MOIS
NOMBRE
DIFFÉRENCE
d'observations
MOYENNE
Février
— l.lo
Mars
Avril
Mai
Juin
Août
Septembre
Octobre
Novembre
C'est là un matériel d'observation absolument insuffisant. Aussi me bornerai-je à la formule générale suivante qui doit être vraie : Pendant la période de réchauffement du lac, la températui-e littorale est plus élevée ; pendant la période de refroidissement, elle est plus froide que la température pélagique. (^)
(') Je puis appuyer cette énonciation sur une comparaison très complète que nous avons faite entre la température du port de Lindau et celle de la région pélagique du Bodan.
Voici les chiffres moyens de ces différences résultant des observations d'août 1889 à février 1891 ; le signe 4- indique que le port était plus chaud que le plein lac.
Janvier
Juillet
Février
Août
Mars
Septemln-e
Avril
Mai
Novembre
Juin
Décembre
Dans les mois de mars à août, la température du port était plus élevée que celle du plein lac, dans les mois de septembre à février moins élevée. F.-A. Forel. Die Temperatur-Verhaltnisse des Bodensees p. 11. Schriften des Bodensees Vereins XXII Heft. 189:i
Nous pouvons considérer comme appartenant à la température littorale, celle qui depuis 1853 est mesurée tous les jours (excepté les dimanches) dans le port de Genève, sous le pont du Mont-Blanc, par les soins de l'Observatoire de cette ville. L'eau dans laquelle on plonge le thermomètre est de l'eau des régions littorales des deux côtes du lac mélangée avec l'eau de la l'égion médiane ou pélagique du Petitlac; mais celle-ci a passé sur le Banc du Travers et a traversé le port ; elle y a subi les influences modificatrices du littoral. Ces eaux de pi-ovenances diverses sont mélangées par le puissant courant du goulet principal du port, et arrivent à une température uniforme ; c'est ce que prouvent les importantes observations de M. A. Kammermann, astronome de l'Observatoire de Genève, en janvier 1891. 11 a fait plusieurs séries de mesures thermométriques, depuis la surface jusqu'à 2 mètres de profondeur, soit dans la rade de Genève, soit dans le port. En voici les résultats : (')
30 janvier 1S9I. — Ciel couvert. Calme.
Profondeur
Qm
AlOOmè rive droite
res en dehors milieu
des jetées rive gauche
Au milieu du goulet principal
Au milieu du port
Pont
des
Bergues
Débarcadère
du Jard. anglais
C'était par un temps froid ; la température moyenne de la journée avait été de — 3.6», le minimum des 24 heures — 9.2°. Depuis longtemps, depuis la fm de décembre, le Petit-lac était à une température inférieure à 4» et en état de stratification inverse. La stratification est très bien accusée dans les sondages thermométriques pris par M. Kammermann en dehors du port, tout au moins dans les deux premiers pi-is sur la rive droite et au milieu de la rade. Alais dès qu'il arriva daii8 le goulet entre les deux jetées, puis au milieu du port, au pont des
(1) A. Kammerriiann. In litt. 31 janvier 1891.
Bergues et au Jardin anglais, toute trace de stratification disparut ; les différences de un dixième ou de un vingtième de degré qui séparent les diverses lectures sont insignifiantes. — Ajoutons qu'à cette époque le niveau du lac était fort bas (ZL -{- 1.26™). que toutes les vannes du barrage de Genève étaient fermées, que le courant était relativement faible, et que, en toutes autres circonstances, le mélange des eaux aurait été encore plus parfait.
Dans ses Premières études sur le Climat de Genève, p. 56, E. Plantamour dit que la mesure de la température du port de Genève se fait à 1"^ de profondeur sous la surface ; il répète cette affirmation dans ses Nouvelles études (^). Actuellement, c'est à 2'" de profondeur que se fait cette mesure. A l'Observatoire de Genève, on ignore si l'affirmation de Plantamour repose sur une erreur, ou bien s'il y a eu changement dans les conditions de l'observation ;. s'il y a eu changement, il a eu lieu avant 1882, et il n'en est pas resté trace dans les archives de l'observatoire (-). Les expériences de M. Kammermann, que nous venons de citer, montrent que cette différence dans le lieu de la thermométrie n'a aucune importance, et aucun inconvénient.
Quoi qu'il en soit, les mesures thermométriques de Genève ne s'adressent pas aux eaux de surface ; elles donnent la température d'un mélange d'eaux de la surface et des couches sous-jacentes, des eaux pélagiques du Petit-lac, et des eaux littorales de la rade de Genève. Quand il y a stratification thermique directe, la température de la surface est plus chaude; quand il y a stratification inverse, la température de la surface est plus froide que les chiffres indiqués par les observations de Genève. Nous aurons à revenir sur ces différences.
Les observations sur la tempéi-ature du Rhône, commencées en 1853 sous la direction de E. Plantamour, se continuent encore de nos jours ; elles forment la plus belle série connue de recherches sur la thermométrie d'un lac. Les premières 23 années ont été dépouillées et discutées par E. Plantamour en 1875(3); j'extrairai de son étude quelques faits intéressants. Et d'abord, voici les moyennes mensuelles de la température avec les différences d'un mois à l'autre.
(1) (.;iimat de Genève, II, p. 97.
(2) A. Kammermann. In lilt. 26 janvier 1891. (■■') Climat de Genève, II, 97. 1876.
TEMPÉRATURE
DIFFÉRENCE
MOYENNE
d'un mois a l'autre
Janvier
Mars
Avril
Mai
Juin
Juillet
Août
Septembre
Octobre
Novembre
Décembre
Année 11.3
J'ai donné, page 315, les différences entre ces températures de Genève et la température pélagique du Grand-lac ; la température du Rhône de Genève est plus froide pendant 10 mois de l'année ; ce n'est qu'en mars et avril qu'elle est plus chaude que celle du lac. Le degré relativement bas de la température du port de Genève provient en grande partie du mélange des eaux que nous venons de décrire.
Plantamour a tiré des observations une formule périodique exprimant la variation annuelle ; grâce à elle nous avons, avec .une grande précision, l'époque moyenne des extrêmes, à savoir :
minimum par 4.8° le 30 janvier maximum par I8.80 le 11 août
La phase de réchauffement, dans la première moitié de l'année, dure 192 jours ; elle est de 19 jours plus allongée que celle de refroidissement qui n'est que de 173 jours. Je n'ai aucune objection à étendre à l'ensemble du lac ces dates tirées des observations locales de Genève. Les extrêmes de température directement observés à Genève ont été :
maximum 24.6° 15 juillet 187-4
minimum 0.2° 20 février 1891 (•)
Amplitude extrême des variations 24.4".
Nous reviendrons sur ces températures du port de Genève quand nous étudierons la congélation du lac.
(1) Gomme nous le dirons plus loin, le lac s'est plusieurs fois congelé dans la rade de Genève ; on peut donc admettre que la température locale y est descendue à 0.0°.
Nous pouvons y prendre une idée de la variabilité de la température du lac. En utilisant les chiffres de Plantaraour, je dresserai un tableau qui permettra de juger de cette variabilité ; j'y donnerai la différence moyenne mensuelle entre les extrêmes de température observés chaque jour des 23 années d'observation; puis les plus divergents des extrêmes de température observés directement; enfin la différence entre ces extrêmes de divergence maximale, qui exprime l'amplitude de la variation.
Différence moyenne
entre
les extrêmes
d'un même mois
IWaximum observé
Minimum observé
Amplitude
de variation
Janvier
Février
Mars
Avril
Mai
Juin
Juillet
Août
Septembre
Octobre
Novembre
Décembre
On ne peut être que frappé de l'amplitude considérable de la variation. Elle est moins grande que celle de l'air atmosphérique qui s'élève, à Genève, de 20'^ en novembre à 24<j en mai ('). Mais étant connues la faible variabilité de la température de l'eau, la lenteur de son réchauffement, la lenteur de son refroidissement, on doit demander l'explication de variations aussi considérables que celles qui ont amené la température du Rhône, au mois de juillet, de 7.5" le l^i' juillet 1865, à 24.6° le 15 juillet 1874. La cause en est la suivante. La plus grande divergence de la température est due à des écarts négatifs (-). Tandis que les écarts positifs relativement faibles, causés par un échauffement local excessif se rapportent à des jours de grand calme, de grand soleil, pendant
(1) Climat de Genève, II, 84.
(2) Du 13 au 14 juillet 1892, le port de Genève a passé de 19.8» à 10.5» : différence 9.3».
lesquels la stratification thermique directe est fortement accentuée, les écarts négatifs ont lieu lorsqu'un gi-and vent du sud balaie la couche de surface et, la chassant loin de Genève, la fait remplacer par les eaux profondes plus froides. Ces écarts négatifs peuvent être très considérables et d'un jour à l'autre la température du lac baisse de 6°, de 8<^ et plus ('). C'est donc essentiellement à des phénomènes de convection mécanique, et non à des faits de conduction qu'est due cette variabilité considéi-able de la température du lac à Genève.
D. Réflexion de la chaleur solaire 'par le miroir du lac.
Nous possédons une excellente étude faite sur ce sujet, au bord du Léman, en 1873, par notre très regretté collègue et ami feu le professeur Louis Dufour de Lausanne. (-)
Que la chaleur, de même que la lumière, soit partiellement réfléchie par le miroir des eaux, lorsque le lac est calme, cela est évident à première vue ; que cette réflexion ait de même lieu sur le miroir fragmenté des vagues lorsque le lac est agité, c'est facile aussi à comprendre. Mais Dufour a voulu aller plus loin, et il a cherché à préciser les conditions et les proportions de cette réflexion. Les résultats qu'il a obtenus sont intéressants.
La méthode employée était fort simple. Trois thermomètres étaient placés au centre de sphères creuses en cuivre, recouvertes d'un vernis noir mat (boules de Gasparin), dans une localité convenable, à Ouchy, au Désaley, à Rivaz, à Chexbres ou à Lausanne, où on pouvait les exposer à la fois aux rayons directs du soleil et aux rayons réfléchis par le lac ; les trois boules étaient mises simultanément en observation et soustraites alternativement, par des écrans, contre l'une ou l'autre des sources de chaleur rayonnante. Je renvoie au mémoire original pour la discussion très délicate des expériences, et je me borne aux résultats qui se résument en ces termes :
1° La plus forte quantité de chaleur réfléchie par la surface du lac a
(1) Nous ne parlons ici que des cas de la stratification directe dans les mois d'été. Dans l'hiver, en cas de stratification inverse, la variabilité est beaucoup moins grande.
{^) L. Dufour. Recherches sur la réflexion de la chaleur solaire à la surface du lac Léman. Bull. S. V. S. N. Xll, 1. Lausanne 1873.
été 0.68, soit plus de la moitié de la chaleur reçue directement du soleil.
2° La proportion de chaleur réfléchie augmente à mesure que le soleil s'abaisse sur l'horizon.
3° La proportion de chaleur réfléchie est plus forte par un lac calme que par un lac agité.
4° La proportion de chaleur réfléchie, constatée par les instruments, est d'autant plus forte que la station est plus rapprochée du lac ; la chaleur réfléchie est puissamment absorbée par l'air atmosphérique saturé de vapeur d'eau.
50 Cette absorption par l'atmosphère de la chaleur réfléchie se constate aussi à mesure que le soleil s'abaisse sur l'horizon, le point de réflexion s' éloignant de la station des thermomètres. Il en résulte qu'il y a un moment de maximum dans la quantité de chaleur réfléchie et que ce moment n'est pas quand le soleil est à l'horizon, mais quand il est encore à quelques degrés au-dessus de l'horizon. Le maximum observé l'a été par des hauteurs de soleil de 3^34' et 4o38'.
« Sans être bien considérable » dit L. Dufour, « la chaleur solaire réfléchie par le lac est cependant assez importante pour exercer une influence sensible sur le climat des régions qui peuvent en profiter. Grâce au lac, la chaleur qui atteint une partie de la région située à l'est, au nord et à l'ouest du bassin du Léman, se trouve un peu augmentée. C'est comme si, durant une certaine fraction de l'année, laquelle varie avec la situation des stations, le temps pendant lequel le soleil se trouve sur l'hoi'izon était un peu prolongé. Cet accroissement de chaleur doit avoir quelque influence sur la végétation et spécialement sur les vignobles qui recouvrent les pentes plus ou moins fortement inclinées de la côte nord du lac. »
Post-ScripHim. — J'ai dit, page 318, que les variations locales de la température du lac sont parfois causées par le trouble des eaux : les eaux salies par de l'alluvion en suspension arrêtent la chaleur dans les couches superficielles et l'empêchent de se propager librement dans les couches sous-jacentes. Je viens de terminer quelques expériences qui le prouvent directement.
Je remplis deux bouteilles en verre transparent, l'une d'eau limpide passée au filtre Chamberland, l'autre d'eau salie par quelques déci-
grammes d'argile délayée. Je les expose côte à côte au soleil et je mesure la température de l'eau. En voici un exemple :
Du 5 juillet 189^1. Soleil brillant, température de l'air de 20° à 25".
heure
eau claire
eau louche
L'eau i-endue opaque par l'alluvion en suspension a eu, dans cette expérience, constamment une température de 2" plus élevée que l'eau limpide.
A. MéUiodes d'observation.
La température des couches profondes de Feau demande pour sa mensuration des méthodes ou des appareils spéciaux. En efïet, la pression, qui augmente de la valeur d'une atmosphère avec cliaque lO^" d'épaisseur d'eau, comprime les thermomètres ordinaires et les déforme, ou passagèrement ou définitivement ; les indications des thermométrographes non protégés contre la pression sont toutes erronées. Et même si l'on veut, comme le faisait H.-B. de Saussure (^), descendre dans l'eau un thermomètre très peu sensible, suffisamment isolé pour que sa température ne se modifie pas dans le retour au bateau, la lecture que l'on fait après un tel voyage est peu sûre; les déformations qu'a subies l'instrument ne se corrigeant pas immédiatement au moment du retour à la pression normale.
Deux appareils inventés dans les vingt dernières années ont résolu parfaitement le problème de mesurer la température de la couche même où s'arrête l'instrument, sans altération possible dans la traversée des couches supérieures plus chaudes ou moins chaudes. Ce
('-) Voyages dans les Alpes, I, p. 23. Neuchàtel 1799.
sont les thermomètres Six-Gasella et Negretti et Zambra, l'un et l'autre à Londres.
Le Miller-Casella est un thermomètre de Six, à maximum et à minimum, dont la boule est logée dans un tube extérieur de verre qui la protège contre les effets de la pression. C'est un bon instrument, pratique dans certaines circonstances; mais pour l'étude des lacs, je lui préfère le Negretti et Zambra, qui lui est très supérieur.
Je me suis servi uniquement du thermomètre à renversement de Negretti et Zambra (Deep sea inveitiug thermometer) et l'instrument que j'ai possédé depuis le printemps de 1879 jusqu'au 29 septembre 1890 (') m'a parfaitement satisfait.
C'est un thermomètre à mercure, logé dans un double tube de verre, le tube extérieur étant seul influençable par les variations de la pression extérieure ; c'est un thermomètre à renvei-sement dont la colonne se brise, à un point déterminé par un rétrécissement du tube, à l'instant où l'appareil est renversé boule en haut; la longueur delà colonne mercurielle séparée de la masse principale est mesurée sur une échelle gravée sur le verre et donne la température au moment du renversement.
Les constructeurs ont donné deux modèles de l'appareil de renversement. Le modèle métallique est un cadre qui peut basculer, sous l'action libératrice d'une roue à ailettes, ou hélice, qui se met enjeu lorsque l'on commence à remonter la sonde ; le déclanchement se fait après un ou deux mètres de trajet (-). Le modèle en bois est une caissette allongée, en bois de sapin, alourdie jusqu'à la densité de l'eau par du plomb ; celui-ci est sous forme de grenaille, et mobile dans la caisse, de telle sorte que son déplacement assure la stabilité verticale de l'appareil dans la position qu'on lui fait prendre. La caissette est attachée à la ligne de sonde par une cordelette flottante qui lui permet de prendre la position boule en bas pendant la descente, boule en haut pendant la remontée. C'est de ce dernier modèle que je me suis servi de préférence; il est plus rustique et d'un emploi plus pratique dans les nacelles à équilibre peu stable où nous travaillons sur nos lacs.
(1) Le thermomètre git actuellement au fond de l'entonnoir du Boubioz, au lac d'Annecy.
("■') Un autre modèle fait partir le déclanchement sous l'impulsion d'un messager •qui glisse le long de la ligne de sonde.
La caissette de bois du Negretti et Zambra présente cependant un inconvénient qui Ta fait l'ejeter par plusieurs naturalistes. Tant que l'appareil ne descend pas plus bas que 50 ou 100™, la caisse flotte très bien entre deux eaux et suit docilement les positions qu'on lui fait prendre ; mais sitôt qu'on l'emploie à de plus grandes profondeurs, la pression chasse l'eau dans les pores du bois par les éraillures inévitables du vernis, et la densité de l'appareil devient supérieure à celle de l'eau. Le thermomètre descend bien boule en bas tant que le plomb de la sonde l'entraîne rapidement vers le fond ; mais la caissette s'incline aussitôt qu'elle s'arrête dans la couche d'observation, et elle se renverse avant que l'équilibre thermique se soit établi.
Une manœuvre très simple me permet d'obvier à ce défaut. Je laisse descendre la sonde avec son thermomètre à la profondeur voulue ; je les laisse reposer dans l'eau les 3 minutes de temps nécessaire à l'équilibration thermique. Puis, avant de pratiquer le dévidage en retour pour remonter la sonde, je commence par la laisser descendre rapidement de 21" environ, puis rapidement aussi je renverse le mouvement et je relève la ligne jusqu'à la surface. Pendant les deux mètres de descente, le thermomètre qui, dans sa caissette, s'était renvei-sé iDoule en haut, se retourne boule en bas; la colonne de mercure se soude à nouveau pour se briser au point voulu par la température, à l'instant où la remontée commence. La manœuvre est assez rapide pour que la température du mercure n'ait pas eu le temps de se modifier ; du reste, dans les profondeurs dont il s'agit, il n'y a pas de variations de chaleur appréciables dans une couche de 2'" d'épaisseur.
Avec l'introduction de cette petite manœuvre accessoire, j'estime que le thermomètre Negretti et Zambra est le plus pratique et le plus parfait des bathythermomètres.
Un voyageur qui ne posséderait pas un thermomètre protégé contre la pression, arriverait à mesurer la température profonde d'un lac avec un thermomètre ordinaire, par les procédés suivants :
Ou bien il placera une bouteille à col étroit au milieu d'un récipient rempli de sable mouillé. 11 attachera le tout à une corde et le descendra à la profondeur voulue où il le laissera reposer sur le sol pendant 8 ou 10 heures au moins. Quand il remontera l'appareil, il plongera son thermomètre dans l'eau de la bouteille qui aura conservé, dans son retour rapide, la température même des couches profondes.
Ou bien il di-aguera avec un bidon de métal une quantité suffisante,
lin litre an moins de limon, et il en mesurera la températi ne à l'arrivée à la surface. Dans un limon argileux-marneux comme celui du lac Léman, cette méthode m'a donné la température des eaux profondes avec une approximation supérieure à Vio '^^ degré.
Voici en effet une des expériences qui m'ont pi'ouvé la lenteur extrême de la pénétration de la chaleur jusqu'au centre d'une masse de vase du lac :
Le 14 mars 1870. Je place un thermomètre au milieu d'un bidon de ier-blanc (drague métallique) rempli par un dragage en plein lac de la vase des grands fonds, sans aucune manœuvre extérieure qui ait modifié la consistance du limon. Je plonge le bidon dans un baquet d'eau à la température moyenne de 28" (extrêmes 27" à 29") et je constate la vitesse du réchauffement par les lectures suivantes : la température du limon était à l'origine de 5.8".
Heures Température
du limon.
Pour relever la température du limon de 0.1'>, il a fallu 4 '/oniinutes^ durée égale à celle qui ramène une sonde de la profondeur de 225'". Voici en effet, d'après ma pratique, le temps que nécessite un dragage :
Sondage à 75™ Dui'ée de la remontée 50"
La méthode est parfaitement suffisante pour la détermination de la température d'un lac qui n'est pas trop profond.
B. Histoire de la bathythermométris du Léman.
1° C'est dans le Léman que les premières études connues sur la température profonde des eaux lacustres ont été faites ; nous les devons, à l'illustre naturaliste genevois H.-B. de Saussure. (/)
(1) Voyages dans les Alpes, I, sq. p. 18 Neucliàtel 1799.
Heures
Température du limon.
ll''49'50"
En août 1767, il a commencé ses fecherches en mesurant la température du lac devant sa campagne de Genthod, par '27'" de fond ; son thermomètre s'arrêta à 12.7o. (i)
Le 6 août 1774. Mallet et Pictet de Genève trouvèrent près de Ghillon, par 100"^ de profondeur, une température de IO.H'j.
En février 1779, Saussure constata devant Meillerie b.A'>, par 308"^ de fond (lisez G'"" 260m)('') et devant Evian ôM", par 201m (^lisez 310'").
Les détails donnés par Tautevir aux ^$< 32 et 42 de ses Voyages, sur la sensibilité des thermomètres qu'il envoyait au fond du lac entourés d'appareils protecteurs, sont peu rassurants et laisseraient une marge assez large aux inexactitudes. Le thermomètre variait de 2 à 4» et plus en pai'courant, dans une eau de température légèrement difTérente, un trajet de six ou sept cents pieds. Les précautions décrites aux v;^ 1392 et 1393 donnent au contraire la conviction que Saussure était arrivé à écarter au moins les principales causes d'erreur. Dix minutes d'agitation dans l'eau ne faisait plus varier son thermomètre que de Vio de degré.
Du reste, quelle que fût la sensibilité de ses instruments, le fait que sa dernière série d'observations était faite en février, époque à laquelle l'uniformisation thermique est complète, et le fait que la température de la surface de l'eau mesurée avec soin pendant les observations était à peu près la même que celle du fond (5.6'j), nous permettent d'accepter comme bonnes, les observations de Saussure, et d'admettre qu'en 1779 le fond du lac était à 5.2'3.
G'est en se fondant sur ces expériences que Saussure a formulé la théorie de la thermique des lacs profonds qui est restée classique. Je ne résiste pas au plaisir de citer les propres termes du physicien genevois, qui sera toujours im modèle de précision et de concision (3) : « La différence de densité entre l'eau froide et l'eau chaude suffirait pour donner en hivei- à peu près la même température à une masse d'eau quelque profonde qLi'elle pût être. Car les premiers froids qui agissent sur la surface de l'eau condensent les parties de cette surface, tandis que les parties intérieures conservent encoi'e la chaleur qu'elles
(') Je traduis en degrés centigrades les mesures faites par les auteurs en degrés de l'échelle de Piéaumur ou de Fahrenheit.
(-) Voyez l'explication que j'ai donnée de cette erreur de .Saussure, t. I, p. 30.
C) [Loc. cit., p. 838] I 49.
ont acquise pendant l'été ; celles de la surface, devenues plus pesantes, doivent donc s'enfoncer, tandis que celles du fond s'élèvent à raison de leur légèreté. Celles-ci, parvenues à la surface, se refroidissent à leur tour, redescendent, sont remplacées par d'autres, et ainsi, de proche en proche, il doit s'établir dans toute la masse une température à peu près uniforme. Quand, au contraire, la chaleur de l'air extérieur surpasse celle de l'eau, et qu'ainsi la surface devient plus chaude que le fond, la différence de densité favorise la différence de température entre les eaux du fond et celles de la surface ; celles-ci, dilatées par la chaleur, tendent à conserver la place la plus élevée, et celles du fond, plus denses et plus pesantes, tendent aussi à demeurer en bas. »
2° Une importante série de sondages thermométriques a été faite dans le Léman du 15 septembre au l^i- octobre 1819 par le géologue anglais H.-Th. de la Bêche (i). Dans son voyage d'études sur le lac, il a en même temps dressé la carte des sondages et mesuré la température de l'eau au contact du fond. Les sondages thermométriques ont été au nombre de 89.
Voici en tableau, pour chaque couche, les températures extrêmes qu'il a observées, et les moyennes que j'en ai tirées :
