XII. L.es vibrations <lii lac

Les tracés limnographiques montrent très fréquemment un dessin qui mérite l'attenlion. Au lieu de donner simplement la courbe des seiches, sous la f(jrme d'une sinusoïde plus ou moins serrée, le tracé

présente de petites irrégularités, des dentelures fines dont nous avons déjà un exemple dans la figure 65 de la page 103. Ces broderies qui représentent des oscillations de un ou plusieurs millimètres de hauteur, dont les allures sont parfois très régulières, fig. 81, parfois très irrégu-

^' 29 Juin mô. \7è-

(Fig. 81.) — Vibrations. Limnographe non sen.sibilisé, grandeur naturelle. 6cm par heure.

lières, ont une durée qui varie de 20 secondes à 2 minutes.

Je désignerai les mouvements de l'eau qui causent ces broderies de nos tracés limnographiques sous le nom de vibrations du lac, nom indifférent qui ne préjuge rien, ni sur leur nature, ni sur leur cause.

Ces vibrations apparaissent sur les tracés de tout limnographe suffisamment sensible ; lorsqu'elles manquent absolument, c'est une preuve du défaut de délicatesse de l'appareil qui, soit par insuffisance de débit du canal d'alimentation (trop grande longueur de ce canal, ou diamètre trop faible), ou bien par trop de perte de mouvement dans les organes de transmission, ne dessine pas les très légères oscillations du lac (1). Les vibrations existent, en effet, presque toujoui's ; je les ai reconnues sur la plupart des tracés limnographiques, dans tous les lacs et dans toutes les stations où j'ai installé mon plémyramètre, en constatant des mouvements saccadés dans les promenades du flotteur qui réagit avec une sensibilité exquise sous les plus faibles dénivellations de l'eau.

Les vibrations apparaissent sur les tracés du limnographe sous la forme de dentelures à sommets mousses, quand le débit du canal d'alimentation du puits est suffisant pour que l'eau s'équilibre à temps dans la durée d'une oscillation ; chacune des dentelures est alors une sinusoïde. Mais dans d'autres cas, lorsque la vibration est de grande hauteur, l'eau du puits n'a pas le temps de suivre les dénivellations du lac et les dentelures sont à sommets aigus.

Pour étudier plus en détail les vibrations, j'ai perfectionné de deux manières la sensibilité de mon limnographe de Morges, Tout d'abord

(') Une telle al^sence do sensiloilité d'un limnographe qui ne dessine pas les vibrations peut être considérée comme un avantage si l'on veut étudier uniquement les seiches, dont les courbes sont alors beaucoup mieux marquées, étant plus simples et non altérées. Mais c'est plutôt un inconvénient si l'on veut étudier la complication naturelle des divers mouvements du lac.

VIIÎRATIOXS 215

j'ai augmenté le débit du canal du puits ; à coté du tuyau de 8.4'" de long et de 6''"' de diamètre qui me donnait l'alimentation convenable pour l'étude des seiches, j'y ai adjoint un second tuyau de 80"" de long et de 20'""' de diamètre, fermé par une vanne mobile qui permettait d'augmenter ou de diminuer, à volonté, la réaction du bassin limité du puits sous les dénivellations de la masse illimitée du lac. En second lieu, j'ai augmenté la vitesse d'eniegistrement et je l'ai portée à 6'""' pai' minute ; les dentelures des vibrations, trop pressées dans l'enregistrement normal de 6' '" par heure, s'étalent mieux et se développent à loisir sur le papier, entraîné à cette grande vitesse.

En résumant les observations fort nombreuses que depuis vingt ans j'ai pu faire occasionnellement ou systématiquement sur ce phénomènç, je lui décrirai les caractères suivants :

1° Les vibrations sont des oscillations régulières ou irrégulières de Teau ; parfois leui- régularité est parfaite.

"2" Leur durée est variable d'un jour à l'autre, dans les limites de ■15 ou 20 à 120 secondes (station de Morges).

3» Leur hauteur est variable d'un jour à l'autre, de 1™"! et moins à 5c ■" et plus.

Avec ces dimensions, les vibrations sont un phénomène, un phénomène spécial qui mérite d'être étudié.

Avant de rechercher les conditions de leur apparition, éliminons tout d'abord une notion qui peut venir immédiatement à l'esprit- de nos lecteurs, c'est que nous aurions à faire ici à des vagues proprement dites (vagues d'oscillation progressive), vagues du vent, vagues des bateaux à vapeur, etc. Il n'y a aucun rapport de vitesse entre les vibrations et les vagues ; ce que nous connaissons sous le nom de vagues sont des oscillations beaucoup plus rapides ; elles ne se dessinent pas du tout, quand elles sont faibles, sur les tracés de mon limno- ' graphe, même avec la sensibilité exagérée que je lui ai donnée pour l'étude des vibrations ; quand elles sont fortes, elles s'y dessinent avec de tout autres allures. Les plus grandes vagues de vent que j'aie mesurées à Morges, celles du 20 février 1870, avaient une durée de près de 5 secondes ; donnons 5 secondes comme durée maximale possible des plus grandes vagues du Léman; les vibrations les plus rapides sont encore 3 à 4 fois plus lentes. Il n'y a pas moyen d'assimiler les deux ordres de phénomènes.

Cette supposition écartée, cherchons ce que peuvent être les vibra-

lions, et pour cela étudions dans quelles conditions elles apparaissent. Les broderies de mes tracés se rapportent à deux circonstances très différentes ; elles sont produites :

Par les bateaux à vapeur qui circulent sur le lac.

Par le vent.

La description qui va suivre se basera uniquement sur mes observations de Morges. Les tracés des autres limnographes qui ont passé sous mes yeux me permettent d'affirmer que les faits sont de même ordre dans les autres stations ; mais les appareils limnographiques ayant été en général réglés spécialement pour l'étude des seicbes, on a éliminé autant que possible les broderies des oscillations rapides, et les vibrations y sont mal dessinées. Je n'ai aucune raison de supposer que ce que je vais dire de Morges ne soit également applicable à toute autre station d'un lac quelconque.

Après cette étude des deux classes de vibrations du lac, je dirai quelques mots de deux phénomènes qui touchent à ce même ordre de faits, le mascaret de la Morge et les vibrations de la mer.

lo Vibrations causée!^ par la marche des bateaux à vapeur.

Un bateau à vapeur qui passe devant Morges (') signale sa présence sur les tracés de mon limnographe par des broderies caractéristiques que je figurerai d'abord à petite échelle (fig. S'-I), d'après un

IS''- 7 Juin 1376. \9b-

(Fig. 82.) — Vibrations des bateaux à vapeur. Morges. Grandeur naturelle, 6i"' par heure.

tracé de mon limnographe de Morges, sans exagération de la sensibilité de l'appareil, et que je décrirai comme suit :

1» Au moment où le bateau à vapeur, qui a ralenti sa marche pour s'arrêter au débarcadère, passe devant mon jardin, la grande vague de refoulement soulève l'eau et dessine un trait vertical compliqué

(1) Le débarcadère des bateaux à vapeur est situé devant le jardin où j'avais mou observatoire, à environ 100™ de distance.

(fig. 82 a). Sans que je veuille en analyser les détails, je donne dans la fig. 83 le tracé d'une de. ces vagues, amplifié par les procédés d'ex a-

mi^

13 Septembre 187S.

(Fig. S3.I — Passage crun bateau a vapeur. Limnographe sensibilisé, 6™'" par minute.

gération de sensibilité de mon limnographe que je viens d'indiquer (augmentation du débit du canal, et accélération de la vitesse d'enregistrement). Je n'insiste pas sur cette vague de bateau à vapeur^ et je constate seulement qu'il y a un puissant ébranlement de l'eau par l'action perturbatrice de la masse du navire en mouvement.

2" Après le passage du bateau, le tracé montre des broderies (fig. 82 h b), qui durent fort longtemps et ne diminuent que très lentement de bauteui". Ces broderies, dont la fig. 84 donne un exemple

VlA]|^'\i'

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13 SefitemOre 1S7S

moo.

(Fig. 84.) — Vibrations consécutives d'un bateau à vapeur. Limnographe sensibilisé,

6""" par minute.

dessiné par le limnographe sensibilisé, représentent des oscillations dont la hauteur est au début de près d'un centimètre, et la durée de 30 secondes environ. C'est ce que j'appelle les vibrations consécutives des bateaux à vapeur. Ces vibrations continuent à agiter

le lac pendant des heures et des heures ; ce n'est que dans le milieu de la nuit, quand le dernier passage de hateau a eu lieu sui- le lac vers les 8 heures du soir, que le lac reprend son calme, et que le tracé limnographique cesse de montrer des indices de broderies. Quatre ou cinq heures au moins, telle est la durée de l'action, reconnaissable à nos appareils, du passage d'un bateau à vapeur. Le navire est depuis plusieurs heures à l'ancre dans le port de Genève, que les souvenirs de son passage sont encore visibles au milieu du Grand-lac par l'existence de ces vibrations consécutives.

Vu du sommet de Naye ou de Dent d'Oclie, im bateau à vapeur qui circule sur le lac semble une mouche qui se débat sur une jatte de lait ; c'est un point dans l'espace. Et cependant ce corps minuscule agite toute la masse du lac et la remue assez pour la faire vibrer pendant bien des heures. La force vive dégagée par la combustion du charbon sous la chaudière du pyroscaphe se transforme en travail mécanique qui s'épuise lentement dans ces vibrations consécutives, et, par les frottements des molécules de l'eau les unes sur les autres, se transforme de nouveau en chaleur. Une partie de la chaleur dégagée par la combustion du charbon est donc employée à récliaufer la masse de l'eau du lac. Les forces du monde piiysique ne se perdent pas, elles se transforment dans des cycles toujours et indéfiniment renaissants.

3° Mais longtemps avant l'arrivée du premier bateau à vapeur, qui, dans la matinée, touche au port de Morges vers 8 heui-es, je vois mon tracé limnographique dessiner des vibrations (fig. 82 c c'). Elles sont moins hautes que les vibrations consécutives ; leur durée est à peu près la même, une demi-minute environ pour chaque oscillation. Je reproduis, fig. 85, ces vibrations antécédentes d'un bateau à vapeur

13 Seri te m bre 187<9. 7^\S0

(Fig. 85.) — Vibrations antécédentes d'un bateau à vapeur, 10 minutes avant le passage. Limnographe sensibilisé, 6'""» par minute.

arrivant d'Ouchy. Le bateau n'abordera à Morges que dans 15 minutes, il est encore à 2 kilomètres de distance, et cependant avec le hmnographe sen.sibilisé, on voit déjà des vibrations de près d'un centimètre de hauteur.

Ces vibrations antécédentes se propagent à de grandes distances. Dans ie régime d'été, alors que les bateaux à vapeur commencent à circuler sur le lac à partir de 4 '/^ à 5'', les tracés de mon enregistreur sensibilisé les font voir déjà dans ces heures matinales; tandis qu'aucun bateau ne se rapproche de Morges (les premiers passages ayant lieu à ce port à 7 ou 8'' seulement) tandis que les moins éloignés circulent entre Ouchy et Evian, c'est-à-dii-e à 10 et lii^m de Morges, les vibrations antécédentes des ])ateaux à vapeur y sont parfaitement évidentes. Dans la fig. 80, je copie les vibrations dessinées le 13 septem-

J^^û 13 Septembre 187^. à\00.

(Fig. 86.) — Vibrations antécédentes d'un bateau à vapeur, traversant le lac à plus de Gi>"i de Morges. Limnographe sensibilisé, e™"" par minute.

bre 1878, à 5''50, à Morges, alors que le premier bateau ne devait toucher à ce port qu'à 8''. Les oscillations sont parfaitement caractérisées, et il est incontestable qu'elles se font manifestement sentir à plus de 10 kilomètres de distance.

Quelle est la vitesse de propagation de ces vibrations '? Combien de temps mettent-elles pour traverser la largueur du lac ? Je n'ai malheureusement pas d'observations assez précises pour répondre à cette question (i). D'une part, le début des ondulations sur les tracés limnographiques n'est pas assez net ; elles commencent par des dentelures de moins d'un millimètre de hauteur et s'accroissent progressivement; d'une autre part, à l'époque où je faisais ces études, le départ des bateaux à vapeur d'Ouchy et d'Evian était organisé de telle sorte que leur action utile devait êtr'e d'efficacité progressive. Il aurait fallu, pour que l'apparition des vibrations fût subite à Morges et se dessinât nettement sur les tracés hmnographiques, que le premier départ eût lieu d'Evian, vis-à-vis de Morges; au lieu de cela, il y avait un bateau partant d'Ouchy pour Evian à 5''10"''", et un autre, à 5''30"''", partant d'Evian poui' Ouchy.

(') L'observation de ces viliralions n'est pas très facile, (^omme nous allons le voir, le vent, même faible, détermine des oscillations très semblables ; par conséquent, pour reconnaître les vibrations dues aux bateaux à vapeur, il est indispensable de s'adresser à des lacs de calme plat. Combien de fois, dans l'année 1878, où j'étudiais ces phénomènes, ai-je préparé, le soir, une série d'observations par un lac plat comme un miroir? combien de fois ma veille a-t-elle été interrompue par l'apparition d'une lirise qui troublait rexpérience en développant des vibrations avec lesquelles les vibrations des bateaux à vapeur se seraient confondues'?

Toujours est-il que, dans les deux expériences qui ont le mieux réussi, j'ai commencé à voir des vibrations notées par mon limnographe de Morges, le 19 juin -1878, à 5''20"'i" ; le 13 septembre, à 5''25"i''\ c'est-à-dire 10 ou 15 minutes après le départ du premier bateau d'Ouchy ; dans l'un et l'autre cas, les vibrations augmentèrent sensiblement de hauteur à 5''40 et 5''50"'^", soit 10 à 20 minutes après le départ du premier bateau d'Evian.

Sans donc que je puisse donner des chiffres exacts pour la vitesse de la transmission des vibrations des bateaux à vapeur à travers les 10 à 14"^'" de la largeur du lac, je puis affirmer que cette vitesse est fort grande, et en tout cas très supérieure à celle de la propagation des vagues d'oscillation progressive (vague de refoulement des bateaux à vapeur). Cette vitesse semble être du même ordre de grandeur que celle de l'oscillation des seiches dans le diamètre transverse du lac.

Quelle est la nature du phénomène? Je dois avouer ma parfaite ignorance à ce sujet. Je sais que ces vibrations ne sont pas des vagues d'oscillation progressive ; qu'elles n'ont rien à faire avec la vague que le bateau refoule de chaque côté de son corps en s'avançant dans le lac ; ces vagues ont de tout autres allures. Mais la nature même du mouvement, je l'ignore. — Seraient-ce des vagues d'oscillation fixe multinodales, des seiches à un grand nombre de noeuds 7

2" Vibrations caiistk'S par le vent.

Pour étudier ce second ordre de vibrations, je dois, en raison de ce qui vient d'être dit, m'adresser aux heures de la nuit, alors qu'aucun bateau à vapeur ne vient troubler par ses vibrations le jeu normal des mouvements intimes du lac. Dans ces conditions, je con.state très fréquemment sur les tracés limnographiques l'existence d'ondulations plus ou moins accusées qui, ne pouvant être rapportées à l'action des bateaux à vapeur, doivent être attribuées à d'autres causes.

Les vibrations, que je rapporte à l'action du vent, se voient sur les tracés de tout limnographc de sensibilité moyenne ; en sensibilisant extraordinairement mon appareil, comme je l'ai dit plus haut (page 214), je leur trouve les caractères suivants :

a Au point de vue de la hauteur, les vibrations sont parfois si faibles, qu'elles n'atteignent pas un millimètre ; par le calme plat, elles

peuvent être nulles (fig. 87) ; parfois elles sont énormes et dépassent

4^30 13 Septembre ÏS7S

(Fig. S7.) — Calme plat au point de vue des vibrations. Limnographe sensibilisé, gmm par minute.

5 et 10 centimètres.

h Au point de vue de la durée, elles varient de 20 à 60 secondes pour l'oscillation entière; j'en ai même vu de 2 minutes de durée (fig. 81).

c Au point de vue des allures, elles sont parfois aussi régulières que les plus belles seiches, ou que les rides qu'une faible brise dessine à la surface de l'eau ; d'autres fois, elles sont irrégulières, pressées, heurtées, entrechoquées.

d Au point de vue de la forme, sur les tracés tantôt les courbes sont arrondies en séries de sinusoïdes (fig. 88), tantôt ce sont des

^S Juin 1S7S'.

(Fig. 88.) — Vibrations du vent en courbes sinusoïdes. Limnographe sensibilisé, gmoi par minute.

dentelures aiguës, à sommets pointus et à bords droits (fig. 89). Ce

(Fig. 89.)

Vibrations du vent. Courbes à sommets aigus. Limnographe sensibilisé, gmm par rninute.

dernier cas a lieu lorsque la hauteur des oscillations dépasse le degré de sensibilité de l'appareil limnographique.

Je pourrais facilement caractériser ces vibrations en les comparant aux seiches, avec lesquelles elles ont en commun la plupart de leurs qualités. Ce seraient des seiches très rapides si, au point de vue de la durée, je pouvais y reconnaître un rythme. Le rythme des vibrations

varie d'un cas à l'autre, et n'est pas, comme celui des seiciies, appréciable par des chiffres constants ; je ne suis pas arrivé à déterminer le rythme des vibi'ations de Morges.

Quant aux circonstances dans lesquelles les vibrations se produisent, j'essaierai de les caractériser dans ces termes :

a Les vibrations sont nulles quand le lac est au calme plat.

h Les vibrations ont toujours lieu quand il fait du vent ; plus le vent est fort, plus elles sont grandes.

c Les vibrations ne sont pas proportionnelles à la grandeur des vagues ; un vent qui souffle de terre, et qui ne produit pas de vagues dans la station d'observation, détermine aussi bien des vibrations qu'un vent qui vient du large et développe des vagues énormes.

d Les vibrations accompagnent le vent, et non pas les vagues du vent. J'ai reconnu que les vagues mortes, sans vent, ne produisent pas de vibrations proportionnelles à leur grandeur.

D'après ces faits, j'attribue au vent l'origine de ces vibrations.

Je donnerai, en tableau, la durée et la hauteur des vibrations observées dans diverses circonstances, à Morges, avec mon limnographe sensibilisé. Lorsque les vibrations sont dessinées par des dentelures à sommets aigus, la hauteur réelle de la dénivellation du lac est supérieure à celle qui est donnée par le tracé.

Durée

Hauteur

moyenne

des