FORME ET DIMENSIONS DE LA TERRE

Le siège principal des phénomènes météorologiques est l'Atmosphère. Ce sont les mouvements incessants, les oscillations perpétuelles de cet océan fluide, avec tous les changements physiques qui les accompagnent, qu'on se propose d'étudier dans la branche de la physique terrestre connue sous le nom de Météorologie. L'agent spécial des mouvements dont nous parlons est la chaleur, dont la distribution inégale varie à chaque instant à la surface du globe, en raison des périodes de rotation et de révolution de ce dernier, et qui est en lutte à tout instant avec les forces de gravitation et d'attraction moléculaire des éléments matériels de l'air et du sol.

Mais si ce sont les masses aériennes qui jouent le rôle principal dans les phénomènes météorologiques, il est aisé de comprendre que les parties solides et liquides de la surface terrestre ne le cèdent guère en influence aux premières. Pour parler plus juste, il est impossible de séparer leurs actions et réactions simultanées. L'air ou l'atmosphère, les eaux des fleuves, des lacs ou des mers, enfin les couches du sol, au moins jusqu'à une certaine profondeur, tels sont donc les éléments au sein desquels se passent tous les faits dont nous allons aborder l'étude. C'est sur ce vaste théâtre que se déroulent

les scènes changeantes dont ce cinquième volume du Monde physique doit essayer de tracer le tableau. Pour entrer en matière, il nous paraît indispensable de faire précéder notre description de celle du cadre même qui la doit contenir.

On sait que la Terre a la forme d'un ellipsoïde aplati aux pôles de rotation, ou, ce qui revient au même, renflé vers l'équateur. Ce n'est pas absolument un solide de révolution, même lorsqu'on fait abstraction des inégalités du sol des continents ou des îles, ou qu'on réduit par la pensée la surface du globe à ce qu'elle serait si le niveau des mers était partout prolongé au-dessous des massifs constituant le relief de ce sol même. Les irrégularités qui- s'opposent à la possibilité de cette assimilation à une forme géométrique parfaite sont de plusieurs sortes. En premier lieu, les méridiens, dont les géodésistes ont mesuré des arcs partiels plus ou moins longs, n'ont pas, en tous leurs points, des courbures indiquant qu'elles appartiennent à des ellipses parfaites. Cela résulte des mesures mêmes, qui ne donnent point, pour un méridien en ses divers points, les longueurs correspondant à l'amplitude de l'arc mesuré dans l'hypothèse d'une ellipse régulière. En outre, les divers méridiens ne semblent pas être des courbes égales entre elles. Mêmes irrégularités, si l'on considère les arcs de parallèles. Chacune de ces courbes, considérée comme le lieu des verticales faisant le même angle avec l'axe du monde, n'est point un cercle, ainsi que cela devrait être dans le cas où la Terre aurait la forme d'un solide de révolution ; et il en est de même de l'équateur, qui paraît affecter à peu près la forme d'une ellipse, d'ailleurs beaucoup moins aplatie que les courbes méridiennes.

Enfin un autre genre d'irrégularité consisterait en ce que les deux hémisphères terrestres eux-mêmes ne seraient point symétriques, l'aplatissement du pôle sud étant notablement plus grand que celui du pôle nord.

Il ne faudrait pas s'exagérer l'importance des anomalies que

présente la forme du globe terrestre. Elles paraissent bien peu de chose, si on les rapporte à ses vraies dimensions. Les nombres que nous allons donner, et quelques comparaisons familières permettront de s'en faire une juste idée. Mais si on les considère sous un autre point de vue, celui des causes qui ont pu les produire, les irrégularités en question ont au contraire une importance capitale, parce qu'elles intéressent la théorie de la constitution physique du globe, de l'histoire de sa formation, de la consolidation de son écorce, des soulèvements et des affaissements qui ont produit, ici les continents, là les mers. Rien, du reste, n'empêche d'admettre que ces causes persistent encore, et que des changements d'une extrême lenteur continuent à modifier la forme extérieure de la planète, sous l'influence combinée des causes extérieures ou astronomiques et des causes internes, c'est-à-dire des réactions du noyau. Ce n'est pas le moment d'entrer sur ce point dans des détails qui d'ailleurs nous feraient sortir de notre suje,.

Revenons à notre ellipsoïde et à sa forme. Un nombre caractérise cette forme : c'est celui qui mesure son aplatissement moyen1. Sa valeur, d'après les plus récentes mesures, est comprise entre les fractions ^ et ^> c'est-à-dire que la dépres-

\. Le demi petit axe, ou rayon polaire, est moindre en longueur que le demi grand axe, ou rayon équatorial. Ce qu'on nomme Y aplatissement est l'excès du second rayon sur le premier, rapporté au rayon équatorial. L'Annuaire du Bureau des longitudes pour 1884 donne les valeurs suivantes pour cette fraction :

« En se basant sur les mesures d'arcs de méridien suivants, savoir : arcs russo-suédois, anglo-français, des Indes, du Pérou et du Cap, et en y joignant un arc de parallèle mesuré

aux Indes, M. Clarke trouve pour l'aplatissement moyen ■

li OO m 0 L. I

« D'un autre côté, en joignant aux arcs de méridien mentionnés ci-dessus ceux de Prusse, du Danemark et du Hanovre, et en négligeant l'arc de parallèle mesuré aux Indes, M. Paye

trouve 2-^Vï. ,,

Enfin, d'après les observations du pendule, on trouve actuellement pour la valeur de

l'aplatissement 9 ^ £■ Les recherches antérieures donnaient un aplatissement moindre.

.1 .1 L'Annuaire de 1866 portait encore =— , puis les années suivantes -— . Plus le nombre des

mesures s'accroît, plus la probabilité de l'exactitude des résultats va croissant elle-même.

sion, à chaque pôle, est mesurée par la 292° ou la 295e par Lie du rayon de l'équateur.

En adoptant le premier de ces nombres, voici ce qu'on trouve pour les dimensions du globe terrestre :

Demi petit axe ou rayon polaire. .... 6556550 mètres. Demi grand axe ou rayon équatorial. . . 6 578 594

Longueur d'un méridien 40 008 052 —

— de la circonférence équatoriale. 40 076 650 —

— de l'arc méridien de 1° . . . . 111155,4 — Dépression polaire moyenne 21 844 —

L'hémisphère austral, avons-nous dit plus haut, est un peu plus déprimé que l'hémisphère boréal. Son aplatissement serait de 4- En le rapportant au même rayon équatorial, on trouverait alors pour longueur du rayon polaire austral 6 356091 mètres, et pour la dépression du pèle sud 22505 mètres, dépassant de 459 mètres la dépression du pôle nord.

Enfin, si l'on tenait compte de la forme elliptique reconnue à l'équateur, il y aurait lieu de distinguer entre le demi grand axe et le demi petit axe de l'ellipse équatoriale. L'aplatissement particulier à cette région de la Terre1 étant évalué à j^, c'est-à-dire étant quatorze fois moindre environ que l'aplatissement moyen des pôles, on calcule pour la différence des rayons extrêmes de l'équateur environ 1 kilomètre et demi.

Telles sont, d'après les plus récentes mesures, les dimensions et la forme de notre Terre. Pourrait-on rendre cette forme sensible à l'œil par une représentation fidèle ? On va pouvoir en juger. Qu'on prenne, pour figurer le globe terrestre, une boule de 1 mètre de diamètre à l'équateur. Le diamètre des pôles devra mesurer 996mm,45; la dépression de chaque pôle sera de moins de 2 millimètres (lmm,7), c'est-à-dire impossible

1. Les sommets du petit axe de l'équateur considéré comme elliptique sont situés, l'un dans l'Archipel de la Sonde (à 102° de longit. E.), l'autre en un point de la République de l'Equateur, ayant 78° de longitude occidentale. Les sommets du grand axe appartiennent, l'un au continent africain (12°,1' de longit. E.), l'autre à la Polynésie, entre les îles Fidji et l'archipel des Sandwich (I67°,t>7').

à constater, à moins de mesures précises. Les globes terrestres usuels servant aux études géographiques, ou les cartes mappemondes, mesurant en moyenne 30 centimètres de diamètre, l'aplatissement y serait tout au plus égal à un demi-millimètre à chaque pôle. On peut affirmer que la forme elliptique d'un globe de ces dimensions serait invisible pour l'œil le plus exercé.

[Fig. 1. — Aplatissement du globe terrestre. Épaisseur du bourrelet équatorial'.

Comparée, sous ce rapport, aux autres planètes du système solaire, la Terre serait certainement rangée dans la catégorie de celles qui, comme Yénus*, n'ont pas d'aplatissement sensible. Celui de Mars, d'après les mesures les moins favorables, est au

1. Dans la figure 1 ci-dessus, nous avons essayé de représenter en vraie grandeur relative l'épaisseur du bourrelet équatorial. On voit en aa ce qu'il faut ajouter de matière à la sphère parfaite pour obtenir l'ellipsoïde terrestre ; l'excès d'épaisseur du trait en aa sur celui qui se voit aux pôles PP' est la mesure, plutôt un peu exagérée, du renflement en question.

2. Un seul observateur, M. Tennant, a cru trouver un aplatissement au disque de Vénus il serait égal a plus grand, comme on voit, que celui de la Terre.

moins deux fois et demie aussi fort que celui de notre planète. Jupiter, Saturne, vus dans les lunettes, présentent des disques dont l'ellipticité frappe l'œil avant toute mesure; mais leurs aplatissements sont l'un 52 fois (fig. 2), l'autre 20 fois plus considérables que celui de la Terre. On peut donc être assuré que, si notre globe était relégué dans l'espace à la distance où nous voyons Mars, par exemple, à l'époque de ses oppositions, il serait difficile aux astronomes qui braqueraient sur lui leurs télescopes, de soupçonner et à plus forte raison de mesurer la grandeur de ses dépressions polaires. Ce témoignage de l'état

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Fig. 2. — Aplatissement de Saturne, vu au télescope.

fluide primitif de notre planète et de l'influence de son mouvement de rotation, mouvement que les taches du disque terrestre feraient connaître, serait affirmé sans doute comme une probabilité, ou mieux comme une nécessité des lois de la mécanique céleste, mais ne pourrait être invoqué à l'appui de l'exactitude de ces mêmes lois.

En partant des données que nous venons de résumer en quelques lignes de chiffres, et en tenant compte, ainsi qu'il convient, de la forme ellipsoïdale du globe, on trouve aisément par le calcul les nombres qui mesurent son volume et sa surface. Le kilomètre cube et le kilomètre carré sont les unités qu'il faut adopter pour cette évaluation; encore ne faut-il

en retenir que les' centaines de mille ou même les millions, pour ne pas surcharger la mémoire de chiffres sur l'exactitude desquels on ne peut rien affirmer.

Voici à quels nombres on arrive alors :

Surface de l'hémisphère boréal. 254 315 000 kil. carrés.

— de l'hémisphère austral. 254 285 000 —

Surface totale de la Terre 1 . . .

508 600 000 kil. carrés.

Volume de l'hémisphère boréal. — de l'hémisphère austral.

540 057 000 000 kil. cubes.

Volume total de la Terre

1 079 5-40 000 000 kil. cubes.

Le territoire de la France continentale (démembrée par le funeste traité de 1871) contient 528400 kilomètres carrés, soit un peu plus de la millième partie (la 965e) de la surface terrestre tout entière. Nous avons distingué entre les deux hémisphères, nord et sud, en tenant compte de la différence, plutôt soupçonnée que démontrée, de l'aplatissement des deux pôles, ce qui rend l'hémisphère boréal plus volumineux que l'hémisphère austral de la 1200e partie environ de ce dernier.

On a vu, dans le premier volume du Monde physique, que les savants sont parvenus, à l'aide de diverses méthodes, à évaluer la densité moyenne de la matière dont notre Terre est formée ; que cette densité, rapportée à celle de l'eau, est 5,56 : ce qui revient à dire que le globe terrestre pèse 5,56 fois autant qu'une sphère d'eau distillée de même volume, dont la température serait, en tous les points de sa masse, de 4° centigrades au-dessus du zéro de la glace fondante. Évalué en tonnes de mille kilogrammes, le poids de la Terre entière serait donc au moins de

6 112 000 000 000 000 000 000 tonnes, ou de 6112 milliards de milliards de tonnes !

1. En ne tenant pas compte de cette différence entre les surfaces des deux hémisphères, et en considérant la Terre comme une sphère ayant pour rayon moyen 6371 kilomètres, on trouve 510 millions de kilomètres carrés pour sa surface totale. C'est ce nombre rond que nous adopterons, comme plus aisé à retenir.

Il n'est pas tenu compte, dans ce nombre énorme qui dépasse ce que notre imagination peut concevoir, du faible appoint qu'y apporterait la masse du relief continental en surplomb au-dessus du niveau de l'Océan, le volume calculé plus haut étant celui de la Terre réduite à ce niveau. Nous allons en dire un mot tout à l'heure. Mais auparavant parlons de l'atmosphère. On peut connaître son poids, sans rien savoir de son volume, sans avoir résolu la question intéressante qui consiste à mesurer sa hauteur, ou calculé la limite à laquelle existe encore une couche d'air, celle qui sépare à proprement parler la Terre de l'espace environnant, de l'espace céleste. La pression barométrique moyenne, telle qu'on l'observe au niveau de la mer, et que nous prendrons, pour simplifier, égale à 760 millimètres, voilà l'élément qui suffit pour calculer le poids de l'atmosphère. C'est celui d'une couche de mercure, de 76 centimètres d'épaisseur, qui recouvrirait entièrement notre globe; évalué pareillement en tonnes de mille kilogrammes, on trouve qu'il est égal à

5 263 000 000 000 000 tonnes.

Tel est le poids de l'air qui nous environne de toutes parts, et que supportent la surface du sol et celle des eaux de la mer. Ce fluide si ténu, en apparence si léger, et dont la pression est insensible à nos organes, parce qu'elle s'exerce en tout sens et jusqu'au sein du tissu dont ils sont formés, n'en constitue pas moins une telle masse autour du globe, qu'elle équivaut à plus de 460000 cubes de plomb d'un kilomètre de côté, ou de 594 000 kilomètres cubes de cuivre, ou enfin de 750000 kilomètres cubes de fer. Comparée au poids de la Terre entière, elle n'en est pas tout à fait la millionième partie. Mais la mobilité de l'atmosphère est telle, grâce à sa faible densité et aux variations rapides que cette densité subit sous l'influence des variations de chaleur, que les couches qui la composent ne sont pour ainsi dire jamais en repos, ou que leur équilibre temporaire est d'une absolue instabilité.