VARUTION JOURNALIÈRE

Nous avons vu que la sui'face du lac varie de température dans la période journalière ; la variation du lac est plus faible que celle de la température atmosphérique, mais elle s'élève encore dans les mois

d'été à 2o environ, et elle peut atteindre A9 dans des cas exceptionnels. Cette variation se fait-elle sentir dans les couches sous-jacentes ? Jusqu'à quelle profondeur se fait-elle sentir ? Comment la variation se traduit-elle dans les courbes thermiques ?

Supposons que la périodicité journalière n'existe pas encore dans les actions thenniques qui opèrent sur le lac; supposons que, les vingt-quatre heures durant, comme cela a lieu au pôle en été, le soleil réchauffe constamment la surface de Teau, sans variation sensible dans l'intensité de l'action. Dans ce cas la chaleur irait régulièrement et progressivement en croissant (*) dans les couches de plus en plus rapprochées de la surface: celle-ci serait surchauffée, et la courbe

thermique serait de la forme

a 6 c d e, fig. 111. Faisons inteiTcnir dans une telle stratification le refroidissement nocturne d'une première période journalière ; la surface perdra de la chaleur, il y aura uniformisation d'une couche de plus en plus épaisse qui, à la fin de la nuit, aura la même température sur toute sa hauteur; la courbe prendra la forme g h c d e. Pendant la phase diurne suivante, la chaleur agissant de nouveau, il y aura production d'une nouvelle stratification, mais elle sera moins accentuée que celle de notre supposition primitive, et la courbe, à la fin de la premièi-e journée, aura la forme fhcde. La nuit suivante, nouvelle unifonnisation ; mais la stratification précédente ayant été moins fortement marquée, la couche uniformisée par le refroidissement nocturne sera plus épaisse, et la courbe thermique de la seconde nuit prendra la forme i c d e, et la courbe de la seconde

(Fig. 111.) Schéma de la formation de la couche de surface.

(^) Je fais abstraction dans cette hypothèse des courants de convection mécanique.

journée h c d e. Et ainsi de suite : d'uniformisation nocturne à stratification diurne, la courbe aboutira à un état d'équilibre stable, osciDant entre les positions /c d e à la fin de la nuit, à j d e à la fin de la journée.

Cet état de régularité idéale sei*a modifié d'une part par les irrégularités accidentelles dans les actions réchauffantes et refroidissantes des «phases alternatives de la période journalière ; il sera modifié d'autre part par l'intervention des courants de convection mécanique, des actions de mélange déterminées par les vents et les vagues. Mais, en somme, cette courbe thermique plus ou moins bien développée devra se retrouver dans la superposition des couches supérieui*es du lac.

Nous devons donc avoir dans les eaux supérieures du lac stratifié en été une couche de surface plus ou moins épaisse, de température à peu près uniforme, relativement chaude, dans laquelle apparaissent, par une stratification peu serrée, les actions réchauffantes de la journée. Au-dessous de cette couche de surface, les variations journalières ne se font plus sentir; les eaux sont énergiquement stratifiées ;

l'on arrive fort vite à des eaux relativement froides, et la courbe thermique avec un taux rapide de refroidissement progressif doit reprendre ses allures régulières. Q) C'est ce qui a lieu en réalité. J'en donnerai un exemple dans le sondage thermométrique No i 7, du 21 juillet 1881, où j'ai serré suffisamment les mesures pour avoir les allures de la courbe thermique dans les eaux de surface. J'indique dans la troisième colonne le taux de la variation thermique en centièmes de degré pour une épaisseur de un mètre.

(Pig. 112.) Courbe thermique du 21 juillet 1891. Eaux de surface.

(*) J*ai, pour la première fois, indiqué cette explication de la couche de surface dans mon Léman, précis scientifique, p. 35. Bàle et Genève, 1886.

A"" 17. Ouchy. 21 juillet i 881. Grand beau. Calme.

10 centièmes de degré

Sû^ J L

La fig. 112 représente graphiquement ces allures, soit à gauche dans une courbe thermique par abscisses et ordonnées, soit à droite dans

une échelle dont les gradins indiquent les limites des couches différant de un degré.

Les proportions de cette couche uniforme d'eau de surface sont très variables. Quelquefois son épaisseur est très faible, ainsi par exemple le sondage N» 50, 22 juin 1891, de M. Delebecque : elle formait une première couche d'un mètre d'épaisseur, très chaude, à 18o, puis une seconde couche de 13 à 1 40 occupant les âin mètres suivants ; au-dessous seulement commençait la stratification plus ou moins régulière de la courbe thermique, (fig. 113).

Voici les valeurs numériques de ce sondage intéressant, avec le taux de la variation par mètre, en centièmes de degré.

(Fig. 118.) Courbe thermique du 22 juin 1891. Eaux de surface.

:Éi

60 centièmes de degré

iV» 50. 2^ juin 1801, A 3^^ au large d'Evian. Beau, calme.

D'autrefois la couche de surface a une beaucoup plus grande épaisseur. Ainsi quand le 23 septembre 1884 (N^ 9'2) j'avais les températures et le taux de variation suivants :

"™ 0 centièmes de degré

j'estime que je me trouvais là en présence d'une couche de surface de près de 20 mètres de hauteur.

Ainsi s'explique facilement le phénomène qui a tant préoccupé nos amis les limnologues allemands, et que Richter a très bien appelé, en en donnant la même explication que moi, la Sprungschicht(0 la couche du saut thermique. Au-dessous de la couche de surface à température presque uniforme, où le taux de variation est très faible ou nul, on arrive brusquement à des couches où le thermomètre baisse subitement, où le taux de variation devient énorme. Dans notre exemple du 21 juillet 1881, la couche du saut était entre 10 et 12 mètres; entre la surface et 10 mèti-es de profondeur la température était de 20^ environ, à partir de 12 mètres la température descendait subitement à 12^ et moins ; en deux mètres d'épaisseur d'eau la température s'abaissait de 70. Je ne puis attribuer une gi^ande importance à la couche du saut, et je ne vois à sa constatation qu'un procédé pratique de limiter facilement la couche des eaux de surface. Les eaux de surface s'éten-

(») E. Richter. Die Temperatur-Verhâltnisse der Alpenseen. Berlin 1891.

dent jusqu'au point où Ton reconnaît la variation rapide du thermomètre pour un approfondissement minime.

C'est cette couche des eaux de surface qui est à mes yeux le phénomène important et intéressant. C'est en effet une couche nettement séparée des eaux sous-jacentes par sa densité beaucoup plus faible ; elle en reste distincte pendant l'été, aussi longtemps que des courants de convection mécanique des grands vents ne l'auront pas fait disparaître par mélange avec les eaux plus profondes, aussi longtemps que la convection thermique de l'automne, en en augmentant progressivement l'épaisseur, ne l'aura pas anéantie.

C'est dans cette couche que les eaux légères des affluents demeurent localisées en paquets distincts qui peuvent gai*der longtemps leur individualité et conserver leur composition chimique particulière (voyez plus loin). Dans ces eaux de surface s'accumule la pluie qui, pendant les saisons humides, peut diluer extraordinairement l'eau du lac ; ce sont ces eaux de surface qui s'évaporent dans l'atmosphère et se concentrent pendant les saisons sèches.

Les eaux de surface peuvent donc présenter une composition variable et, quoique perdues dans la masse du lac, garder localement plus ou moins longtemps les caractères d'eau de rivières, d'égouts ; elles n'ont pas la belle homogénéité des eaux des couches moyennes qui représentent l'eau lacustre par excellence. C'est au-dessous de ces eaux de surface, dans les couches relativement froides des eaux moyennes du lac, que l'hygiéniste devra aller chercher des eaux convenables pour l'alimentation d'eau d'une cité. Je fixe à 15 ou 20"^ la profondeur lipiite des eaux de surface dans les temps de développement maximal de leur épaisseur. Pour plus de prudence, je conseillerai de ne pas établir la prise d'une bonne eau alimentaire à une profondeur plus faible que 25 ou 30"™.

En résumé, je reconnais dans la thermique du lac trois phénomènes de variation périodique bien nettement caractérisés :

La variation journalière qui est limitée dans les eaux de surface jusqu'à 5, 10 et 20 mètres de profondeur.

La variation annuelle qui se fait sentir jusqu'à 80, 100 et 120^.

La variation cyclique qui se manifeste jusqu'aux plus grandes profondeurs du Léman, à 300"^. 11 est probable que si notre lac, dans les mêmes conditions climatiques, avait une profondeur infinie, disons

mille mètres ou plus, la variation cyclique serait tellement faible dans les grands fonds qu'elle y serait nulle ; la température y serait constamment à 4». La discussion de cette allégation nous entraînerait trop loin du Léman actuel.

D, La températui'e des couches profondes du Petit-lac.

Nous n'avons jusqu'à présent parlé que du Grand-lac ; nous avons laissé de côté ce qui concerne le Petit-lac. Celui-ci a en effet des allures thermiques qui le séparent complètement de la grande masse du lac pendant les temps froids de l'hiver; nous nous occuperons bientôt de cette question. Mais en dehors de la saison hivernale, il se comporte comme paitie intégrante du Léman.

Nous possédons deux séries intéressantes d'études sur cette région du lac.

I. M. l'ingénieur Th. Turrettini, président du conseil administratif de la ville de Genève, a eu l'obligeance de me communiquer une série d'observations thermométriques qu'il a faites faire en 1890 et 1891 à l'entrée de la rade de Genève, depuis la surface jusqu'au fond. Il avait choisi quatre stations distantes l'une de l'autre de 200»» environ, la plus éloignée, celle dont nous donnerons les chiffres, à environ 2400°» de la jetée du poil de Genève. Les valeurs comparables des lectures thermométriques faitesdans les quatrestationsn'ont jamaisdifférédeplus ' de Vî degré ; ce qui est une garantie du soin apporté aux observations. Voici, p. 367, le tableau complet des obsei-vations faites à la 4« station, devant Chambésy, en un point où le lac mesure 30™ de profondeur. (*)

De cette belle série d'observations, je tire entr'autres les faits suivants :

1^ Les recherches suivies régulièrement chaque semaine des mois d'été montrent, mieux que nos séries isolées ou accidentellement espacées dans le Grand-lac, le réchauffement progressif des couches supérieures de l'eau. En laissant, pour le moment, de côté les observations du 22 juillet et du 28 août qui représentent des cas accidentels, nous voyons en particulier que :

a. La différence entre la couche de 10™ et la surface, qui s'élève en

(^) Les mesures thermométriques étaient prises en fractions de quarts de degrés. Pour faciliter la lecture, je les ai transformées en fractions décimales.

Dates

flm

Notes météorologiques.

1890 juiUet

après 3 jours de bise.

2 jours après la bise.

petite bise.

août

séchard (') assez fort.

légère bise.

calme.

après fort vent et pluie.

septembre 40

aprà plusiears joun lie biw.

après 2 jours calmes.

calme.

1891 octobre

2 jeors de bise el 3 joun calmes.

calme, pluie.

juillet à 4« et plus, descend à partir de la moitié d'août à 1» environ

b. La couche de 20°» est en juillet entre 7^ et 12% en septembre de Uo à 150.

c. Une observation complémentaire du 7 octobre 1891 montre que la couche d'eaux chaudes descend jusqu'à 25»"; en voici les chiffres :

de 0 à 20"»

d, La couche de 30™ n'est pas sensiblement affectée par ce réchauffement progressif des couches supérieures ; mais sa température est irrégulièrement variable, ce que l'on doit attribuer aux courants de convection.

2o Les sondages theimométriques du 28 août montrent d'une manière évidente l'effet de refroidissement d'un vent sudois qui a sévi la veille. Dans les notes de l'Observatoire à cette date on lit : « très fort vent de 16 à 19*», violent vent et très forte averse à 18*» 55"»»»», etc. » Le vent du S. W. a balayé les couches de surface, les a chassées loin de Genève et les a fait

0) A Genève, Ton désigne par le terme de séchard la brise diurne que nous avons appelée le rebat.

remplacer par les eaux profondes amenées par les courants de retour. La différence en refroidissement, du 21 au 28 août, s'élève à :

surface 8.3^

lOm 8.5

3o L'effet inverse d'un vent du nord est démontré par les mesures du 22 juillet. Depuis plusieurs jours, le temps était à la bise ; les notes de l'Observatoire portent pour le 20 juillet « forte bise à 13^ >, pour le 21 € forte bise de 13'» à lO*" ». Les eaux de surface ont été accumulées dans le cul-de-sac du golfe de Genève et y ont pris une épaisseur extraordinaire. A 30nï de profondeur, la température était encore de 14», ce qui représente seulement 3.2^ en moins que les eaux de surface.

4o L'épaisseur extraordinaire de la couche chaude dans l'observation du 7 octobre (elle descend jusquti 25"*), doit-elle être attribuée à la bise qui soufflait 3 jours auparavant et qui avait été suivie par le calme ? je ne puis le croire, et j'y vois plutôt l'effet du réchauffement progressif des couches supérieures à la fin des mois d'été.

IL M. Paul van Berchem a fait, de 1891 à 1893, 9 séries de sondages

Qm

iulllet

aoOt

eaptMib.

Mpltfflb.

octobfs

wlobre

nov0niD.

oclobra

octobra

Ihermométiques dans la fosse de Tougues, au large de Céligny. Son appareil est un Negretti et Zambra. Voici, p. 368, 4es chiffres qu'il a publiés. Q)

De cette intéressante série d'observations, je tire entr'autres les faits suivants :

a. Si je prends la moyenne des températures mesurées dans les 9 séries j'obtiens pour les diverses profondeurs des valeurs qui me donnent le taux de la variation pour une couche d'un mètre en centièmes de degré.

Température Taux de variation

10 centièmes de degré

Les sondages d'où ces moyennes ont été tirées étant irrégulièrement distribués dans le cours de l'année, la prédominance des mois d'automne pendant lesquels les couches supérieures sont uniformisées efface un peu les allures de la variation thermique; si nous n'avions pris que les mois d'été, les différences auraient été encore plus exagérées. Cependant on y voit très nettement le taux de variation faible dans les couches supérieures atteindre son maximum de 20 à 40°^ de fond et décroître progressivement ensuite.

b. Dans les sondages de 1891, on suit l'uniformisation progressive des <X)uches de surface qui descendent jusqu'à

10*» au 7 août

20 au 17 septembre et 24 octobre

40 au 4 novembre

c. M. van Berchem a fait une comparaison intéressante des sommes de chaleur emmagasinées dans le lac aux différentes époques. En sui-

0) Archives de Genève, XXX, 676. 1898.

vant un procédé que nous étudierons plus tard à propos du bilan thermique du lac, il a calculé la somme de calories nécessaires pour élever une colonne verticale de ICX)'^™* et de 65™ de hauteur, de O* à la température indiquée par les sondages. Il a trouvé :

1891 juillet 18

5690 calories

septembre 1

octobre 5

novembre 4

1892 octobre 1

1893 octobre 31

Il a constaté ainsi que dans Tété de 1891 le réchauffement avait duré jusqu'au 17 septembre, puis que le lac s'était refroidi; mais il a reconnu dans ces procès de réchauffement et de refroidissement deux arrêts ou retour en arrière. Le 1^^ septembre le lac était, dans la région étudiée, moins chaud que le 7 août, ce que M. van Berchem attribue à la série de vents du sud qui ont régné dans les jours antérieurs, du 19 au 28 août : les eaux chaudes de surface du Petit-lac ont été balayées et entraînées dans le Grand-lac pour être remplacées par des eaux pix)fondes froides; ce refroidissement est très évident pour les couches de 30 à 50«». — D'une autre part, le 4 novembre le lac était plus chaud que le 24 octobre. Le vent du nord avait soufflé du 27 octobre au 3 novembre; il avait accumulé dans le Petit-lac l'eau chaude de surface du Grand-lac, et la couche de température uniforme (eaux de surface), qui n'avait que 20»" le 24 octobre avait 40°^ le 4 novembre. Cet épaississement des eaux de surface n'était pas dû au refroidissement automnal ; en effet, la couche de 40™ s'était réchauffée de 4.8» entre ces deux dates. C'est un fait analogue à celui que nous ont montré les sondages thertnométriques de M. Turrettini du 22 juillet 1890 (v. p. 368).

Nous trouvons dans les études de MM, Turrettini et van Berchem une justification entière des notions que nous avons exposées sur les phénomènes de convection mécanique par l'action des vents, et sur leur application à la thermique du lac.

m. Lia congrélatloo du Liémaii.

Les phénomènes de congélation des lacs ont un grand intérêt. D'une part, ils soulèvent quelques questions curieuses de physique; d'une autre part, ils nous ouvrent des regards sur les faits climatiques des temps passés. Ils sont facilement observés; ils attirent grandement l'attention du public et sont enregistrés dans les chroniques ; bien avant l'invention des thennomètres et l'organisation de la thennométrie météorologique, ils nous donnent des dates précises sur le climat et sur ses changements possibles.

Nous allons donc étudier avec attention la congélation du lac.

i. Faits historiques.

Et d'abord recherchons dans l'histoire et les chroniques les faits du passé.

1^ Dans toutes les descriptions géographiques et historiques du Léman, on trouve rapporté que le lac a été gelé dans les années 762 et 805. Le récit est plus ou moins enjolivé dans les diverses chroniques ; nous nous bornerons à en citer une version : c Deux fois », dit L. Vulliemin, « en 762 et en 805, le miroir du Léman s'est couvert d'une glace assez profonde pour que de gais patineurs se soient élancés d'une rive à l'autre, et que même des chars aient traversé le lac de Nyon à Thonon >.(*)

Ce récit est purement légendaire, et cette légende est fausse. En remontant avec M. Favey aux sources (2), on arrive par Dellient aux Antiquités de Genève^ et dans celles-ci à VHistoire genevoise de Grégorio Leti, et enfin au fameux Manuscrit de Prangins. Or, toute anecdote relatée dans cette chronique doit être tenue pour suspecte. Le Manus-

(^) • Ils sont bien téméraires, ces patineurs contemporains de Pépin-le-Bref, • dit M. le prof. G. Favey dans un article de la Gazette de Lausanne, 24 avril 1880, où nous ayons puisé la plupart des détails notés ici, « et celui qui nous les peint si gracieusement n'a-t<il pas quitté un instant la plume de l'histoire pour le crayon plus agile de l'artiste ? il les maniait si bien l'un et l'autre qu'il a pu s'y tromper. «

(*) L. YuUiemin, le canton de Vaud. Dictionnaires de Lutz, de Martignier, etc.

crit de Prangins est une de ces chroniques fabuleuses où quelque mauvais plaisant s'est amusé à entasser les légendes les moins authentiques en les déguisant sous les graves dehore de Thistoire. La Chronique de Vaudyle Manuscrit de Prangins, etc., sont si peu sérieux que lorsqu'un historien, en présence d'un récit qui lui inspire d^ doutes, parvient à le retrouver dans les pages de ces chroniques, il obtient par cela ménae la démonstration de la fausseté de la légende. Quoi qu'il en soit, voici ee que nous lisons dans le Manuscrit de Prangins (*) :

162 : Il y eut un si grand froid que le Lac fut tout gelé, et après cela une si gi'ande chaleur qu'elle se changea en peste et plusieurs milliere de personnes en moururent.

805 : Cette année fut célèbre par plusieura prodiges. Le soleil fut éclipsé d'une si grande obscurité pendant 15 jours et le froid si grand que des chariots traversaient sur la glace de Tonon à Nion [sicj.

D'après les notes de M. le prof. Favey, l'histoire a enregistré une aimée de grande froidure vers 762 à 765, en 764 d'après les chroniques de Neuchâtel (-). Quant à l'année 805, elle ne compte pas dans les hivers rigoureux du IX^ siècle qui furent 800, 821, 860 et 874. 11 est de toute évidence que l'histoire de la congélation du Léman que raconte le Manuscrit de Prangins est absolument apocryphe.

Sauf cette légende que nous repoussons, la chronique ne mentionne aucun fait de congélation du Léman outre ceux que nous allons citer dans la i-ade de Genève, Et cependant les chroniques enregistrent avec beaucoup de soin la prise des lacs et rivières en Suisse, tellement que nous pouvons dresser un calendrier assez plausible des années de grande froidure.

Deux études que nous avons eu l'occasion de faire après les grands hivers de 1880 et 1891 nous ont fait connaître les allures de la congéla-

0) Abrégé de l'histoire de Genève, depuis l'an 51 jusqu'en 1685. Copie d'un manuscrit qui a été trouvé au Château de Prangins, et présenté à la reine Clémentine femme de Louis II, roy de France (lisez la reine Clémence, femme de Louis X. 1315) (Bibl. F. Forel).

(*) • Le 1 octobre (!) 764, il fit un froid si violent que toutes les eaux gelèrent, tous les lacs de la Suisse et même la Mer Noire jusqu'à cent lieues d'Allemagne depuis son bord ». Boyve, Annales de Neuchâtel I 73 Berne 1854. — Jamais les lacs suisses, pas plus que la Mer Noire, n'ont gelé à la date du 1" octobre. F.-A.-F.