirment ; il y a plus de brouillards dans le Petit-lac et à Genève que sur aucune région du Grand-lac. (-)

Où est la règle ? où est l’exception ? Est-ce Genève qui a trop de brouillards, est-ce le Grand-lac qui n’en a pas assez? Si nous comparons Genève avec d’autres stations de la plaine suisse, Neuchâtel, Soleure, Zurich, etc., nous verrons que Genève a plutôt moins de brouillards que les autres villes situées dans une position analogue, dans une plaine auprès d’un . lac. Genève n'ayant pas trop de brouillards, c’est le Grand-lac qui n’en a pas assez.

Pour comprendre la raison de cette immunité relative de la région du Grand-lac, cherchons la cause de ces brouillards. Loi’squ’en hiver l’atmosphère est calme, par le beau temps d’hiver, dans le régime de l’anticyclone, en général le ciel est serein dans toute la région alpine, et sur les cimes du Jura ; il est en revanche voilé par des nuages ou des brouillards sur toute la plaine suisse. Entre les Alpes et le Jui’a

(■) Jours où une apparition de brouillard a été notée sur les registres d’observation.

('■‘j Je tiens à n’être pas mal compris et à ne pas m’exposer au reproche d’avoir calomnié notre pays. Il n’y a pas plus de brouillards ou de neiges dans notre vallée que partout ailleurs, les chiffres cités en feraient la preuve. Mais leur distribution est particulière et c’est à élucider les lois de leur répartition que ce paragraphe est consacré.

CLIMATOLOGIE

s’étend une mer de brouillards qui persiste parfois pendant des semaines consécutives.

Un astronome logé dans la lune, qui assisterait chaque année à ce phénomène, l’attribuerait à des sources chaudes; mais, reconnaissant que l’apparition n’a lieu qu’en hiver, il arriverait à la notion que ces sources chaudes sont de température inférieure à la température atmosphérkiue estivale. Nous qui sommes sur les lieux, nous complétons cette hypothèse et nous attribuons les brouillards d’hiver de la plaine suisse aux grands lacs, dont la température e.st relativement élevée, comme nous le verrons, et qui émettent d’abondantes vapeurs dans un air relativement froid. L’atmosphère de la plaine suisse est saturée ou à peu près, dans ses couches infôiâeures. Dans la région alpine, au contraire, les eaux étant gelées en hiver, il n’y a pas émission exti'aoi'dinaire de vapeurs et le ciel est ordinairement serein.

Les stations qui dépendent, sous ce rapport, du régime alpin, comme la vallée du Rhône, Montreux, Vevey, jouissent d’après cela en hiver du brillant soleil que leur envient ceux qui, à Morges, voient de dessous le dôme des nuages briller à l’borizon la ligne éclatante de la lumière et du soleil, ou ceux qui, à Genève, sont pendant des jours et des semaines baignés par l’atmosphère froide et humide des brouillards. Mais' cela ne nous donne pas encore la raison de la différence de régime entre Morges et Genève. Morges n’est pas dans la région alpine ; elle est, comme Genève, au milieu de la plaine suisse, dans cette région où l’évaporation des lacs augmente l’humidité de l’atmosphère, et par suite détermine la formation des brouillards et des nuages.

C’est à la dilTérence de température qui existe en hiver entre les eaux superficielles du Grand-lac et du Petit-lac que j’attribue la difl’érence de régime au point de vue des brouillards. Gomme nous le verrons plus loin, en hiver la surface du Grand-lac reste à 5 ou 6”, la surface du Petit-lac descend à 2“ ou 3°. Cette différence de température intervient dans la répartition des brouillards.

Lorsque le temps est absolument calme, qu’aucun vent général ne renouvelle l’air de notre vallée, et même qu’aucune brise locale ne mélange les différentes couches, la couche horizontale de nuages, qui en été plane ordinairement à quelques centaines ou à quelques milliers de mètres de hauteur, s’abaisse en automne et surtout en hiver, et descend même au niveau du sol. La couche inférieure de l’atmosphère est

LA VAPEUR d’eau A L’ÉTAT VÉSICULAIRE

sur toute la plaine au même degré d’humidité et, puisqu’il y a formation du brouillard, elle est saturée. Mais supposons que sur un district de cette plaine le sol soit accidentellement suréchauffé à une température sensiblement plus élevée que le reste du pays. Au contact de ce sol chaud, l’air se réchauffe, et la même quantité de vapeur, qui par une température plus basse le saturait, ne suffit plus à former le brouillard; entre ce sol suréchauffé et la couche de brouillard il y aura une couche d’air transparent.

J’ai observé un exemple démonstratif de ce phénomène à Lausanne, le 4 juin 1880, à 9'' du matin. La ville de Lausanne toute entière était plongée dans un brouillard dense et immobile qui s’élevait au-dessus de nous, à une hauteur inconnue mais probablement considérable. Dans les faubourgs extérieurs, au-dessus et au-dessous de la ville, le brouillard arrivait au niveau du sol, tout au moins arbres et maisons isolées étaient voilés par le nuage. Mais au-dessus de la ville elle-même, le brouillard se relevait à quelque dix mètres au-dessus des toits ; il sem-

blait soulevé (fig. ri2) ; il était simplement dissous par la chaleur développée par une ville de trente mille habitants. (‘)

Il en est de même sur le lac en hiver. La température de la surface de l’eau est notablement plus basse dans le Petit-lac que dans le Grand-lac : il y a souvent deux, trois ou quatre degrés de différence. Il en résulte que la couche d’air inférieure, saturée d’humidité à la température basse qu’elle a sur le Petit-lac, n’est plus saturée au-dessus (*)

(*) C’est une confirmation directe des idées de Hann sur l’action récliauflante d’une grande agglomération citadine (voyez p. 278, note 1).

CLIMATOLOGIE

du Grand-lac où elle est réchauffée par le contact avec des eaux chaudes ; il en l’ésulte que la couche de brouillards qui touche le lac du côté de Genève se relève à 50«> ou 100'" au-dessus du Grand-lac. Le croquis ci-joint(fig.33) explique bien cette distribution des couches dans la

(Fig. 33.) La nappe des brouillards sur Textrémité occidentale du Léman.

supposition que l’air de la vallée aurait un degré d’humidité tel qu’il soit saturé à 2.0". Ce lit de nuages, flottant à 50*", 100"' ou 200“ audessus du lac,, explique pourquoi il y a plus de brouillards à Lausanne et sur les collines des bords du lac, qu’à Ouchy et Morges, au niveau même du lac.

Telle est la distribution normale des brouillards de l’biver dans la région du lac qui appartient à la plaine suisse, depuis Vevey jusqu’à Genève, lorsque le temps est calme. J’estime donc, en réponse à la question d’Alphonse Favre, que la différence de fréquence des brouillards à Genève et Morges tient à la différence de température des eaux superficielles dans le Grand-lac et le Petit-lac

Avant d’aller plus loin, précisons mieux les conditions de l’établissement du brouillard. La production du brouillard est due à un état de sursaturation d’une couche d’air ; cet état peut être amené par deux circonstances.

a Ou bien par le contact d’un air chaud, humide, avec un corps fi’oid. Les couches aériennes voisines de ce corps se refroidissent et l’air non saturé à la température originale devient sursaturé à la température nouvelle ; il y a apparition de brouillard, et cela d’autant plus que les couches d’air sont mélangées par des courants d’intensité modérée. J’ai vu des brouillards, sous forme de fumées légères et l’apidement évanouies, se développer, dans ces conditions, en été, sur les glaciers ou sur le cours froid du Rhône du Valais. L’on peut artificiellement

LA VAPEUR d’eau A L’ÉTAT VÉSICULAIRE

reproduire ces conditions par l’expéiience suivante: Remplissez de glace un vase de métal enduit d’une couche d’huile pour empêcher le dépôt de rosée ; suspendez le vase dans un air chaud et humide ; les fumées insaisissables du brouillard ne tarderont pas à apparaître sur ses flancs. Appelons ce type de vapeurs vésiculaires des brouillards d’eau froide.

b Ou bien par le contact d’un air froid avec une nappe d’eau chaude. L’eau réchauffe la couche d’air en rapport avec elle et la charge d’humidité ; la moindre brise survenant mélange cet air chaud et humide avec les couches supérieures encore froides ; l’air inférieur se refroidit par mélange, il y a sursaturation et production de brouillard. C’est à ce type des brouillards d’eau chaude qu’appartiennent les brouillards de la plaine suisse que nous venons de décrire, et généralement tous ceux qui apparaissent sur le Léman.

La persistance de ces brouillards de la plaine suisse est parfois surprenante; ils durent des journées, des semaines parfois, dans les grands calmes de l’hiver. Comment peut-il y avoir ainsi durée prolongée d’un môme nuage dans la môme couche ? La question doit se poser, car la situation est paradoxale ; en effet, un état de sursaturation de l’air, permettant le développement des vésicules du brouillard, est presque nécessairement transitoire ; ou bien c’est l’action de réchauffement qui l’emportera et les brouillards se dissiperont, ou bien c’est l’action de refroidissement et le brouillard se précipitera en pluie. Pour qu’il y ait état stable, il faut qu’il y ait renouvellement constant des doux conditions opposées qui se neutralisent. Voici comment je me l’explique dans le cas des brouillards de la plaine suisse qui ne sont jamais accompagnés de pluie. D’une part, le dégagement de vapeur d’eau à la surface des lacs relativement chauds est continu ; la provision d’humidité et de chaleur est toujours suffisante. D’une autre part, la couche inférieure d’air froid qui doit condenser l’humidité de l’air chaud, se renouvelle chaque nuit. En effet, au-dessus de la nappe des brouillards, le ciel est serein, et pendant la nuit il se produit une radiation intense, d’autant plus intense que toute l’humidité de l’air étant condensée dans les couches inférieures, les couches supérieures sont très sèches et n’arrêtent presque plus les rayons thermiques ; au-dessus de la nappe des brouillards, le sol perd donc énormément de chaleur par radiation nocturne et, au contact de ce sol glacé, l’air se refroidit ; cet air lourd descend le long des déclivités des

CLIMATOLOCrE

montagnes et vient s’accumuler dans la plaine. C’est ainsi que, chaque nuit, une nouvelle masse d’air froid vient se mélanger avec l’air réchauffé au contact des lacs chauds, et en condenser l’humidité sous forme de vésicules de brouillard.

C’est à un phénomène du même ordre que se rapporte une apparition assez fréquente sur les bords du Léman. En automne, en hiver, nous voyons descendre vers le lac par les principales vallées qui y débouchent, un courant de brouillards qui s’écoulent lentement de la terre vers l’eau ; je les ai souvent observés dans la vallée de la Venoge oü ils forment un voile qui sépare Lausanne de Morges ; ils se développent de même dans la vallée de la Yeveyse, du Rhône, de la Drance, de l’Arve. Ces brouillards de la Venoge, nous les voyons arriver jusqu’au lac, s’avancer de quelques centaines de mètres, plus ou moins loin, passer quelquefois devant .Morges entraînés par un léger morget (*) jusqu’à un ou deux kilomètres des rives, puis disparaître ; ils s’évanouissent en plein lac. Au contact des eaux chaudes du lac, l’air se réchauffe plus vite qu’il n’augmente sa chargé d’humidité ; il élève sa température au-dessus du point de saturation, de là, la disparition du brouillard.

La circulation aérienne qui a lieu dans ce cas imjjlique un écoulement de l’air froid, des hauteurs vers les lieux bas; si cet écoulement est très puissant, comme cela a heu dans les cas d’inversion de la tempéi'ature, il peut y avoir un tel excès de la production des brouillards, que l’action réchauffante du lac en est dominée ; alors la couche de brouillards repose sur tout le lac. Le fait est rare, mais il se produit généralement plusieurs fois chaque année.

Il est encore un type de brouillard qui est très bien caractérisé ; c’est ce qu’on appelle les fumées du lac. Lorsque, par un grand froid de 8 ou 10 degrés au-dessous de zéro, il souffle un air vif, la bise par exemple, ou un fort morget, on voit s’élever au-dessus de l’eau des vapeurs légères, peu étendues, interrompues, déchirées, tourbillonnant pendant quelques instants, puis se dissipant aussitôt. Vues en tranche horizontale, elles représentent une couche de un à deux mètres d’épaisseur; elles atteignent rarement le pont des bateaux à vapeur. Ce phénomène n’apparait jamais lorsque l’air est calme : il est intimement lié à l’existence du vent.

P) Brise de terre, voir plus loin.

LA VAPEUR d’eau A L’ÉTAT VÉSICULAIRE

Les fumées du lac sont dues au mélange d’un air très froid avec l’air qui a été au contact de l’eau et est devenu plus chaud et plus humide ; ce mélange abaisse la température de l’air humide au point de saturation, de là, la production des fumées ; elles appartiennent donc ail type des brouillards d’eau chaude. Mais ces très légers brouillards se dissipent bien vite dans l’air sec avec lequel le mélange se continue.

J’ai eu l’occasion de faire, dans ces temps de fumées du lac, une observation intéressante. Mon jardin était alors au bord d’une anse du golfe de Morges, relativement protégée contre la bise; un jour je voyais en avant les fumées du lac entraînées par un courant assez vif du vent du nord, tandis que dans le coin de lac que j’avais sous les yeux, abrité contre le mélange des airs différemment échauffés, il n’y avait pas ou presque pas production de fumées. Cependant quelques légères vapeurs s’élevaient de temps en temps au-dessus de l’eau, et, chose curieuse, s’élevaient en tourbillons spirales ; ces toui'billons de vapeur disparaissaient à quelques décimètres de hauteur. Y a-t-il dans ce cas, comme cela semble probable, formation de courants ascendants verticaux? Cette l’upture d’équilibre, disséminée sur des points assez rapprochés, au-dessus de la surface horizontale de l’eau, comment s’opère-t-elle ? Je n’ai pas la prétention de le discuter ; je me borne à rapporter le fait que j’ai observé assez souvent pour le donner comme certain.

J’ai assisté à' l’apparition de fumées du lac dans des circonstances fort extraordinaires. Le 2 octobre 1888, à 6 heures du matin, nous arrivions en bateau à vapeur dans le port d’Ouchy, et tout l’équipage du navire,, aussi bien que moi, nous fûmes surpris par ce phénomène c[ui se montrait dans une saison où personne de nous n’en avait jamais observé. C’était quelques beures avant le début de la plus forte averse de pluie que l’on ait enregistrée dans l’histoire du Léman; l’air était évidemment saturé d’humidité, et il se refroidissait rapidement tandis que la surface du lac était encore chaude. Quel était le mécanisme de ce refroidissement? Je ne l’explique pas.