Voir La Chaleur, t. II du Monde physique

tégé par une double et solide enveloppe en verre contre les effets de la pression. Un mot maintenant sur les moyens employés pour obtenir le mouvement de bascule de l'appareil et le retournement du tube thermométrique.

MM. Negretti et Zambra avaient d'abord adopté le système que représente la figure 146. Le cadre qui porte le thermomètre peut tourner autour d'un axe qui passe par son centre de ligure et faire une révolution dans son plan, à

l'intérieur d'une sorte de cage métallique. A la partie inférieure de celle-ci est une hélice dont l'axevertical porte une roue dentée, reliée à l'axe de rotation du thermomètre à l'aide d'un pignon auquel elle communique son mouvement. Quand l'instrument, plongé dans l'eau, effectue sa descente, l'hélice tourne dans un sens calculé de façon que le pignon de renvoi du thermomètre soit désengréné.

Mais dès qu'on fait remonter l'appareil, l'hélice prend un mouvement de sens opposé, fait engrener le pignon et la rotation du thermomètre s'effectue.

Outre l'inconvénient d'un mécanisme un peu compliqué et coûteux, les appareils de ce genre ont celui de ne pas toujours fonctionner au moment voulu1. C'est ce qui a sans doute déterminé les inventeurs à adopter un mode de retournement beau-

Fig. 145. Fig. U6.

Thermomètre Negretti Thermomètre Negretti et Zambra. etZambra. Mécanisme

du retournement.

1. « Durant le cours des expéditions faites parle Travailleur, dit M. Filhol, membre de la Commission française des Draguages sous-marins, l'on s'était servi de ces thermomètres, et

coup plus simple, que la figure 147 fait aisément comprendre. Le thermomètre, à tube droit, rétréci au-dessus du réservoir comme les précédents, est fixé à un cadre en bois muni d'un

Fig. 147. — Thermomètre sondeur de Negretti et Zambra.

double fond dans toute sa longueur. Dans ce fond se trouve une certaine quantité de grenaille de plomb, destinée à servir de lest à l'appareil et telle, que l'ensemble ait le poids de l'eau de mer déplacée. Le cadre est attaché par une cordelette à la corde de

l'on avait observé que bien souvent l'hélice n'entrait pas en mouvement, soit que son jeu fût un peu dur, soit qu'on eût remonté le tube-sondeur un peu trop doucement. » {La Nature.

sonde, un peu au-dessus du plomb. Tant que la sonde descend, la résistance que l'eau oppose au mouvement de l'appareil oblige celui-ci à se maintenir dans une position à peu près verticale, le réservoir en bas. Arrivé au fond ou à toute autre profondeur voulue, le thermomètre conserve cette position; on

l'y laisse quelques minutes, de façon qu'il ait le temps de prendre la température de l'eau ambiante, puis on le remonte. Le mouvement d'ascension fait basculer l'appareil, le réservoir en haut. Le mercure se détache au point d'étranglement, descend à la partie inférieure du tube, où il reste, si l'on a soin de ne pas interrompre le mouvement d'ascension , jusqu'à ce que l'appareil soit hors de l'eau. Le thermomètre est protégé par une enveloppe contre la pression ; malheureusement, il n'en est pas de même de la planchette, qui s'imprègne d'eau sous cette influence et ne peut

plus flotter au delà d'une certaine profondeur (200 mètres seulement d'après M. Mohn).

M. A. Milne-Edwards, dans l'expédition récente du Talisman, a imaginé une disposition fort simple qui permet au thermomètre de subir l'opération du retournement, dès que le plomb de sonde a touché le fond. Pendant tout le temps de la descente du fil de sondage, l'appareil, fixé, comme le montre la

figure 148, dans un cadre métallique, conserve sa position verticale, le réservoir en bas. Il est maintenu dans cette position par un crochet ab, dont le bras formant un levier allongé a son extrémité rattachée aux poids de surcharge du sondeur par un fil de chanvre. Quand la sonde vient à toucher le fond de la mer, ces poids se détachent, tombent et tirent le fil, faisant ainsi soulever le crochet qui maintenait la partie inférieure du tube métallique renfermant le thermomètre. Ce tube devenu libre cède alors à l'action d'un ressort qui le fait basculer, de manière que le réservoir du thermomètre vient occuper la parlie supérieure du cadre, et il conserve cette position jusqu'à ce qu'on ait remonté entièrement le fil de sonde. D'après M. Filhol, les appareils ainsi disposés ont fonctionné d'une façon parfaite ; mais on voit qu'ils ne permettent de prendre que la température du fond même de l'Océan, puisque le mécanisme ne fonctionne qu'après que ce fond a été touché par la sonde.

§ 5. TEMPÉRATURE DES MERS î RÉSULTATS DES ORSERVATIONS.

Parmi les premiers explorateurs des températures sousmarines, il faut citer sir John Ross, qui, dans son voyage aux mers arctiques, en 1818, fit une série importante de mesures à des profondeurs variables et jusqu'à 1000 brasses; quelquesuns des résultats obtenus méritent d'être cités. Le 1er septembre, par 75° 57' de latitude N. et 77° 25' de longitude 0., la température de la surface étant 1°,5, s'abaissait à 0° à 80 brasses, et à 1°,4 au-dessous de zéro à 250 brasses. Le 6 septembre, en un point situé de 1° plus au sud, un sondage en séries, c'est-à-dire donnant successivement la température à des profondeurs croissantes, fit constater une décroissance graduelle jusqu'à 1000 brasses, où la température fut trouvée de 5", 6 au-dessous de zéro. Même résultat le 19 septembre, à une latitude de 66° 50' et à 60° 50' de longitude 0. : seulement, la température de — 5°, 6 était atteinte dès 660 brasses. Enfin, le

4 octobre, par 61°41' de latitude N. et 62° 16' de longitude 0., sir John Ross fit un sondage jusqu'à 950 brasses, mais sans trouver de fond. A cette profondeur, la température était de 2° au-dessus de zéro; à la surface, l'eau de mer était à 4°, tandis que l'air lui-même n'était qu'à 2°, 7. Cette élévation singulière de la température de l'eau, dépassant celle de l'air et se maintenant à une profondeur de 1800 mètres, dénotait l'existence en ce point d'un courant d'eau chaude; et, en effet, on sait aujourd'hui que le détroit de Davis reçoit parfois à une assez grande distance un effluve du Gulf-Stream, qui remonte jusqu'au fond de la mer de Bafiin. Ce qui donne une grande importance aux observations déjà anciennes de sir John Ross, c'est qu'il paraît certain que les températures ont été mesurées avec des instruments présentant toutes garanties d'exactitude.

Vingt ans plus tard, en 1858 et 1859, Bravais, Ch. Martins et Pottier firent plus de trois cents observations de température dans les mers arctiques1.. Voici les principaux résultats de ces importantes recherches.

Au milieu de l'été, la température à la surface de la mer est sensiblement égale à celle de l'air, un peu moins élevée toutefois (la différence variant entre 0°,4 et 0°,7). Mais dans la saison d'automne, après le 1er octobre, elle commence à l'emporter sur celle de l'air, comme le prouvent les nombres suivants, donnant les températures mensuelles de la surface de la mer et de l'air :

En mars, Bravais trouva H-0°,79 pour la température de la

Température

de la mer. de l'air.

Janvier 4839 Février 1859

Octobre 1838. .

Novembre \ 858 Décembre 1858.

1. Entre Hammerfest, en Laponie (latitude 70°40'N.), et le Spitzberg, jusqu'à la latitude de 79° 3-4' N., ainsi que dans le voisinage des glaciers de cette ile pendant les étés de 1838 et de 1839. (Expédition de la corvette la Recherche.)

mer, pendant que celle de l'air dans le même mois avait pour valeur moyenne — 9°, 46. « On voit ainsi, dit-il, quelle résistance la mer oppose à l'abaissement de sa température superlicielle par le contact de l'air froid. Cet effet est dû sans doute, en grande partie, à la descente au fond des couches refroidies de la surface, par suite de leur excès de densité, et aussi, en partie, à l'action du Gulf-Stream, qui vient baigner les liords de la côte occidentale de la Scandinavie. » Le pouvoir modérateur de l'eau de la mer sur la température des couches inférieures de l'air ressort de ces observations : elle les refroidit en été et les réchauffe en hiver.

Mais, d'autre part, le voisinage des côtes influe sur la température de la surface de la mer. Au Spitzberg, les immenses glaciers qui descendent jusque sur ses bords, exercent sur elle une action réfrigérante très sensible; au contraire, en Norvège, où les glaciers ne descendent pas jusqu'au niveau de l'Océan, les côtes tendent plutôt à élever la température de l'eau superficielle.

Les sondes thermométriques faites à de grandes profondeurs par les mêmes savants, à l'aide de thermomètres Walferdin, garantis de la pression par un tube de cristal fermé à la lampe d'émailleur, leur ont donné les résultats suivants :

« Entre 70° 40' et 79° 33' de latitude nord, et de 7° à 21° 15' de longitude est de Paris, les températures de la mer Glaciale décroissent avec la profondeur pendant les mois de juillet et d'août.

« Ces températures sont toujours supérieures à 0°, au moins jusqu'à 870 mètres, la plus grande profondeur qui ait été atteinte dans ces expériences.

« En comparant la température de la surface avec celle du fond et avec les températures intermédiaires, on trouve que le décroissement est uniforme, et en moyenne de 0°,675 pour 100 mètres.

« La température d'une couche liquide est d'autant plus égale et plus constante que cette couche est plus profonde. »

Près des côtes et dans le voisinage des glaciers du Spitzberg, les observations de M. Martins ont prouvé que les eaux de la mer, pendant les mois de juillet et d'août, forment deux couches : dans la supérieure, comprise entre la surface et une profondeur de 70 mètres, la température va tantôt en croissant, tantôt en décroissant avec la profondeur, et n'est jamais en aucun point inférieure à 0° ; à partir de 70 mètres, la température, plus basse que zéro, décroît jusqu'au fond ; elle est en moyenne, pour la couche qui recouvre le fond de la mer, égale à — 1°,75. « Ces faits s'expliquent aisément, dit M. Martins, si l'on se rappelle que le maximum de densité et le point de congélation de l'eau salée sont à plusieurs degrés au-dessous de zéro, et si l'on a égard aux influences complexes, intermittentes et d'intensité variable exercées par la solidification de la surface pendant l'hiver, les glaciers, les glaces flottantes, les marées et les courants1. »

Les observations des savants français que nous venons de citer datent des années 1838 et 1859. Elles contredisent formellement la loi que sir James Clarke Ross crut pouvoir conclure de ses observations, faites pendant les deux années suivantes dans les mers arctiques, loi que le patronage de sir J. Herschel et de Wallich contribua longtemps à faire accepter comme vraie. Elle supposait que la température de l'eau du fond des mers, comme celle des lacs et pour la même raison, était uniformément de 4° (point du maximum de densité de l'eau pure, mais non de l'eau de mer). Les recherches de Despretz avaient prouvé que cette loi n'avait aucun fondement théorique; elle n'était pas mieux fondée en fait, les sondages thermiques de James Ross ayant été effectués avec des appareils non abrités contre la pression.

Avant d'arriver aux explorations récentes des températures sous-marines, effectuées avec les appareils perfectionnés décrits dans le précédent paragraphe, mentionnons encore les impor-

1. Comptes rendus de l'Académie des sciences pour 1848, t. I.

tantes recherches faites par Aimé en 1844, dans la Méditerranée. Elles ont prouvé que la température moyenne annuelle de la couche superficielle est à peu près égale à celle de l'air. La variation diurne s'y fait sentir jusqu'à 16 et 18 mètres, et la variation annuelle jusqu'à 3 ou 400 mètres de profondeur. La radiation nocturne refroidit sensiblement la surface, et le matin, si la nuit a été calme et sereine, la température est plus basse qu'à quelques mètres au-dessous. L'influence du voisinage des côtes est sensible : la température de la surface pendant le jour y est plus élevée qu'au large, et quelquefois plus basse pendant la nuit; elle agit en sens inverse de celle des côtes de l'Océan, où la température superficielle est plus basse qu'au large. Enfin, d'après le même observateur, la température minimum des couches profondes de la Méditerranée est égale à la moyenne des températures de l'hiver à la surface1.

On peut donner comme une loi à peu près générale, s'appliquent aux océans et aux grandes mers comme aux bassins resserrés des mers intérieures, qu'en pleine mer, à une distance suffisante des côtes, la température diminue à partir de la surface à mesure que s'accroît la profondeur. Mais la loi et la quotité de cette diminution changent d'une région à l'autre, selon la latitude et aussi selon la configuration du fond des mers. Ce dernier élément joue surtout un grand rôle dans la distribution de la chaleur au sein des couches profondes.

Dans les hautes latitudes septentrionales, on a déjà vu que la température, un peu supérieure à 0° dans les couches superficielles, tombe au-dessous de ce chiffre à une faible profondeur ; les observations récentes de Payer et de Weyprccht confirment celles de John Ross, de Bravais et Martins, qui montrent cette température décroissant progressivement jusqu'au fond, où elle atteint, selon la profondeur, — 5°, 6, — 1°,75, — 1°,3. En se rapprochant de l'équateur, on trouve à la surface, et jusqu'à une profondeur de 200 à 500 mètres, une couche sur-

1. Comptes rendus de l'Académie des sciences pour 1844, t. II.

chauffée par l'influence directe de la radiation solaire. Audessous de cette couche, dont la température diminue rapidement à partir de la surface (de -j- 29° à -J-110 environ), s'en trouve une seconde, où la décroissance est moins prompte : elle tombe de 11° à 7°, 2. « Mais, d'après Carpenter, la profondeur de cette couche varie considérablement, descendant de 500 brasses auprès des écueils Fàroer, à environ 700 brasses au large de la côte de Portugal et à 1000 ou 1200 brasses plus près de l'équateur (de 1000 à 2400 mètres, s'il s'agit de la brasse anglaise; de 900 à 2200 mètres, si c'est la brasse française1). Au-dessous de cette couche s'en trouve une autre que l'on pourrait appeler couche de mélange, dans laquelle le thermomètre baisse rapidement, quelquefois dans l'énorme proportion de 4°, 5 par 200 brasses. Au-dessous de cette couche, la température devient de nouveau plus uniforme, car elle baisse très graduellement de 3°,1 ou 2°, 7 à 1°,8 ou 1°,3 par des profondeurs de 2000 brasses, près de la côte orientale du nord de l'Amérique. Il est probable que l'on trouvera des températures encore plus basses dans les grandes profondeurs de l'océan Atlantique central, les récents sondages du capitaine Chimmo dans les mers orientales, sondages opérés avec des thermomètres protégés, ayant absolument démontré aujourd'hui que, même sous l'équateur, la température du fond dans les grandes profondeurs de l'Océan peut être aussi basse queO02. »

En résumé, d'après le savant anglais, une colonne d'eau de l'océan Atlantique intertropical est formée de quatre couches de profondeurs et de températures inégales : 1° une couche superficielle de 200 brasses surchauffée par la radiation solaire, où la température passe de 29° à 11°; 2° une couche chaude supérieure d'environ 1000 brasses de profondeur, dont la température décroît de 11° à 7°, 2; 3° une couche moyenne de

1. La brasse anglaise vaut 2m,05 environ; la brasse française, lm,85 : 168 brasses anglaises équivalent à 189 brasses françaises.

2. Les conditions physiques des mers intérieures, mémoire lu en 1872 à la session de Brighton, de l'Association britannique pour l'avancement des sciences, par W. B. Carpenter.

Profondeurs

Brasses I Mclrps

j Températures

Couche su réchauffée

Couche chaude

200 brasses, dans laquelle le thermomètre tombe de T, 2 à environ 4° ; 4° enfin une couche froide inférieure, occupant, au-dessous de 1400 brasses, tout le reste de la partie profonde des bassins océaniques; sa température descend jusqu'à zéro. Carpenter estime à -J-7° la température moyenne de la colonne entière. On verra plus loin quelle conséquence il tire de ce fait comparé à celui de la moyenne température d'une colonne d'eau polaire, inférieure à zéro.

Les basses températures des grandes profondeurs , qu'on vient de citer, ne sont pas propres à l'océan Atlantique. Dans l'océan Pacifique, au-dessous de 1500 brasses, on trouve une température à peu près invariable de moins de 2 degrés au-dessus de zéro Dans l'océan

Indien, le capitaine Chimmo a trouvé 1° à 2500 brasses et 0° à 2656 brasses. La température du fond va d'ailleurs en s'abaissant à mesure qu'on s'éloigne de l'équateur. D'après Mohn ,

par 52° de latitude, l'eau du fond, dans l'océan Indien austral, est gelée, et dans la mer Glaciale antarctique elle est gelée à partir de la surface jusqu'au fond.

Les observations dont nous allons parler maintenant vont nous montrer que la loi de décaissement de la température avec la profondeur varie parfois brusquement d'une région de l'Océan à une autre région qui touche à la première, mais qui en est séparée par des inégalités du sol sous-marin. La partie de l'océan Atlantique nord comprise entre l'Ecosse et les îles

Couche démêlante

Couche froide

Fig. 149. — Couches thermiques de l'Atlantique tropical, d'après Carpenter.

Fâr.ôer, et entre ces îles et l'Islande, est remarquable à ce point de vue.

Une première exploration de ces parages, faite, dans le courant d'août 1868, sur le Lightning, sous la direction du docteur Carpenter, de Wyville Thomson et de Gwing Jeffreys, fit constater une singulière anomalie dans la température de la mer, en des points très voisins les uns des autres. Dans le canal de 200 milles de largeur qui s'étend entre la pointe nord de l'Ecosse et le bas-fond dont les îles Fàroer sont le point culminant, ils trouvèrent à 500 brasses de profondeur une température de — 1°, tandis qu'à la même profondeur, dans la partie de l'Atlantique située à l'ouest et au nord de l'ouverture du canal, la température était de -h 6°. L'année suivante, sur le Porcwpine, les mêmes explorateurs multiplièrent leurs sondages, dans le but de déterminer les limites de ces espaces chauds et froids, dont la température de surface est presque identique, qui sont si rapprochés et, bien que communiquant librement ensemble, diffèrent si totalement dans les conditions thermiques de leurs couches inférieures. Citons ici quelquesuns des sondages en série qui ont permis aux savants explorateurs du Porcwpine de mettre cette opposition dans tout son jour.

Un premier sondage, effectué par le capitaine Calver, donne la température de la surface au fond pour toutes les 50 brasses de profondeur. Le point exploré était à l'extrême limite ouest de la région froide. En voici les résultats :

Profondeurs. Température.

Surface .......... H°,8

50 brasses 9°,2

150 — ........ 8°,0 | 584 — (fond) 0°,6

Le minimum de température est ici au fond ; il en a été de même dans toute la région explorée, quelle que fût la température du fond. La décroissance de la température, assez régulière pendant les 200 premières brasses, est devenue tout à

Fig. -150 froide ïhom-

I. — Sondage en série dans la région : voisine des Farder, d'après Wyville son.

Fig. 1 51. — Sondage en série dans la région, chaude au sud-ouest des Farder, d'après Wyullc Thomson.

coup très rapide (près de 7") de 200 à 300 brasses. Aucun des autres sondages, dans la partie occidentale de la région froide, entre 360 et 630 brasses, n'a donné pour le fond des températures inférieures à zéro, sauf une ( — 1°,5).

Un second sondage en série, au centre de la partie nord de la région froide, à une profondeur de fond de 640 brasses, donna les résultats suivants :

Profondeurs. Température.

Surface 9°,8

50 brasses.

Profondeurs.

550 brasses.

Température.

600 — —lo,i

(fond) .

Voici maintenant un troisième sondage effectué au sud-ouest de la région froide, et qui offre un contraste complet avec les précédents :

Profondeurs. Température.

Surface; il0, 4

50 brasses 9°,0

Profondeurs.

300 brasses. . .

767 — (fond).

Température.