II. Perturbations atmosphériques sans mouvement tournant

(L Orage.

Au premier groupe appartiennent tous les mouvements tournants, depuis le cyclone, qui traverse le continent avec un diamètre de quelque 10, 20 ou 30°, jusqu’au tornado, à Touragan-cyclone, d’un plus petit diamètre, quelques kilomètres seulement, mais d’une plus grande violence ; Jusqu’à la trombe enfin, mouvement tournant de quelques centaines ou quelques dizaines de mètres de diamètre, dont la violence peut être parfois excessive. Plus le mouvement est concentré sur un petit diamètre, plus il est terrible dans ses manifestations, plus aussi les phénomènes caractéristiques des perturbations atmosphériques y sont intenses ; les nuages sont plus serrés et plus épais, la pluie et la grêle sont plus désastreuses, la tension et les décharges électriques sont plus violentes, le vent tourbillonnant est plus destructeur.

Dans ces divers phénomènes, la direction du courant d’air est toujours, pour autant que nous le savons, centripète. Dans les cyclones, la convergence en spirale des vents est un fait démontré ; dans les tornades, le mouvement tournant est incontestable (ouragan du 20 février 1879, ouragan du 19 août 1890), la convergence est probable puisque l’ouragan n’est qu’un cyclone de petit diamètre; dans les trombes enfin, le mouvement ascendant à la partie inférieure est constaté toutes les fois que le phénomène est assez lent dans ses allures pour qu’on puisse l’observer (tourbillons de poussière des routes, trombes des auteur-s). Nous pouvons donc attribuer à ces mouvements tournants les caractères suivants :

Vents spirales convergents à la partie inférieure; mouvement, au centre do la colonne tourbillonnante, vertical ascendant dans la région inférieure. D’après ce que nous savons des cyclones, la pression est fortement diminuée sous le centre du tourbillon.

Tout autre est le mouvement de l’air dans les perturbations sans mouvements tourbillonnants, que nous appelons orages, et que nous allons décrire. Cet orage local n’est pas admis par nombre de météorologistes français ; nous autres habitants des pays de montagnes qui l’observons tous les jours en été, nous ne pouvons que le constater et en affirmer l’existence.

CLIMATOLOGIE

Quand le soleil écliaulïe le sol et par suite l’air en contact avec ce sol, les couches inférieures de l’air peuvent acquérir une température tellement plus élevée que celle des couches supérieures que, malgré leur plus forte compression, leur densité devienne plus faible et qu’elles tendent à s’élever. Cette rupture d’équilibre se fera au sommet d’une colline ou d’une montagne, et l’air chaud s’élèvera verticalement dans les hauteurs en une aspiration prolongée. L’air chaud et humide, s’élevant à de grandes hauteurs, se refroidit en se dilatant, se refroidit aussi par mélange avec un air plus froid, et il en résulte la formation des cumulus, nuages d’orage que nous voyons se développer sur chaque sommet de montagne, dans l’après-midi des belles journées d’été. Par suite de la condensation de la vapeur d’eau, il doit y avoir fort dégagement d’électricité, et le nuage d’orage doit avoir une forte tension électrique. C’est la première phase du phénomène.

Le nuage d’orage se dissipe habituellement au bout de quelques heures, et dans la soirée le ciel reprend sa sérénité. L’orage avorte.

Mais lorsque le nuage est li'0[) fort, que la tension électrique est trop puissante, la deuxième phase arrive, l’éclat de l’orage, l’orage proprement dit. L’orage est caractérisé par les phénomènes suivants : décharges électriques — éclairs et tonnerres, — chutes de pluie ou de grêle, refroidissement de la température de l’air, vent. Ces différents facteurs peuvent se trouver réunis, alors l’orage est parfait ; ils peuvent être isolés, ou bien l’un d’eux être prédominant, alors on a affaire à un orage de vent, un orage de pluie, un orage de grêle, un orage électrique.

L’étude des phénomènes connus me fait avancer que dans l’orage il y a normalement un coup de vent vertical descendant. En effet, quand je considère un orage qui éclate dans le voisinage de l’endroit où je me trouve, je constate toujours, ou presque toujours, (') l’existence d’un vent horizontal venant de la région centrale de l’orage ; ce vent chasse la pluie dans la direction des régions encore calmes et sereines. Du fait que ce vent à direction centrifuge s’observe toujours, quelle que soit la direction de l’orage, je conclus qu’il existe tout autour de l’orage; que par conséquent l’orage détermine autour de lui des coups de vent divergents, s’irradiant loin du centre de la perturbation. Or cette direction centrifuge est le caractère d’un vent de

(*) Dans les cas où ce vent centrifuge ne s’observe pas dans une station, il est d’autant plus fort dans les autres stations autour de l’orage.

VENTS

refoulement, en opposition aux vents d’appel dont la direction est centripète. D’un autre côté, en épuisant la série des possibilités, on arrive à voir ({ue s’il y a refoulement de l’air, ce refoulement ne peut être produit que par la chute verticale d’une colonne d’air parlant du nuage orageux et tombant sur le sol, où elle s’aplatit en s’irradiant et en devenant horizontale. Donc, dans la région centrale, au moment où éclate l’orage, il y a normalement un coup de vent vertical descendant. Nous avons, dans des proportions plus petites, plus tranquilles, et par conséquent plus faciles à étudier, le même phénomène dans ce qu’on appelle les airs de pluie. Chaque fois que par un temps calme un nuage isolé éclate en pluie sur le lac, nous voyons s’irradier, autour de cet orage à puissance atténuée, de faibles coups de vent, qui, parlant de l’averse, vont en divergeant tout autour. Au moment de la condensation de la pluie, l’air s’est refroidi, s’est alourdi, est tombé sur le lac et, heurtant la surface de l’eau, s’est aplati en devenant horizontal. Le même phénomène a lieu dans l’orage parfait, l’orage à grêle et à phénomènes électriques, mais avec une intensité infiniment plus forte. Que le coup de vent vertical descendant de l’orage soit des plus violents, c’est ce qui résulte de l’intensité souvent extrême du courant d’air horizontal ; le refoulement qui a pu produire les coups de vent d’orage dont nous avons gardé le souvenir a dû être d’une puissance extrême; nous trouverons plus loin dans le phénomène des seiches la preuve de l’énergie de ce coup de vent vertical descendant.

Mais comment justifier une telle dilTérence dans l’intensité du vent? Dans les aü'S de [iluie des brises à peine sensibles, dans le vent d’orage une bourrasque qui brise et renverse tout ! Sans vouloir expliquer le phénomène j’en puis du moins montrer la probabilité par la considération du froid prodigieux qui se développe parfois au milieu de l’orage ; je n’ai (ju’â rappeler les chutes énormes de glaçons qui, dans certains orages de grêle, montrent la disparition subite de millions et de millions de calories par la production du froid nécessaire à la congélation de mètres cubes, de milliers de mètres cubes de glace. (')

(') M. cil. Dufour a calculé que dans l’orage du 21 août ISSl, la couche de grêlons tombés sur l()kra« du district de Morgos devait représenter un volume de plus de 100 000 (Bull. S.V.S.N., XVIII, 69, 1882.) A raison de 79 calories pour la chaleur latente de la glace, un volume de 100 000"' ■' d’eau nécessite pour se solidifier un dégagement do chaleur do 7 900 millions de calories. Cette quantité énorme de chaleur aurait dii considérablement réchauller l’air, et cependant après la chute de grêle chacun a remarqué un refroidissement sensible; toute celte chaleur et plus encore a donc été absorbée par transformation en d’autres forces.

CLIMATOLOGIE

Ce froid excessif, qui gèle l’eau, refroidit l’air, le rend plus lourd et le fait tomber en masse sur le sol.

Quelle est la cause de ce froid énorme? Ici nous entrons dans le domaine des hypothèses, et mon rôle n’est pas de les discuter. Je ne puis pas cependant résister au désir de citer ici la belle interprétation émise par W. Eisenlohr. Voici les termes mêmes du physicien de Carlsruhe; ils sont éloquents dans leur concision : (') « Là où il s’élève « beaucoup de vapeur d’eau, il se forme fréquemment des orages, et « là où se forment des orages la chaleur disparaît; c’est un fait bien a constaté, mais dont aucun physicien n’a encore donné l’explication : « peut-être cpie la chaleur dégagée s’emploie comme travail à la pro- « duction des phénomènes électriques. » Dans le nuage orageux il y aurait transformation directe de la chaleur en électricité, de là le développement énorme d’électricité de certains orages, de là la disparition de chaleur, le refroidissement constaté par la formation de la gi’êle, et parle coup de vent de l’orage. On m’objectera que le coup de vent de l’orage n’est pas aussi extraordinairement froid que semblerait le demander cette théorie; à cela Je répondrai en invoquant le réchauffement de.cet air par la compression et par le choc porté sur le sol.

Quoi qu’il en soit, je ne puis interpréter autrement le fait d’un vent horizontal, divergeant autour de l’orage, qu’en admettant le refoulement de l’air par une colonne d’air descendant verticalement du nuage orageux. Cette colonne d’air descendante est capable, comme nous le verrons, de produire sur le lac un clioc d’une très forte intensité; j’y trouverai les éléments voulus pour la production des seiches.

Y a-t-il variation de la pression atmosphérique pendant l’orage? Dans quel sens cette variation a-t-elle lieu? Les auteurs que j’ai pu consulter sont très peu explicites sur cette question et sont souvent en désaccord; j’en conclus que s’il y a variation de la pression pendant l’orage, cette variation est peu évidente et peu considérable. Mon collègue, feu le professeur J. Marguet, de Lausanne, estimait qu’au moment de l’orage il y a une légère hausse du baromètre, de quelques dixièmes de millimètres, allant jusqu’à 1.0 et môme et 1.5''"" de mercure. Je crois la chose probable, elle est conforme à la théorie; tout vent de refoulement implique en effet une certaine compression de

(’) IK Eisenlohr. Lettre sur les phénomènes glaciaires. Annuaire du Club alpin suisse 1868, p. 443.

VENTS

l’air, et est par conséquent accompagné d’une légère hausse du baromètre. Mais il doit y avoir plus. Dans la région centrale de l’orage, si notre hypothèse est exacte, le courant d’air descendant, en venant frapper contre le sol, doit occasionner une hausse d’un caractère tout particulier. En effet, avant que l’air refoulé par la colonne descendante ait BU le temps de fuir et de se dérober sous la forme d’un vent horizontal centrifuge, il doit subir une compression d’autant plus forte que le choc porté est plus intense ; cette compression doit se traduire par une hausse rapide du baromètre. Cette hausse doit être de peu de durée; en effet, le coup porté par la chute do la colonne descendante est presque instantané, et le courant d’air de refoulement s’écoule presque immédiatement, avec violence. Cette hausse assez importante, presque subite et de très peu de durée, ne doit pas différer beaucoup des secousses du baromètre qui existent dans les cas de vent de tempête ; elle doit être plus forte, car les conditions de sa production sont encore plus favorables que dans la rafale d’un vent horizontal qui vient se heurter contre la façade d’une maison.

(Fig. 36.) Orage du 25 juillet 1872, a Upsal, d'après S.-A. Hjeltstrôm.

Courbe pleine : baromètre mercure — 20“®.

Courbe ponctuée ^ thermomètre 1° — 2®“.

. 1 heure — 24®‘“.

Cette hausse barométiàque a été constatée au centre de l’orage. Depuis (jue j’ai, pour la première fois, émis ces vues hypothétiques sur l’orage local, (‘) un météorologiste suédois, le D'' S. A. Hjeltstrôm, dans l’intention de vérifier mes conclusions, a fait l’analyse très attentive d’un orage qui a frappé sur l’observatoire même d’Upsal, le 25 juillet 1872. (-) Les conditions générales étaient celles d’un orage

{') F.-/1. Foret. Les causes des seiches. Arcli. de Genève, LXIII, 197, 1878.

(■q S.-.l. Hjeltstrôm. HageUallet i Upsala den 25. juli 1872. Upsala 1870.

CLIMATOLOGIE

local, et tous les détails du phénomène ont parfaitement correspondu à ceux que la théorie m’avait fait supposer; forte augmentation de la pression atmosphérique, fort abaissement de la température, vent violent divergeant autour du centre de l’orage. Je donne dans le diagramme (l’ig. 3ü) le tracé des appareils enregistreurs d’Upsal, baromètre, thermomètre, ainsi que l’indication de la direction et de la force du vent par le moyen de flèches plus ou moins barbelées : le vent a changé do direction au moment même de l’orage, et a soufflé constamment en venant du centre du nuage orageux. Cette démonstration de M. lljeltstrüm confirme absolument et complètement mes vues théoriques. Je puis encore donner comme exemple la courbe barométrique publiée par M. A. Riggenbach (') de l’orage du 27 août 1890, à Bâle; au début de l’orage, à 6'' du soir, le barographe montre une ascension subite de 2""» de mercure.

Depuis l’année 1878, j’étudie attentivement le développement des orages locaux, et je puis dire f[ue toujours, dans l’orage d’été, je constate l’existence du vent horizontal divergent de la théorie; je n’ai remarqué aucun fait qui soulevât des doutes dans mon esprit. Je dois cependant ajouter que les cartes des orages, telles qu’elles sont publiées depuis quelques années, entre autres dans les Annales de l’institut central de météorologie de Zurich, nous font voir que les orages ont fréquemment une tendance à se promener, à se déplacer, parfois à une assez grande distance; entraînés avec une vitesse qui varie de 24 à 721^“ à l’heure, en moyenne 471“" soit 13™ à la seconde, d’après les cartes suisses de l’année 1888, ils parcourent souvent une vaste étendue du pays. Est-ce que l’orage une fois développé se mettrait ainsi en mouvement pour s’avancer dans une direction déterminée'? ou les orages mobiles auxquels je fais allusion seraient-ils des tornados de faible intensité ou de petites dimensions? Je n’ai pas les éléments nécessaires pour résoudre cette question. Quoi qu’il en soit, je crois donc pouvoir confirmer et maintenir l’existence de l’orage local causé par l’explosion d’un nuage orageux, lequel est formé lui-même par l’ascension rapide dans les régions supérieures d’une masse d’air surchauffé à la surface du sol.

Il y a encore lieu d’indiquer l’existence d’un autre type d’orage qui se développe dans des circonstances bien difl'érentes. Quand il règne

P) AVilterungsühersicht des Jahres 1890. Verhandl. der Natiirforsch. Gesellsch. iii Base!. IX, 2. j). 547. pl. V.

VENTS

un vent du midi, à température particulièrement élevée, que l’atmosphèi'e est parcourue par des nuages isolés, on voit parfois un de ces nuages éclater en un orage peu intense et de peu de durée : quelques éclairs, deux, quatre, guère plus, une averse de pluie, et voilà tout ; quelquefois une averse de grésil; Jamais de grêle proprement dite. Ces petits orages se répètent souvent plusieurs fois dans la journée.

A côté des orages locaux, sans mouvements tournants de l’air, l’autre classe de perturbations atmosphériques à courte durée est formée par des tourbillons plus ou moins mobiles de l’air qui portent le nom de trombes quand ils sont de petites dimensions, de 5, à 10, à 100® de diamètre, et tornades quand ils dépassent cent ou mille mètres de largeur. Quelle en est la cause déterminante? Sont-ce des phénomènes mécaniques, thermiques ou électriques qui les provoquent? La cause en est-elle toujours la même? A d’autres do juger ces questions difficiles. Toujours est-il qu’il y a constamment ou presque constamment dans ces phénomènes un puissant tourbillon d’air, à giration circulaire en spirale, se déplaçant plus ou moins rapidement, des perturbations thermiques amenant grandes condensations de vapeurs, production de nuages, violentes chutes d’eau et de grêle, d’énormes perturbations électriques avec les manifestations les plus diverses, depuis l’effluve électrique généralisée jusqu’aux décharges les plus serrées de foudres et de tonnerres. Parfois le phénomène est innocent comme les trombes nuageuses qu’avec un peu d’attention on observe chaque année dans l’air; parfois il est d’intensité terrible comme les ouragans dont l’histoire gai'de le souvenir.

Le plus récent et le plus désastreux pour notre pays est le tornado du 19 août 1890, qui a ravagé le .lura français et vaudois, d’Oyonnax à St-Claude, la vallée de .Toux, Romainmôtier et Croy. (') Mais il n’a pas touché le lac Léman, .et je préfère citer comme exemples ceux du 18 juillet 1841 et du 20 février 1879. Je décrirai rapidement ce dernier.

Ouragan du 90 février '1879. Cette tempête, l’une des plus eflroyables qui aient ravagé nos contrées, a été un cyclone secondaire, développé dans le quadrant sud-oriental d’un cyclone primaire, dont le centre passait au nord des Iles britanniques. — Depuis le 7 février,

(h L Gauthier. Notice sur le cvclone du 19 aoiit 1890. Bulletin S. V. S. N. XXVIT, p. 1, 1891.

CLIMATOLOGIE

l’état météorologique de l’Europe était fort troublé : la pression atmosphérique était basse et une série de cyclones se succédaient à la surface du continent ; (•) le 19 février, la carte météorologique n’en indiquait pas moins de trois sur l’Europe, l’un sur la mer du Nord, l’autre sur la Baltique, le troisième sur la plaine du Danube ; la baisse du baromètre en Irlande annonçait l’arrivée d’un quatrième cyclone. Le 20 févriei' au matin, la carte du temps montrait la fuite vers l’orient des trois cyclones de la veille et l’arrivée en Irlande du cyclone attendu ; de basses pressions sur la mer d’Irlande, 740'""', de hautes pressions sur l’Algérie, 765""", la marche des vents sur le nord-ouest du continent, et en particulier les vents du sud-ouest qui régnaient sur toute la France, prouvaient l’existence d’un cyclone très étendu, peu intense, avec son centre sur les Iles britanniques. C’est sur les flancs de ce grand cyclone que s’est développé le cyclone secondaire, serré, de petite étendue, mais de puissante intensité et de grande vitesse de translation, qui a traversé notre pays. Vers midi, son centre atteignait la côte de France, près de Nantes ; à 1 * il était à Tours, à 9 '■ * il passait sur Carlsruhe ; le 21 à 8 '" il arrivait sur la Bohême. A supposer que sa trajectoire fût rectiligne, son centre aurait passé par Orléans, Troyes, Nancy, c’est-à-dire notablement plus au nord que la Suisse; mais il paraît plus probable qu’il ait suivi une trajectoire incurvée, à concavité septentrionale, qui l’a rapproché de nous. En tous cas notre pays était dans la zone dangereuse du tourbillon. (-) Voici les faits qui ont caractérisé chez nous cette terrible tempête.

Le baromètre a signalé son arrivée par une baisse rapide et violente. A I.ausanne, voici la marche du baromètre réduit à O" :

20 février

21 février

Le baromètre de l’observatoire de Berne (rapporté à la normale) nous donne, d’heure en heure, la marche du phénomène :

(9 Voir les cartes du Bulletin quotidien international publiées par le bureau central météorologique de France.

(-) R. BUlwiUer. Der Sturm vom 30. Februar 1879. Scbweiz. meteorol. Beobaclit. XIV, XXI, année 1877, Zurich.

VENTS

20 février midi

20 février 7 '' *

— minuit

21 février 1 “

Par le fait des cyclones des jours précédents qui avaient passé au nord de la Suisse, le vent du sud régnait sur notre lac ; dans la journée du 20 février il se fit une accalmie presque complète, puis tout à coup, dans la soirée, le vent de S.-W. éclata avec une soudaineté et une intensité extraordinaires. En quelques minutes il atteignit son intensité maximale. Voici l’heure du début de l’ouragan, d’où l’on peut tirer la vitesse de translation du phénomène. (')

HeurB (lu début. Distance de Genève. Vitesse de translation

par seconde.

Genève

Morges

Lausanne

Fribourg

Berne

Zurich

Cette vitesse de translation, (-) en somme très modérée, 12'“ par seconde, 431"“ à l’heure, ne correspond en rien aux effets désastreux du coup de ventl Celui-ci, sur le lac, a soulevé des vagues énormes, (•*) a noyé onze pêcheurs savoyards de la Grande-Rive, dont les trois bateaux ont été se briser sur la côte de Vevey, a fortement endommagé le chemin de fer de Cully à St-Saphoriri et causé le déraillement d’un train ; deux wagons sont tombés dans le lac et deux employés postaux ont été presque noyés'; sur terre, il a renversé des cheminées,

(') Bull. .S. V. S. N., XVI, 477.

P) Cette vitesse de la propagation du coup de vont est très notablement inférieure à celle qui nous est donnée pour la translation du cyclone par les deux positions connues le 20 février, à 1 b. à. Tours, à b h. à Carlsruhe. La distance entre ces deux villes étant de 600'"", si l’on admet une marche rectiligne, cola représente une vitesse de translation de 21” par seconde ; si Ton admet une marche curviligne, la vitesse eût été encore plus forte. .Je ne sais comment expliquer cette divergence entre les deux procédés de calcul qui nous amènent à des résultats variant du simple au double.

(“) J'en ai mesuré le rythme à Morges, à 10'' du soir ; elles avaient 5 à 6 secondes de durée.

CLIMATOLOGIE

enlevé des toitures, emporté par milliers les tuiles et ardoises; il a renversé des forêts entières, tellement que les forestiers ont pu évaluer à 570 000 "'3 de bois les arbres renversés par l’ouragan.

L’anémomètre de l’observatoire de Berne a enregistré les vitesses suivantes :

20 février de