Phases et tupcs de congélation

Dans la congélation d'un lac, on doit considérer trois phases : La phase de début, pendant laquelle les eaux de surface, refroidies à 0°, sont prises par la glace; la phase d'état ou de congélation définitive, dans laquelle la couche de glace solidement établie, résistant à la chaleur diurne, augmente d'épaisseur chaque nuit; enfin, la phase de dégel, dans laquelle la glace disparait sous l'action de la chaleur. Etudions i-apidement ces trois phases.

A. Phase de début, prise du lac.

Par suite du refroidissement automnal et hivernal, les eaux du'lac sont descendues au-dessous de 4'^. Ou bien le lac dans son ensemble, ou bien tout au moins sa région littorale, présentent la stratification inverse; la surface du lac peut descendre à 0". Si la perte de chaleur

continue, il se forme dans l'eau des cristaux de glace; ces cristaux s'agglomèrent et se soudent, le lac se prend sous une couche de glace. La première congélation a lieu suivant deux types très différents.

Premier type. Congélation continue ou congélation lamellaire. — Si l'eau est calme, sur un lac en l'absence de vagues, la surface se prend en une nappe continue, parfois de fort grande étendue. Cette première prise a lieu ordinairement par une nuit sereine où la radiation est puissante, et où la surface de l'eau perd une énorme quantité de chaleur. Quelquefois la congélation se fait en une nuit sur tout un lac; le lac de Morat, le 17 décembre 1879, ne montrait pas trace de glace ; le 18, au matin, une seule nappe glacée, sans solution ni rupture, couvrait toute l'étendue de ce lac de 27'^nv\ (ij

Ce type de prise lamellaire se présente seul dans ce que nous appelons les congélations printanières. Ces deux mots jurent ensemble et cependant, je dois les accoupler. C'est au printemps, c'est après une belle journée de beau soleil que pendant la nuit un lac se couvre d'une mince lamelle de glace. Pour qu'il y ait prise de glace continue, il faut, en effet, deux conditions : que l'eau soit calme, sans cela nous aurions la formation de glaçons-gâteaux; que la perte de chaleur soit violente et rapide, sans cela la conduction disséminerait le froid dans les couches sous-jacentes et les cristaux de glace n'apparaîtraient pas. Or ces deux circonstances sont à la fois représentées dans le premier printemps, alors qu'une nuit sereine succède à une belle journée de grand calme; dans ces nuits sans nuage du printemps, si j-edoutées par les agriculteurs, alors que la vapeur d'eau atmosphérique est à son minimum, la plus grande partie ayant disparu dans les condensations successives de l'hiver, alors qu'elle joue mal son rôle d'écran protecteur, la diathermanéité de Tair est extrême et la radiation puissante. La surface du lac irradie une grande quantité de chaleur vers l'espace et se refroidit rapidement. C'est alors que sur un lac réjoui pendant la journée par les rayons du soleil printanier, l'on voit apparaître la nuit suivante une pellicule de glace de quelques millimètres d'épaisseur, qui forme d'immenses radeaux de centaines, de milliers de mètres de superficie. Nous trouverons sur le Léman des exemples de ces congélations lamellaires, de type printanier.

(') [Loc. cit. p. 373.]

Si, dans la journée qui suit la prise en lamelles de glace de la surface du lac, la chaleur diurne ne suffit pas à fondre la glace, celle-ci augmentera d'épaisseur par sa face inférieure dans la nuit suivante, et la congélation définitive du lac sera établie.

Deuxième type. Coagulation discrète, formation des glaçonsgâteaux (i). — Si le lac est agité par des vagues, il se forme à sa surface un élément tout spécial de congélation que je désigne sous le nom de glaçon-gâteau (pan cake des Anglais); il est intéressant parce qu'il apparaît aussi sur la mer, si j'ai bien compris les descriptions des voyageurs polaires, et sur les fleuves qui charrient. 11 mériterait donc d'être étudié plus attentivement. (-)

Les aiguilles de glace ballottées par les vagues s'agglomèrent en pains circulaires de quelques centimètres d'abord de diamètre, qui, s' entrechoquant réciproquement, restent séparés les uns des autres, et se développent chacun poui- son compte, sans se souder à ses voisins. Chacun de ces pains se consolide bientôt en une masse de glace et forme un glaçon distinct. Par le heurt avec les glaçons voisins, les bords se brisent dans leurs parties saillantes à l'extérieur, et la forme circulaire se perfectionne. Les aiguilles de glace de nouvelle congélation et la poussière résidtant du choc des gâteaux entr'eux, ces débris de glace nageant dans l'eau ambiante sont portés par les mouvements de l'eau sur les bords du glaçon et s'y établissent en un bourrelet de glace friable, légère, qui surmonte le disque et l'entoure d'une couronne blanche. Le bourrelet, s'élevant en l'air, pèse de tout son poids sur le glaçon flottant dans l'eau, et le fait enfoncer de quelque peu sous l'eau, tellement, qu'une couche liquide de faible épaisseur recouvre la face supérieure du radeau. Cette couche d'eau est mise en balancement par les mouvements des vagues, et venant frapper le bord interne du bourrelet, tend à le détruire ou à le repousser à l'extérieur, de telle

(1) Voyez Archives de Genève XXV, 353, 1891. — F.-A. Forel. La formation des glaçons-gâteaux. G. R. Acad. se. Paris.

{^) La description provisoire que j'en donne se base sur mes souvenirs du cliarriage du ^lain, à Wurzhourg, dans les hivers de 18G5 à 1867, et sur mes observations de 1891 à 1894, sur le Léman ; je n'ai malheureusement pas su trouver l'occasion d'aller, depuis que j'ai défini le type des gâteaux, revoir les glaçons d'un fleuve en grand charriage. J'ai vu des gâteaux sur le Léman, dans la rade de Genève, le 20 janvier 1891 ; dans le golfe de Morges en janvier 1891 ; dansle portde Morges, dans les hivers 1891, 1892. 1893 et 1894.

manière qu'à mesure que le gâteau s'accroît en diamètre, le bourrelet reste toujoui'S marginal.

Le glaçon-gâteau s'accroît non seulement par sa lace inférieure comme le fait la glace lamellaire de notre premier type de congélation, mais par toutes ses faces. Il s'accroît sur ses bords par formation de nouvelles aiguilles qui échappent au bris causé par les chocs avec les glaçons voisins ; il s'accroît sia- sa face supérieure par congélation de la couche d'eau qui repose sur le glaçon à moitié submergé sous l'eau. Le gâteau s'accroît ainsi en épaisseur et en diamètre sous forme d'une lentille plan convexe, convexe par la face inférieure, plane sur la face supérieure, qui est surmontée par un bourrelet marginal (Fig. 115);

(Fig. 115.) Glaçon-gâroau. djupe verticale.

il est constitué par une glace friable, spongieuse, de lamelles superposées, si j'en juge par les échantillons que j'ai pu étudier dans le poit de Morges, dans les hivers de 1891-94. Il s'accroît en diamètre; j'en ai vu de un mètre et plus de diamètre en dehors du port de Genève le 20 janvier 1891 .

Les glaçons-gâteaux continuent à se développer tant que l'eau est agitée et que le fi'oid persiste ; s'il survient un instant de calme, ils se soudent ensemble et la congélation définitive survient.

B. Phase d'état. Congélation établie; congélation définitive.

Une fois la lame continue établie, que ce soit par congélation lamellaire, ou par congélation discrète en gâteaux qui se sont soudés, si le froid persiste, l'épaisseur de la glace s'accroît pai' apposition de nouvelles couches à la face inféiieure de la lame.

L'épaississement, d'abord très rapide, n'augmente plus au bout d'un certain temps qu'avec une extrême lenteur. 11 faut une très longue durée de grandes gelées pour amener la couche de glace à dépasser dans nos climats 30 ou 40 centimètres. C'est qu'en effet, pour qu'il y

ait épaississement de la glace, il faut qu'il y ait dégagement de chaleur dans l'air extérieur, propagation de la chaleur de bas en haut à travers toute l'épaisseur de la glace. Or, la conduction thermique est relativement lente dans la glace. On en jugera par l'observation suivante :

Le 26 janvier 1880, j'admirais sur le lac de Zurich recouvert d'une épaisse couche de glace de superbes mirages analogues à ceux de nos mirages d'hiver (voir plus loin). Il devait donc y avoir stratification thermique inverse de l'air, les couches les plus chaudes étant au contact de la glace. Je le vérifiai par quelques mesures thermométriques qui m'ont donné :

de l'air à