I. THEORIE GENERALE DE LA THERMIQUE D UN LAC

Les eaux d'un lac sont soumises à des variations de chaleur résultant de l'absorption ou de l'émission calorique des corps qui l'entourent de près ou de loin, ou qui sont enfermés dans ses couches.

Les gains de chaleur lui viennent.

a. De la chaleur émise directement par le soleil.

h. De la chaleur rayonnée par l'atmosphère ambiante et les côtes élevées qui bordent le lac.

c. De la chaleur transmise par contact avec l'atmosphère superposée.

d. De la chaleur latente dégagée par la condensation de vapeur d'eau à la surface du lac.

e. De la chaleur apportée par Teau des divers affluents (rivières et pluies).

f. De la chaleur développée par transformation du travail mécanique du vent.

g. De la chaleur développée dans les phénomènes biologiques de la vie des animaux et végétaux et de la putréfaction, ou dans les réactions chimiques qui se passent entre les substances dissoutes dans l'eau du lac.

h. De la chaleur centrale de la terre transmise par conduction dans le plafond du lac.

Les pertes de chaleur ont lieu :

a. Par rayonnement dans l'espace cosmique et dans l'atmosphère. h. Par contact avec une atmosphère froide.

c. Par la chaleur latente absorbée dans l'évaporation de la surface.

d. Par la chaleur latente absorbée pour la fusion de la neige et de la grêle tombées dans le lac.

e. Par apport d'eau froide des divers affluents (rivières, pluies, etc). Quant aux voies diverses de ces échanges thermiques nous

prouverons que :

A. Sur son lit, le lac ne peut que se réchauffer par transmission de la chaleur centrale de la terre.

B. Dans ses couches moyennes, l'eau des affluents peut descendre et se mettre en équilibre thermique avec l'eau du lac. Nous verrons que cette action peut dans certains cas réchauffer, dans d'autres refroidir le lac.

C. Par sa surface supérieure, le lac tantôt se réchaufïe, tantôt se refroidit. C'est par cette surface de contact avec l'atmosphère que se font les échanges thermiques les plus importants.

Il y a donc d'une part des actions nombreuses qui tendent à différencier au point de vue thermique les diverses couches et les diverses régions du lac. Mais d'une autre part, cette différenciation tend sans cesse à être annulée ; les eaux plus chaudes tendent à réchauffer les eaux plus froides et vice-versa ; il y a tendance à revenir à l'uniformisation de la température. L'action d'uniformisation se produit dans l'intimité des masses d'eau du lac par deux ordres de phénomènes :

Ou bien des phénomènes de conduction, propagation de la chaleur

d'une couche à l'autre, sans qu'il y ait déplacement des masses d'eau; ou bien des phénomènes de convection dans lesquels certaines masses d'eau se déplacent et vont se loger entre des couches de température différente. La convection est d'origine thermique lorsque le déplacement se fait par suite des changements de densité dus au réchauffement ou au refroidissement d'une couche d'eau; la convection est d'origine mécanique lorsqu'elle provient d'une impulsion extérieure.

Dans les phénomènes de conduction, il y a uniformisation de la chaleur par transmission moléculaire ; dans les phénomènes de convection, par action de mélange.

La propagation de la chaleur dans une masse d'eau douce, et son état d'équiUbre thermique sont réglés par les propriétés physiques de l'eau. Nous signalerons à ce propos :

l*' L'extrême moltilité des molécules liquides qui permet à l'eau de se stratifier en couches superposées suivant l'ordre de leur densité. Sitôt que pour une cause quelconque une couche d'eau s'alourdit, elle descend et va chercher un lieu où elle se loge entre des couches de même densité qu'elle. Nous n'avons pas à faire intervenir l'action opposée, la montée de couches plus légères, les actions qui pourraient la provoquer dans le lac étant d'efficacité infiniment faible. Nous donnerons plus loin, le tableau des densités de l'eau aux diverses températures d'après lequel se fait le procès de déplacement des eaux sous les actions thermiques [convection thermique).

Nous avons vu, page 3, à propos de la pression hydrostatique que la densité de l'eau s'accroît rapidement avec la profondeur; que sous une pression de une atmosphère elle augmente de 50 miUionnièmes, 0.000 05 ; que sous 30 atmosphères elle doit être de 1 * /^ millième. 0.0015 plus forte qu'à la surface. Cette variation est très importante ; elle égale presque en valeur les variations de densité dues à la chaleur , qui dans les températures représentées dans le lac sont à 4" densité • 1.000 20

à 25° densité 0.997 60

différence : 0.002 60

N'y a-t-il pas lieu de tenir compte de ce fait pour la question de la convection thermique ?

Si nous supposons de l'eau chaude, disons à 10°, sa densité essentielle étant 0.999 98

si nous la transportons au fond du lac où elle est soumise à une pression de 30 atmosphères, sa densité est accrue d'une valeur de 0.001 50

et devient 1.001 48

Elle devient plus dense que de l'eau à 4« qui serait à la surface et dont la densité monterait à 1.000 20

Nous pourrions semble-t-il avoir le paradoxe hydrostatique d'une eau froide superposée à une eau chaude et dans un état d'équilibre stable, le tout dans les conditions de la stratification directe(i). Cet état paradoxal pourrait-il se développer dans un lac ? Si oui, toute la théorie des courants de convection, en particulier la théorie que nous établirons bientôt du refroidissement automnal par descente dans la profondeur des couches de la surface, en est fondamentalement ébranlée.

Mais est-ce possible ? — Ce serait possible si le refroidissement superficiel était infiniment lent et si le pouvoir de conduction thermique de l'eau était infiniment grand. Alors le refroidissement se propageant d'une manière graduelle et ménagée dans la profondeur, l'on pourraif avoir des couches froides superposées aux couches chaudes, de telle manière que, de haut en bas, la progression de densité duo à l'augmentation de pression fût toujours plus forte que la diminution de densité résultant de l'élévation de la chaleur. L'équilibre resterait stable et le paradoxe serait une réalité.

Mais ni l'une ni l'autre des deux hypothèses n'est exacte. Le refroidissement superficiel est puissant et rapide, et la conduction thermique dans l'eau est infiniment lente. Il en résulte que, par refroidissement, les couches supérieures augmentent rapidement de densité ; comme elles sont mobiles, elles descendent dans la profondeur ; à mesure qu'elles s'enfoncent, elles sont, elles aussi, soumises à l'accroissement de densité dû à l'augmentation de la pression; pendant toute cette descente, elles sont soumises à la même pression, par conséquent à la même augmentation de densité que les couches avec lesquelles elles sont en contact, et c'est la différence de température qui seule détermine les relations hydrostatiques. Elles ne s'arrêtent donc dans leur descente que lorsqu'elles ont trouvé des couches de même température, et par conséquent de même densité qu'elles-mêmes.

Donc les phénomènes de convection thermique ne sont point

(') Voir plus loin, page 296.

influencés par l'augmentation de densité résultant de l'accroissement de la pression dans les couches profondes. Le paradoxe hydrostatique que j'ai énoncé ne peut être représenté dans un lac.

Il en est autrement lorsqu'il y a dans un lac superposition de couches de densités différentes, par le fait d'une teneur plus ou moins riche en matières dissoutes. Les couches profondes peuvent être assez minéralisées pour qu'elles restent plus lourdes que les eaux de surface, même très refroidies. On peut alors avoir la stratification paradoxale d'eaux plus froides, intercalées entre des eaux de surface et des eaux de fond plus chaudes. M. A. Delebecque a découvert un exemple très intéressant d'une telle stratification dans le lac de la Girotte, arrondissement d'Albertville (Savoie) (•). En juillet 1892, ce lac avait :

à la surface 17°

Le paradoxe thermique est donc possible. Mais il ne nous touche pas pour le Léman, les différences de composition des eaux étant certainement trop faibles pour y amener un tel effet.

Nous traiterons plus loin des dé])lacements d'ordre hydrostatique résultant de la surcharge de certaines eaux par l'alluvion qu'elles tiennent en suspension (coyxvection hydrostatique) .

?° Cette même mobilité des molécules liquides permet à l'eau de se déplacer sous des impulsions mécaniques actives, celle du vent par exemple, et peut occasionner, par les courants, des mélanges de couches de températures différentes (convection mécanique!.

3° La diathermanéité de l'eau qui permet la pénétration ou l'émission de la chaleur rayonnante, non seulement par le plan de surface supérieure, mais par les couches sous-jacentes. La diathermanéité de l'eau est faible ; de tous les Hquides étudiés par Melloni, elle est celui qui laisse passer le moins les radiations thermiques (conduction diathermiquej. Par conséquent, la surface du lac subit des variations considérables par suite de la chaleur rayonnante, les couches moyennes et profondes des variations très faibles ou nulles.

D'après les recherches de .J.-L. Soret, la diathermanéité de l'eau est plus grande pour la chaleur lumineuse que pour la chaleur obscure;

(1) C. R. Acad. se. Paris, t. CXVI, p. TfX), 1893.

les couches moyennes de l'eau se refroidissent donc moins par radiation qu'elles ne se réchauffent par l'action rayonnante du soleil.

J'ai voulu me rendre compte de cette propriété de l'eau de laisser passer en partie la chaleur lumineuse. Pour cela j'ai noirci la boule d'un thermomètre et je l'ai enfermé dans un ballon de verre plein d'air; puis j'ai fait descendre l'appareil dans le lac, à 1.0'" sous la surface, en le laissant exposé aux rayons du soleil. J'ai vu sa température monter notablement au-dessus de celle de l'eau ambiante. J'ai obtenu entre autres les valeurs suivantes pour l'excès de température du thermomètre noirci, à un mètre de profondeur, protégé par son bain d'air contre le contact avec l'eau :

27 mars 1871

lOh

Température

Peau

Excès de température

du thermomètre noirci

25 juillet 1873

1 août —

4° La conductibilité thermique de l'eau est très faible ; c'est avec une très grande lenteur que la chaleur se propage dans une eau immobile (conduction thermique!. M. le professeur F. -H. Weber, à Zurich, a déterminé le coefficient de la conductibilité de l'eau et l'a fixé à 0.0745, tandis que pour le mercure il est de 0.91 (*). De la valeur de ce coefficient, M. Weber a tiré la vitesse de la propagation de la chaleur dans l'eau ; il estime qu'en 24 heures la chaleur ne peut pas se propager par conductibilité à plus de 0.3'", en une année à plus de 6m. (i)

5° L'eau possède une capacité calorique ou une chaleur spécifique considérable ; il faut une quantité relativement grande de chaleur pour élever sa température d'un degré. La chaleur spécifique de l'eau est la plus forte des corps connus ; elle est de 3 à 20 fois plus grande que celle des métaux ; à volume égal elle est 3000 fois plus grande que celle de l'air.

6° L'eau pure présente un maximum de densité entre 3.9oet4.0oC., de telle sorte que, à partir de ce point, l'eau devient plus légère, soit

0) Vierteljalireschrift der Zùrcher nat. Ges. XXIV, 2-32, sq. 1879. (2) Communication verbale.

qu'elle se réchauffe, soit qu'elle se refroidisse : l'eau la plus lourde est celle de 4».

70 L'eau à l'état solide a une densité plus faible que celle de l'eau à €<' ; on l'évalue à 0.92. La glace flotte donc sur l'eau à 0°.

Ces diverses propriétés de l'eau président aux conditions thermiques d'un lac. Essayons de caractériser celles-ci dans leurs traits généraux.

Nous considérons ici un lac d'eau physiquement pure, non surchargée par l'alluvion en suspension ; nous traiterons dans un autre paragraphe de ce cas spécial.

Nous pouvons négliger l'action de réchauffement de la chaleur centrale de la terre sur le fond du lac. D'après les dernières recherches Q), la chaleur qui se dégage à travers les couches de la terre suffirait à fondre annuellement une couche de 5.2"^™ de glace recouvrant la surface du globe. A 80 calories pour la chaleur latente de fusion de la glace, cela représenterait la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1» une couche d'eau de 0.41™, ou de un dixième de degré une couche d'eau de 4.1 m. C'est une valeur absolument insignifiante comparativement aux autres actions thermiques qui interviennent dans les lacs.

Nous laisserons de côté ici les causes de réchauffement intime que nous avons énumérées sous les lettres /' et g, page 290 (chaleur développée par l'épuisement du travail mécanique du vent, et chaleur développée par les phénomènes biologiques), de même la chaleur développée ou dégagée par les phénomènes de condensation et d'évaporation à la surface, ainsi que par les chutes d'eau pluviale plus chaudes ou plus froides que l'eau du lac. Leur importance est trop minime, ou échappe trop à noti'e appréciation.

Nous n'avons à considérer ici que les faits thermiques portés sur la surface supérieure du lac par l'action du soleil et de l'atmosphère, et du rayonnement dans l'espace ; leur importance est seule décisive.

Par le fait de la mobilité du liquide, le lac est toujours stratifié en couches telles que les plus denses soient au fond, les plus légères à la surface.

(*) Report on the rate of increase of underground température. British Association, LU Meeting, Southampton 1882, p. 74, London 1883.

Par le fait du maximum de densité de l'eau douce, la stratification a des allures opposées suivant que la chaleur de l'eau est supérieure ou inférieure à 4.0°. Quand la température du lac est plus élevée que le maximum de densité, les couches les plus chaudes sont au-dessus des couches les plus froides. Cet état, qui est conforme à la disposition normale des couches d'un liquide quelconque, est ce que j'appelle la stratification thermique directe; quand le lac est plus froid que 4.0°, les couches plus froides sont superposées aux couches plus chaudes, et nous avons alors la stratification inverse. Dans ces deux cas, l'équilibre est stable. Cette température critique du maximum de densité de l'eau douce, a une telle importance dans la physique des lacs, que nous n'hésitons pas à désigner sous les appellations d'eaux c/iawdes et d'eaux froides, celles qui sont plus chaudes ou plus froides que 4"0. Cela nous abrégera un peu les descriptions.

Les échanges thermiques ayant lieu presque uniquement à la surface supérieure du lac, on peut admettre que, dans un lac suffisamment profond, il subsisterait, dans les grandes profondeurs, une couche immobile à 4", maximum de densité de l'eau ; au-dessus de cette couche, si le climat de la région le commande, il s'établit des couches à température variable, à stratification directe pendant la saison chaude, à stratitication inverse pendant la saison froide.

Les actions thermiques extérieures au lac tendent à le réchauffer ou à le refroidir, à lai livrer du calorique ou à lui en enlever. Par suite de la grande capacité calorique de l'eau, plus grande que celle de l'air, les variations thermiques seront plus rapides dans l'atmosphère que dans le lac ; la température de l'air se réchauffera plus vite, se refroidira plus vite que celle du lac. Le lac retardera donc sur les variations climatiques (') de la région, les variations thermiques se feront d'abord sentir dans l'air, puis plus tard dans l'eau. Quoi qu'il en soit de ce retard, le lac sera soumis à des variations de même signe que celles de l'air ; il participera aux variations périodiques du climat, aussi bien à la période de l'année qu'à celle du jour ; il subira un réchauffement diurne et un refroidissement nocturne, un réchauffement estival et un refroidissement hivernal. Ces deux courbes se superposeront l'une à

(1) Fatigué de la longueur et delà lourdeur du mot climatologique, dans l'impossibilité d'appliquer le mot climatérique, qui a une toute autre signification (Climaté- RiQUE, qui appartient à un des âges de la vie regardés comme critiques, Littré), je me décide à créer le mot climatique ; il n'a pas besoin de définition.

l'autre, la variation journalière étant beaucoup moins intense, et pénétrant moins profond que la variation annuelle.

Ces actions de réchauffement ou de refroidissement tendront, selon les circonstances, à développer et perfectionner la stratification thermique, ou bien à l'annuler.

Il y a donc à considérer deux procès, celui de stratification et celui d'uniformisation thermique du lac.

Procès de stratification. Un lac à eaux chaudes reçoit de la chaleur par sa surface ; un lac à eaux froides perd de la chaleur. Dans les deux cas, les eaux supérieures, déjà plus légères que les eaux sousjacentes, perdent encore de leur densité ; la stabilité de l'équilibre en est accrue; la stratification thermique, directe ou inverse, se développe ou se perfectionne.

Procès cVuniformisation. Un lac à eaux chaudes se refroidit par sa surface ; la couche supérieure, en perdant de la chaleur, se contracte, devient plus lourde, tombe dans la profondeur et est remplacée par la seconde couche qui subira bientôt le même sort. Ce procès est un peu compliqué : illustrons-le par un exemple.

Soit une série de couches A, B, C, D, etc., de température de 10°, 9», 8", 7°, etc., superposées en stratification directe :

La couche supérieure A perd de la chaleur, elle devient plus froide que la 2« couche B ; disons qu'elle s'abaisse à 8° V-2- Devenue 'plus lourde que la couche B, elle descendra et se logera entre B et C, et nous aurons la superposition suivante :

Mais la couche B se refroidit à son tour, et tombe à une température inférieure à celle à laquelle est descendue la couche A, disons à 8° Vi- Le courant de convection thermique fera écouler la couche B qui reprendra sa place originelle et nous aurons la superposition suivante :

A 8oi/.

Ce procès se renouvellera entre les couches A ei B jusqu'à ce que toute leur épaisseur soit descendue à la température de 8", égale alors à la couche C.

Quand nous aurons la superposition thermique

le même jeu se reproduira comme au début, seulement la première couche formée de A, B et C, différera de A en ce qu'elle sera plus épaisse, s'étant annexé les couches B et C, et en ce qu'elle sera plus froide, l'ensemble étant descendu à la température de la troisième couche.

Dans ce procès de refroidissement, la couche supérieure s'épaissit progressivement en s'annexant par mélange ou convection verticale les couches immédiatement sous-jacentes, à mesure qu'elle abaisse sa température au degré de celles-ci.

Cette couche supérieure d'épaisseur progressivement croissante peut être considérée comme ayant une température uniforme dans toute sa hauteur. Le procès de refroidissement dans le type de stratification directe est donc caractérisé par l'annulation, ou la destruction de cette stratification. C'est ce que j'appelle le procès d'uniformisation. Il en est exactement de même, mais avec des signes opposés, dans

une eau froide, à stratification inverse, lorsqu'elle se réchauffe par la surface supérieure.

Nous avons donc les deux mêmes procès, aussi bien dans les eaux chaudes que les eaux froides, mais sous l'influence d'actions opposées :

Action.

Type de stralillcation.

Eaux chaudes : Str. directe

Eaux froides : Str. inverse

réchauffement refroidissement réchauffement refroidissement

Procès.

stratification, uniformisation, uniformisation, stratification.

Suivant donc que la saison amène le réchauffement ou le refroidissement du lac, suivant aussi que ces actions se produisent sur des eaux chaudes ou sur des eaux froides, les allures des phénomènes intimes de la thermique du lac et l'état d'équilibre de ses couches seront différents.

Je vais essayer de représenter ces allures d'une manière graphique en supposant un lac dont la température varie de l'été à l'hiver audessus et au-dessous de la température critique de 4*^0, dont les eaux sont alternativement chaudes et froides. Je ferai dans ce lac, à chaque

Slta/ifcaiUûrtyJiZ£éie^ \\S'^4m>eîà€^^ S'^^tecte^ iS'^ùw^^^

(Fig. 104.) Schéma thermique d'un lac tempéré.

mois de l'année, des séries de sondages thermométriques depuis la surface jusqu'aux plus grands fonds, et j'en fixerai les résultats dans

une suite de colonnes verticales qui représenteront les saisons successives. Les couches superposées du lac seront indiquées par les strates Pj, P2, P3, etc., la surface étant Pq. Je réunirai par des courbes les points où les sondages successifs me donneront les mêmes températures (courbes isothermes) ; je figurerai par des lignes pleines les isothermes des eaux chaudes, par une double ligne l'isotherme de 4^0, par des hgnes ponctuées les isothermes des eaux froides. Cela me donnera le schéma de la figure 104 ; les isothermes des eaux chaudes m^, m,2, Wg et celles des eaux froides îï^, na, n^ représentant des températures d'autant plus rapprochées de 4o0 que l'indice est plus faible.

Le procès de stratification s'exprime dans ce schéma par l'obliquité des lignes isothermes qui descendent de plus en plus dans des couches plus profondes ; le procès d'uniformisation par la verticalité des isothermes qui remontent vers la surface.

Ce schéma nous montre que, tandis qu'à la surface la température s'accroît et décroît lentement et progressivement au-dessus et audessous du point critique de 4°, sans être influencée en rien par ce maximum de densité de l'eau, dans les couches profondes, les lignes isothermes subissent des inflexions compliquées par le fait des inversions dans le type de la stratification thermique.

Réchauffement Rfifroidissement Réchauffement

Refroidissement

Si^élli^UlïVf2y^€Ut€€t&

(Fig. 105.) Schéma thermique d'un lac tropical.

Mais il n'en est pas partout de même. Dans les climats extrêmes, la chaleur du lac peut ne pas être appelée à franchir la température

critique du maximum de densité ; les allures sont alors beaucoup plus simples.

Dans les contrées tropicales, le lac peut ne pas s'abaisser au-dessous de 4° et alors le schéma thermique sera celui de la fig. 105, où j'ai conservé la même notation.

L'eau salée se distingue de l'eau douce en ce qu'elle n'a pas de maximum de densité au-dessus de la température de 0°. Les lacs d'eau salée (lacs sans émissaire) auront donc un type thermique qui sera analogue à celui de nos lacs tropicaux.

Dans les contrées polaires, au contraire, dans le trop court été et par le triste réchauffement que donnent les rayons d'un soleil très bas sur l'horizon, le lac peut ne pas se relever au-dessus de 4» ; son schéma thermique prendra la forme de la figure 106.

Réchauffemenl - Refroidissement Réchauifement

Refroidissemerilt

Stî^zfi^uaiùmy^ni^té^

(Fig. 106.) Schéma thermique d'un lac polaire.

Ces trois types généraux comprennent toutes les possibilités. Pour les appliquer aux cas spéciaux, il n'y a qu'à y faire entrer la notion de la profondeur du bassin, comme nous le verrons plus loin, et à régler la position et l'inclinaison des isothermes d'après les faits d'observation.

On peut en trouver deux exemples dans les planches III et IV du vol. III des Archives de Genève, 1880, dans lesquels j'ai figuré de cette manière la température du lac de Thoune en 1848, d'après les sondages thermométriques de G. Brunner et Fischer-Ooster et celle

du lac Léman en 1879, d'après mes propres recherches (^). Je reprendrai plus loin ce sujet à propos des faits d'observation du Léman.

En analysant ces schémas, on reconnaîtra que la température des couches profondes des lacs aura des allures très différentes suivant les conditions géographiques de la contrée et cela permet une classification naturelle des lacs, que nous diviserons en :

i« Lacs de type tropical, dont les couches profondes varient à partir et au-dessus de la température du maximum de densité de l'eau, 4°.

:?o Lacs de type tempéré, dont les couches profondes varient soit au-dessous soit au-dessus de 4".

3° Lacs de type polaire, dont les couches profondes varient à partir et au-dessous de 4°.

Le type thermique exprime donc la nature des variations de température des couches profondes du lac.

Si nous superposons les tracés de ces trois types du lac, en les ordonnant de la même manière par rapport aux saisons de l'année, comme nous l'avons fait dans la planche VII, page 304, nous voyons que les périodes d'établissement de la stratification thermique, et celles d'annulation et d'uniformisation de cette stratification ne correspondent point aux mêmes saisons. L'eau se stratifié thermiquement, la stratification thermique se perfectionne, ce qui dans nos schémas s'exprime par la descente des lignes isothermes :

dans les lacs tropicaux depuis la fin de l'hiver, pendant tout le printemps, jusqu'à la fin de l'été.

dans les lacs tempérés en été et en hiver.

dans les lacs polaires depuis la fin de l'été, pendant tout l'automne, jusqu'à la fin de l'hiver.

L'eau s'uniformise, la stratification thermique s'annule, ce qui dans mes schémas s'exprime par l'ascension verticale des lignes isothermes :

dans les lacs tropicaux depuis la fin de l'été, pendant tout

l'automne jusqu'à la fin de l'hiver, dans les lacs tempérés au printemps et en automne, dans les lacs polaires depuis la fin de l'hiver, pendant tout le printemps jusqu'à la fin de l'été.

l (1) F.-A. Forel. Températures lacustres, etc. Arch. de Genève, III, 501 et IV, 89, 1880.

Les allures de la stratification thermique sont donc assez différentes dans ces types pour que je sois parfaitement justifié si je les sépare dans une classification rationnelle.

Quels sont les facteurs géographiques qui fixent la place de chaque lac dans l'un ou l'autre de ces types ? Ce sont essentiellement :

A. La position en latitude : l'inclinaison plus ou moins grande des rayons solaires détermine leur pénétration dans les eaux et règle la quantité de chaleur que le lac reçoit directement du foyer calorique central de notre système cosmique. La latitude a en même temps une grande influence sur le climat, d'où dépendent les facteurs décisifs de la température du lac, à savoir, la température de l'aii', son humidité, sa nébulosité, son agitation par les vents, etc.

B. L'altitude de la surface du lac est le second grand facteur du climat ; elle aura en conséquence une action considérable sur les échanges de température entre l'eau et l'air. Elle peut avoir un efTet assez puissant pour que certains lacs de haute montagne dans nos régions tempérées arrivent à présenter le type polaire.

G. La profondeur du lac, d'où dépend la masse de ses eaux, joue un rôle bien marqué que nous devons analyser. Dans le cadre des trois types que nous avons établis, c'est elle qui donne à chaque lac son individualité particulière, qui fait que chaque lac a son caractère thermique spécial. On sait — et nous justifierons amplement cette affirmation quand nous étudierons en détail le lac Léman, — que la chaleur gagnée par le lac ne reste pas cantonnée dans la couche superficielle et supérieure ; la diathermanéité de l'eau d'une part, les courants de convection mécanique et hydrostatique d'une autre part font pénétrer la chaleur dans les couches moyennes et même profondes du lac. Nous avons déjà vu que les pertes de chaleur se répartissent de même sur toute l'épaisseur du lac par les courants de convection thermique dont nous avons indiqué les allures. Il y a donc mélange thermique de la surface vers le fond et du fond vers la surface, mélange auquel plus ou moins toute la masse du lac participe. En conséquence, un lac de grande profondeur peut répartir ses gains et pertes de chaleur sur une grande masse d'eau ; un lac de faible profondeur ne les répartit que sur une masse restreinte. Dans le premier cas, les mêmes gains de chaleur élèveront relativement peu la température de la surface, les pertes de chaleur abaisseront peu sa température ; l'amplitude des variations thermiques y sera peu considérable. Dans le second cas,

elle sera plus forte et plus étendue. Nous avons donc à tenir un compte important de la profondeur moyenne du lac, car c'est d'elle que dépend, toutes choses égales d'ailleurs dans les faits climatiques, l'amplitude des variations thermiques du lac.

Ajoutons comme règle pratique que cette amplitude des variations thermiques s'apprécie très simplement par la recherche du maximum de température de la surface du plein lac, en été, et du minimum de l'hiver. La différence entre ces deux chiffres est précisément la valeur de la variation thermique. La position de ces chiffres par rapport à la température du maximum de densité établira le type auquel appartient le lac en question. Par conséquent, ma classification en trois types thermiques exprime non seulement l'état de la température des couches profondes, mais encore celui de la surface. Citons en des exemples :

Le lac Titicaca, dans les Andes du Pérou, par 16" lat. S., à une altitude de plus de 3800'". avec une profondeur maximale de 282"", présentait lorsque M. Alexandre Agassiz (') l'a sondé en 1876 une température abyssale de 10"6, la surface étant à 13'^5. S'il est permis de conclure d'observations aussi peu nombreuses,

le minimum d'hiver serait 10°

le maximum d'été 14°

l'amplitude de la variation thermique 4° la stratification thermique serait toujours directe et le lac de type tropical.

Le Léman a pour maximum d'été 23°

pour minimum d'hiver 4o

l'amplitude de sa variation thermique est 19°

Il appartient au type des lacs tropicaux qui restent constamment au-dessus de 4° et dont la stratification thermique est toujours directe. Le lac de Morat, beaucoup moins profond, d'altitude plus considérable et de latitude plus septentrionale, a

pour maximum d'été 25°

pour minimum d'hiver 0"

l'amplitude de sa variation est 25"^

(') Al. Agassiz. Hydrographical sketch of lake Titicaca. Proceed of americ. Acad. of arts and se. XI, N» XXIV, 283, 1876.

Il appartient au type des lacs tempérés dont la température oscille au-dessus et au-dessous de 4°, et dont la stratification thermique est tantôt directe, tantôt inverse.

Un lac du Gronland ou de la terre de François-Joseph, dans les régions arctiques, aurait

pour maximum d'été 4"

pour minimum d'hiver 0°

l'amplitude de sa variation thermique serait 4^ Il appartiendrait au type des lacs polaires dont la température est toujours inférieure à 4°, et dont la stratification thermique est toujours inverse.

Le lac du Doménon d'Amont à l'altitude de 2.400"', dans le massif de Belledonne, Isère, avait ('), à la date du 9 juillet 1893, une température de surface de 3" 6. M. Delebecque, en communiquant ce résultat, <!lasse ce lac dans le type de nos lacs polaires (-) ; il serait, en effet, possible que ce lac de haute montagne n'élevât pas sa température audessus de 4».

Ces trois types généraux comprennent toutes les possibilités au point de vue de la stratification thermique. Nous avons cependant à y intr-oduire une division en deux groupes, suivant la profondeur du lac. En ■efîet :

ou bien le lac est ti'ès profond, et alors les variations thermiques annuelles ne se propagent pas dans ses couches abyssales qui restent relativement constantes. (Je dis relativement, car nous verrons que même ces couches abyssales peuvent être soumises à certaines variations cycliques.) Je les appellerai lacs à tetnpérature abyssale constante;

ou bien le lac est peu profond et les variations annuelles se manifestent dans toute l'épaisseur du lac, lacs à température abyssale variable.

Par profondeur, j'entends ici la profondeur moyenne du lac et non sa profondeur maximale. En efîet, nous nous occupons de la variation de température de l'eau, de l'emmagasinement de la chaleur pendant la saison chaude, du départ de la chaleur pendant la saison froide ; le rapport entre la superficie du lac, organe du gain ou de la perte de la chaleur, et le volume de l'eau dans laquelle la chaleur s'accumule,

(1) Archives de Genève, XXX, 665, 1893.

(2) Nouvelles géographiques du Tour du Monde, p. 35, 3 mars 1894.

joue ici le rôle prédominant. Or ce rapport s'exprime par la profondeur moyenne du lac. Un lac à talus verticaux et à fond horizontal, de grand volume par conséquent par rapport à sa superficie, subira, toutes choses égales d'ailleurs, des variations thermiques abyssales moins considérables qu'un lac de même profondeur maximale, mais en forme d'entonnoir, et de volume relativement plus faible. 0)

Cette division en deux groupes peut se retrouver dans nos trois types de stratification thermique des lacs :

Pour les lacs profonds, les lacs tropicaux auront une température abyssale supérieure à 4°, les lacs tempérés égale ou presqu'égale à 4o, les lacs polaires inférieure à 4».

Quant aux lacs peu profonds, leur température abyssale sera d'autant plus variable, caeteris paribus, que leur profondeur est moindre.

Cela étant, nous aurons 6 classes générales dans lesquelles nous pourrons faire rentrer tous les lacs possibles : Types

Lacs tropicaux

Lacs tempérés

Lacs polaires

Dans ces classes, chaque lac représentera un type individuel suivant les conditions climatiques auxquelles il est soumis et suivant sa profondeiu- moyenne plus ou moins gi'ande. Chaque lac a son caractère thermique spécial, et mérite d'être étudié et décrit à ce point de vue.