I. VARIATION ANNUELLE

Létude de notre planche VU! nous monti-e que pendant les saisons de réchauffement, au printemps et en été, le lac se stratifié thermiquement, que la stratification se développe et se perfectionne ; les isothermes descendent de plus en plus bas ; le lac est en phase de stratification. Pendant les saisons de refroidissement, en automne et en hiver, les eaux s'uniformisent, les isothermes remontent des profondeurs, la stratification thermique est détruite; le lac est en phase d'imifonnisation.

Jusqu'à quelle profondeur cette action se fait-elle sentir? Nous le trouverons en cherchant la profondeur limite à laquelle les isothermes subissent les allures alternativement descendantes et remontantes de la périodicité annuelle ; nous voyons, sur la planche Vlïl, qu'en 1879,

ur s

risotherme 5.5o est ainsi affectée jusqu'à la profondeur de 110»"; qu'en 1880, l'isotherme 6^ à la profondeur 80»". J'estime que la variation thermique annuelle se fait sentir normalement, dans le Léman, jusqu'à 100 ou peut-être 120™.

Quelles sont les aUures de la stratification thermique aux diverses saisons de l'année ? — Si nous consultons notre tableau de la page 336, nous voyons que chaque sérïe de sondages a son caractère spécial, individuel, qui ne se répète pas d'année en année. Résultante des faits météorologiques antérieurs, chaque série représente un état du lac particulier (}\ 11 serait difficile d'employer ici utilement la méthode des moyennes. Je préfère choisir dans nos séries quatre chaînes de sondages thermométriques que je donnerai comme types de l'état thermique du lac aux quatre saisons de l'année. Pour le 'priniem'psy je prendrai comme exemple le sondage n^ 20, du 15 mars 1884, fig. 107. Après l'hiver qui avait uniformisé la température dans toute l'épaisseur du lac fortement refroidi, les premières chaleurs du printemps ont réchauffé les couches supérieures et commencé le procès de stratification. Tandis que les couches moyennes sont encore au-dessous de 6«, la surface s'est l'élevée à 9", et jusqu'à 40»" l'eau est au-dessus de6«.

Je donne les schémas de ces états thermiques sous deux formes : dans une courbe, dont les abscisses sont les températures observées, les ordonnées, les profondeurs; dans une échelle, où j'ai placé les différentes isothermes à leurs profondeurs respectives.

L'état thermique de Véiè sera figuré par le sondage n» i5, du

(Fig. 107.) Etat thermique du printemps. 15 mars 1884.

{}) Cela montre combien sont imprudents les physiciens qui, en possession d'un seul sondage thermométrique prétendent caractériser la thermique d'un lac. L'étude thermique d'un lac, plus que touf autre étude limnologique, demande une longue série d'observations comparables ; elle est œuvre de patience, et nou de généralisation hâtive.

(Fig. lOa) EtAt thermique de l'été.

20 juillet 1880.

29 juiUet 1880, fig. 108. La stratification thennique est brillamment représentée, depuis la surface où la température s'est élevée à 22» jusqu'aux profondeurs de 100™, où elle est encore à 5<>. L'échelle qui est à côté de la courbe montre bien combien les isothermes sont de plus en plus espacés à mesure que Ton descend dans la profondeur.

La stratification d'automne est bien indiquée dans le sondage n« 6, du 23 octcAre 1879, fig. 109. La surface s'est refroidie depuis l'été; la tempéra-

ture s'est uniformisée dans les couches supérieures, jusque vers 30™ de profondeur, qui sont à 11**. La stratification de Tété persiste dans les couches profondes. C'est la courbe de l'été coupée brusquement dans sa partie la plus élevée ; c'est l'échelle de l'été qui a perdu tous ses échelons supérieurs. J'aurais pu aussi prendre pour exemple le sondage no i6, du 30 novembre 1880, dans lequel la couche uniformisée dépasse 40™ d'épaisseur, la température de la surface à 9.1» se continuant jusqu'à la couche de 40™ et audelà.

Quant à l'état thermique de Yhiver, il peut être recherché dans les sondages n» 7, du 19 décembre 1879, ou n»» 44 et 45. janvier et février 1891, dans lesquels la température est la même depuis la surface jusqu'au fond du lac. Cet état

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(Fig. 109.) Etat thermique de

l'automne. 23 octobre 1879.

est si .simple qu'il mérite à peine d'être représenté gi-aphiquement

(Fiç. 110.) Etat thermique de l'hiver. 19 décembre 1879. d'un mètre.

Tampératuro maxlmala

(fig. 110). Nous avons une ligne verticale, parallèle à Taxe des ordonnées, et notre éohelle est sans échelons.

Essayons, d'après les chiffres à notre disposition, d'établir quelle est la courbe normale de la stratification thermique lorsqu'elle est à son maximum de développement. Si je cherche dans le tableau de nos observations les températures maximales observées aux diverses profondeurs, j'ai les chiffres de la première colonne du tableau suivant; je régularise par une construction gi'aphique les irrégularités de ces chiffres et j'obtiens les valeurs de la seconde colonne. Enfin, dans une troisième colonne, je donne le taux de la propagation de la chaleur, en indiquant la variation en millièmes (|i) de degré, pour l'épaisseur

Om

Taux da la «arlatlaa

régularlaéa

pour un métra.

Le taux de la variation, très fort dans les couches supérieures, finit par devenir insensible dans les couches profondes, à partir de 80^».

Nous reviendrons bientôt sur la stratification des couches supérieures jusqu'à 20»» au-dessous de la surface.

Nous constatons donc que la chaleur de l'été pénètre dans le lac, puissamment dans les couches supérieures, plus faiblement dans les couches moyennes; la stratification est très nettement accusée. Le taux de la variation allant en décroissant d'intensité de haut en bas, il

est évident que l'apport de la chaleur arrive par les couches supérieures, que c'est essentiellement la chaleur solaire qui entre dans le lac et s'y emmagasine.

Mais, si dans ses allures générales le taux de variation décroît de haut en bas, il est bien rare que cette variation soit régulière; si l'on consulte les tableaux numériques, on voit qu'il y a souvent de grandes irrégularités. Si j'établis par exemple le taux de variation pour les diverses couches superposées des six premiers sondages de mon tableau, en l'exprimant toujours par millième de millimètre pour une couche d'un mètre, je vois aux chiffres marqués par des astérisques des retour en ai'rière dans la progression décroissante de la vaination; tantôt c'est dans une couche, tantôt c'est dans l'autre; il y a là quelque chose d'essentiellement irrégulier.

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21 Juin

24Jiilltot

20 août

24«^|i«aib.

23octobr«

Une partie de ces irrégularités peuvent provenir d'erreurs d'observation ; sans parler des erreurs de lecture, dans nos thermomètres à renversement, la rupture de la colonne de mercure ne se fait pas toujours exactement au même point, et il peut de ce fait y avoir des erreurs s'élevant à ± O.l», et môme à ± 0.2o avec certains instruments. Une autre cause d'erreurs assez gi^aves résulte de la détermination imparfaite de la profondeur où le thermomètre s'équilibre : ou bien par suite de rétractions irrégulières ou mal corrigées de la ligne

de chanvre, ou bien par l'inclinaison de la sonde, l'appareil thennométrique étant emporté par des courants profonds ou bien restant en place sous un bateau chassé par un courant de surface; dans certaines couches où la stratification thermique est très serrée, où le taux de Ja variation s'élève à 0.4 et 0.5° par mètre, un écart dans la mesure de la profondeur peut amener des erreurs de température arrivant à un oii plusieurs degrés.

Mais, la part légitime étant faite à ces accidents de l'observation, il n'en reste pas moins un fait évident, à savoir l'irrégularité de la courbe thermique dans la'verticale ; la propagation de la chaleur se fait irrégulièrement dans les couches moyennes et profondes du lac. Quelle est la cause de cette irrégularité ?

La plupart des actions qui réchauffent directement le lac ont un effet maximal à la surface et un effet progrossivement décroissant dans la profondeur. La conduction thermique qui propage de molécule à molécule la chaleur livrée à l'eau par contact avec xm air atmosphérique plus chaud, la conduction diathermique qui fait pénétrer à travers les couches diathermanes de l'eau la chaleur du soleil rayonnée directement par l'astre ou réfléchie par les corps réchauffés par lui, tous les phénomènes de conduction qui président au réchauffement du lac devraient, semble-t-il, s'ils étaient seuls actifs et régulièrement actifs, donner une courbe thennique verticale régulière.

11 y a deux causes aux irrégularités constatées :

a. Les intermittences de réchauffement et de refroidissement qui font alterner des phases de stratification et des phases d'uniformisation thermique. Tantôt c'est un i*etour de froid qui, au milieu du printemps, refroidit la surface du lac surchauffée auparavant par un beau temps précoce ; tantôt, et c'est un fait normal qui se reproduit chaque jour, le froid nocturne de la période journalière amène l'uniformisation des couches supérieures stratifiées par l'action solaire dans la phase diurne.

Nous aurons à traiter longuement cette dernière question quand nous arriverons à l'étude de la variation périodique journalière dans la thennique du lac, et nous expliquerons à cette occasion la curieuse anomalie de la stratification thermique dans les eaux de surface jusqu'à 20 mètres de profondeur.

h. Les actions de convection font descendre accidentellement dans les couches moyennes et profondes des masses d'eau de

surface qui, par le fait de leur température plus élevée, vont anormalement réchauffer les couches où elles pénètrent; d'une part la convection hydrostatique dans laquelle l'eau littorale est alourdie par les poussières de la vase soulevée par les vagues, dans laquelle l'eau d'un affluent est alourdie par l'alluvion en suspension qu'elle charrie ; d'une auti'e part la convection mécanique dans laquelle l'eau de surface, accumulée par un grand courant d'air dans le littoral sous le vent, est obligée de chercher une voie pour son courant de retour dans les couches moyennes ou profondes, est ainsi chassée dans des couches inférieures à celles que sa densité lui commanderait. Les actions de convection sont essentiellement accidentelles; elles amènent dans les couches moyennes des réchauffements anormaux qui détruisent la régularité de la courbe thermique. C'est à elles que j'attnbue les inflexions de la courbe que nous constatons dans les profondeurs de 20 à 80".

J'ai eu l'occasion de constater l'effet puissant sur la thermique du lac des courants de convection mécanique dans les conditions suivantes (*). Le 16 mars 1887, j'avais mesuré la température du Léman et reconnu qu'elle s'était uniformisée pendant l'hiver, étant descendue à ô.3o dans toute l'épaisseur du lac et même à 5.2o dans la couche très profonde. Or le printemps avait été fort venteux; les 9 et 10 avril, il a soufflé de fortes bises; les bises des 2 et 6 mai ont été d'intensité extrême. Immédiatement après, le 10 mai, j'ai opéré un sondage thermométiique qui m'a montré une propagation de la chaleur jusqu'à des profondeurs étonnantes pour la saison. Voici quelques chiffres comparatifs de ces deux sondages :