BAROMÈTRES ENREGISTREURS

Le tube barométrique A, fixé sur un pied en fonte, est en fer embouti ; il a 3 centimètres de diamètre intérieur, de sorte qu'il n'y a pas lieu à corriger de la capillarité. Il en est de même dans la cuvette u, qui est large en proportion. Pendant que l'aiguille du fléau ia trace sur le cylindre C la courbe barométrique, un pointeur o, qui reçoit son mouvement d'un électro-aimant placé en D, trace un trait toutes les heures sur l'un des bords du cylindre1. On peut ainsi connaître, comme cela est indispensable, les heures précises des varialions dont les sinuosités de la courbe sont l'expression figurée.

On renouvelle périodiquement, toutes les semaines par exemple, le papier du cylindre tournant, qui, déployé, donne la courbe des variations de la pression atmosphérique sans lacune,

1. Les figures 56 et 57 feront comprendre le mécanisme qui fait mouvoir le pointeur chronométrique. Au-dessus de l'horloge, on voit un levier x portant un contrepoids d'un côté, et de l'autre une fourchette métallique, dont les hranches i sont au-dessus de deux godets remplis de mercure. Quand l'aiguille des minutes passe sur le chiffre XII du cadran, elle hute contre l'aiguille o du levier x. Les fourchettes viennent au contact du mercure, et le courant d'une pile locale dont les pôles sont reliés à ce levier d'une part, à l'électro-aimant A (fig. 50)

qe

Fig. 56. — ! Pointeur chronométrique. Fig. 57. — Mécanisme électrique

du pointeur.

de l'autre, se trouve fermé. L'électro-aimant étant animé, son pôle attire une palette de fer doux fixée au bras horizontal u du levier coudé qui compose l'aiguille du pointeur. Cette aiguille s porte une pointe e à son extrémité, pointe qui appuie contre le bord du cylindre tournant. Tant que le circuit de la pile est ouvert, cette pointe reste immobile, et la ligne qu'elle trace est une courbe parallèle aux bases du cylindre ; mais à chaque heure la fermeture du courant détermine le mouvement du pointeur, et son extrémité trace un petit trait horizontal. Si le mouvement d'horlogerie fait faire au cylindre un tour complet en 7 jours, les divisions traeées seront au nombre de 7 fois 24 ou 168.

pour toutes les heures du jour et de la nuit. La ligne des repères du pointeur est l'axe des abscisses de la courbe dont les divisions sont les heures. Les ordonnées sont les pressions correspondantes, l'échelle de lecture de ces ordonnées dépendant de la course de l'aiguille du fléau et du rapport qui existe entre cette course et l'élévation ou l'abaissement de 1 millimètre de la colonne de mercure. Elle peut être déduite des

Fig. 58. — Tracé hebdomadaire du baromètre enregistreur.

observations mêmes, ou calculée d'après la longueur du bras de levier et de l'aiguille.

Il existe et on emploie divers autres systèmes de baromètres enregistreurs. Citons ceux de MM. Breguet, Rédier, Richard. Nous aurons l'occasion d'y revenir en parlant des observatoires météorologiques. Il nous suffit en ce moment de montrer par un exemple avec quelle fidélité les instruments enregistreurs suivent toutes les oscillations de la pression atmosphérique, soit qu'il s'agisse de reconnaître les maxima et les minima de la variation diurne, soit qu'il y ait lieu de noter les mouvements qui résultent du passage d'une grande perturbation. En

jetant les yeux sur les deux figures 58 et 59, on y verra la traduction graphique des variations périodiques de la pres-

Fig. 59. — Oscillations barométriques pendant la tempête du 29 janvier 1884. Courbe du baromètre enregistreur.

sion aussi bien que de ses variations accidentelles et irrégulières.

§ 4. HYPOTHÈSES SUR LA CAUSE DES VARIATIONS PÉRIODIQUES ET DES VARIATIONS IRRÉGULIÈRES DE LA PRESSION ATMOSPHÉRIQUE.

On vient de voir l'exposé des faits, c'est-à-dire des changements tant périodiques qu'accidentels que subit la pression de l'atmosphère pendant le jour, dans la suite des saisons et des années, pour un même lieu ou pour des lieux différents. Nous avons fait ressortir les liaisons qui existent entre ces phénomènes et la position du Soleil, la latitude du lieu, sa hauteur au-dessus du niveau de la mer, etc. Quelle explication comportent-ils? Quelle est, en un mot, la cause physique de chacun d'eux? Pourquoi le baromètre monte-t-il ou s'abaisse-t-il

régulièrement deux fois chaque jour, et pourquoi ses maxima et ses minima diurnes, mensuels, ne sont-ils pas les mêmes dans les diverses saisons et varient-ils selon qu'on observe à des distances diverses de l'équateur ou des pôles?

Disons tout de suite que les physiciens et météorologistes ne sont pas d'accord sur tous les points, et que leurs réponses à ces questions si importantes ne peuvent encore être présentées que comme des hypothèses. Essayons de les résumer dans leurs traits essentiels.

La découverte de la variation barométrique diurne avait d'abord fait comparer le phénomène à une marée atmosphérique, résultant des attractions combinées de la Lune et du Soleil. Mais on abandonna bien vite cette hypothèse, en réfléchissant que, si elle était exacte, la périodicité des maxima et des minima devrait varier avec les phases lunaires, ce que contredit l'observation. D'ailleurs, l'action de la Lune, qui n'est pas nulle comme on le verra plus loin, mais qui en tout cas est très faible, devant être à peu près double de celle du Soleil, il est clair que la variation diurne ne peut être attribuée à l'attraction de cet astre.

Restait donc l'hypothèse de son action calorifique. C'est à cette cause en effet, soupçonnée par Bouguer et admise par Laplace et Ramond, que les savants s'accordent à attribuer les oscillations périodiques de la pression atmosphérique. Il était naturel de penser que c'est la chaleur solaire qui produit ces oscillations, puisque nous les avons vues varier avec la présence plus ou moins prolongée du Soleil sur l'horizon, avec la hauteur plus ou moins grande de son élévation méridienne, avec toutes les causes en un mot qui rendent plus sensible l'écart des températures entre le jour et la nuit, entre les saisons estivales et hivernales. Mais quel est le mode d'action de la chaleur solaire sur l'atmosphère et comment la pression barométrique en est-elle affectée? C'est là que commence la diveiv gence des explications proposées.

Les uns admettent comme unique cause le changement de

densité qui résulte, pour les couches atmosphériques, de leur dilatation sous l'influence d'une augmentation de température. Telle est la théorie de Kaemtz, adoptée encore aujourd'hui par un de nos météorologistes distingués, M. Renou. D'après Dove, au contraire, la principale action de la chaleur solaire sur le baromètre se fait par l'intermédiaire de la vapeur d'eau et de son accroissement de tension sous l'influence de la température. D'autres météorologistes enfin, comme M. Mohn, pensent que les variations périodiques, notamment l'oscillation diurne, sont l'effet de ces deux causes réunies, inégalement actives et diver-

Fig. 60. — Egalité de pression des couches d'air dilatées.

sèment combinées. Entrons, dans quelques détails sur ces diverses théories.

Pour simplifier les idées, supposons l'atmosphère partagée en couches d'égal poids et par conséquent d'épaisseurs croissantes à partir du sol AB ; et soient 1, 2, 3, 4, 5... ces diverses couches, d'abord en équilibre, ayant par conséquent chacune même densité moyenne à même hauteur. Quand les rayons solaires les pénètrent et viennent échauffer le sol, avec une intensité que nous supposerons égale dans toute l'étendue de la région que nous considérons, ces couches s'échauffent; chacune d'elles se dilate des 567 cent-millièmes de son volume pour chaque élévation de 1° de température. Au bout d'un temps donné, les couches successives se seront dilatées, de manière à rester superposées dans le même ordre qu'auparavant. La densité de chacune aura diminué ; leurs épaisseurs auront augmenté, comme le montre la figure 60. Mais leur

poids total n'ayant pas varié, un baromètre dont la cuvette aurait été disposée au niveau d'un point M du sol, n'aurait varié en aucune façon. L'accroissement pas plus que la diminution de température ne peuvent donc être une cause directe de variation dans le niveau du baromètre.

Cependant il n'en est plus ainsi pour un point tel que m situé à une certaine altitude, par exemple à la limite primitive de la séparation des couches 3 et 4. Car, après réchauffement

atmosphérique et la dilatation qui en est la conséquence, une partie de l'air de la couche 3 s'est élevée au-dessus de m, et le baromètre placé en ce point supporte maintenant le poids d'une certaine quan-

Fig. 61. — Écoulement de la couche supérieure ^ d'air qui était aiipadilatée. ^ r

ravant au-dessous de son niveau. Il devrait donc en résulter une augmentation de pression pour ce point et pour tous ceux qui ne sont pas au niveau même du sol. Un refroidissement produirait l'effet opposé, c'est-à-dire une diminution de pression. Mais, pour que les choses se passent ainsi, il faut supposer que toutes les régions qui entourent la région AB subissent une action semblable. Or c'est précisément là un fait contraire à la réalité. L'action échauffante des rayons solaires se fait très inégalement selon l'heure du jour, la saison, le lieu. En considérant .les régions AB et CD voisines de BC (fig. 61), l'une CD par exemple restera, dans toutes les couches de l'atmosphère qui la surplombent, moins échauffée que BC, l'autre, AB, le sera davantage. Qu'en résultera-t-il? Que, par l'effet de leurs dilatations inégales, leurs couches limites H, H', H" ne seront plus au même niveau. Les plus élevées s'écouleront vers les plus basses. En un mol, une partie de l'air qui produisait par son poids la pression observée se déversant sur les régions les plus

froides, il devra en résulter une augmentation de pression pour ces dernières, une diminution pour les régions où la température s'est élevée davantage.

Telle est, d'après la première théorie, la cause de l'oscillation diurne. C'est à midi, il est vrai, ou quand le Soleil se trouve dans un méridien donné, que l'action de la chaleur solaire est la plus grande pour tous les points situés sous ce même méridien. Mais l'instant du maximum de température vient plus tard, vers les 3 ou 4 heures de l'après-midi : ce sera donc l'instant du minimum diurne barométrique. Le refoulement des couches supérieures de l'air, qui en est la conséquence, va former, à 90° à l'est ou à l'ouest, sur tous les points qui se trouvent sous les méridiens de 9 heures du matin ou de 9 heures du soir, une sorte de bourrelet dont le poids s'ajoute à celui des couches de l'atmosphère non encore échauffées ou déjà refroidies : de la les maxima barométriques de 9 heures à 10 heures du matin et de 9 heures à 10 heures du soir. « Quant au minimum du matin, dit Kaemtz, il est suivi, à l'est de l'endroit où il a lieu, d'un minimum de température, et une partie de l'air des contrées occidentales s'écoule de ce côté : de là une baisse du baromètre. » L'influence des saisons, soit sur l'heure des maxima et des minima, soit sur l'accroissement d'amplitude qu'on observe en été, s'explique aussi aisément, puisque le phénomène dépend de l'heure des températures maxima et minima de chaque jour, et de l'écart qu'il y a entre les températures extrêmes. En s'élevant dans l'atmosphère, cet écart diminue et l'on a vu que l'amplitude est plus faible aussi sur les hauteurs que dans les plaines. Mais Kaemtz reconnaît que cette théorie est sujette à plus d'une objection : « on ne saurait, dit-il, expliquer l'accroissement de l'amplitude oscillatoire à mesure qu'on s'approche de l'équateur, où les différences des extrêmes de température ne sont pas plus grandes en moyenne, à moins d'admettre avec Daniell que l'air coule non seulement . dans une direction perpendiculaire au méridien, mais encore parallèlement de l'équateur au pôle. » Cette dernière hypo-

thèse est celle de M. Renou, lorsqu'il dit : « Le Soleil échauffe l'atmosphère qui se déverse tout autour, et produit un bourrelet sur tout un grand cercle dont le point le plus échauffé est le pôle... L'onde atmosphérique qui produit cet effet suit le mouvement apparent du Soleil, et se déplace avec une vitesse qui atteint 464 mètres par seconde à l'équateur. Cette onde, par sa rapidité ou le sens de son mouvement, doit produire un maximum du matin plus élevé que celui du soir; elle doit

donner aussi une prédominance aux maxima du matin ou du soir, suivant que les vents soufflent de l'ouest ou de l'est» Le minimum de la nuit n'est qu'un minimum relatif, compris entre les deux maxima du soir et du matin \ »

Une seconde théorie attribue le rôle principal, dans le phénomène de l'oscillation diurne, à la vapeur d'eau dégagée sous l'influence de la chaleur solaire. D'après Dove, la pression de l'atmosphère sur le baromètre se compose de deux parties qui se confondent ou plus justement se compensent partiellement : l'une est celle de l'air; l'autre, celle de la vapeur d'eau contenue dans l'air. L'élévation de la température diminue la densité de l'air, mais elle augmente la tension de la vapeur d'eau. Pour faire la part de chacune de ces causes, Dove a retranché de la pression barométrique la tension de la vapeur d'eau, calculée pour chaque heure du jour, d'après les observations hygrométriques faites par Neuber à Apenrade, et il a eu ainsi la pression de l'air sec dans cette station. La figure 63 donne les courbes relatives aux variations diurnes de

\. Comptes rendus de l'Académie des sciences pour 1878, t. I.

Fig. 62. — Bourrelet formé par l'écoulement de l'air dilaté.

cette pression pour chacune des saisons et pour l'année entière. Elle montre qu'il n'y a plus alors qu'un seul maximum, très voisin du milieu de la nuit, et qu'un minimum vers 2 heures de l'après-midi. La double oscillation que révèlent les observations serait donc surtout l'effet des variations de la tension de la vapeur dans le cours d'une journée. Les observations faites à Halle et à Munster ne semblent pas confirmer la loi.

L'influence de la vapeur d'eau sur la pression barométrique dans le cours de l'année peut être mise en évidence par la comparaison de deux des courbes de la figure 64 avec les

Midi 3h 6b 9>l Minuit 15h I8h 2fi? Midi

Fig. 63. — Pression de l'air sec à Apenrade, aux diverses heures du jour et pendant

les diverses saisons.

correspondantes de la figure 47. Pour Calcutta, par exemple, la pression de l'air sec (courbe en traits pleins) et la pression totale (courbe ponctuée) suivent à peu près les mêmes sinuosités. C'est entre janvier et février que la différence est la plus petite, entre juin et août, c'est-à-dire dans la saison la plus chaude, qu'elle est la plus considérable.

Un météorologiste français, M. Cousté, pense, comme Dove, que c'est la vapeur d'eau qui, sous l'action calorifique du Soleil, joue le principal rôle dans l'oscillation diurne. « Elle est due, dit-il, à des variations : 1° dans la quantité de vapeur d'eau atmosphérique; 2° dans les courants verticaux ascensionnels que forment, pour une certaine part, l'air dilaté et, pour une part plus grande, la vapeur d'eau développée par le

Soleil dans les couches basses et moyennes, condensée de nouveau dans les couches supérieures. » Voici comment, d'après ce savant, s'expliquent les maxima et les minima :

« 1° Maximum du matin. — Quelques minutes avant le lever du Soleil, les rayons commencent, vu la réfraction, à atteindre les couches supérieures de l'air. Bientôt ils des-

Fig. 64. — Pression moyenne mensuelle de l'air sec à différentes latitudes

cendent jusqu'au sol, et la chaleur va croissant dans la colonne atmosphérique. Par suite, la capacité pour la vapeur d'eau y augmente graduellement, et, de la vapeur qui se forme, une portion toujours croissante se maintient, le reste allant se condenser aux couches supérieures, d'où accroissement gra-

i . Les courbes de la figure 64 appartiennent aux stations suivantes

Calcutta C, C (air sec).

Apenrade A.

Pétersbourg P.

Halle H.

duel du terme positif1 de la pression. En même temps, l'ai)' dilaté et la vapeur, en s'élevant dans la colonne, la soulèvent, d'où décroissement de la pression. Ce décroissement (terme négatif) grandit avec la vitesse d'ascension des gaz : il était nul pendant la nuit, mais arrive un moment où il compense le terme positif, pour le dépasser ensuite. La pression atteint là un maximum vers 10 heures du matin.

« 2° Minimum du jour. — Le terme négatif continue à croître en valeur absolue jusqu'au maximum de température, soit vers les 4 heures, où il commence à décroître, le terme positif continuant à augmenter un peu ou restant stationnaire ; donc minimum.

« 3° Maximum du soir. — Les deux termes décroissent graduellement, le négatif plus vite que le positif; donc la courbe de pression remontera jusqu'à ce que (vers 10 heures) commence le rayonnement nocturne, nouveau terme négatif remplaçant le terme dû à l'ascension des gaz, qui restera nul toute la nuit; d'où maximum.

« 4° Minimum de nuit. — Le terme négatif dû au rayonnement croît en valeur absolue jusqu'à quelques moments avant le lever du Soleil. Il y aura donc un minimum vers les 4 heures du matin1. »

C'est, à peu de chose près, la théorie qu'adopte M. Mohn ; mais il insiste sur l'écoulement de l'air dilaté aux limites supérieures de l'atmosphère, et sur l'influence de cet écoulement pour produire la diminution de pression de 9 à 10 h. du matin, comme le veut la théorie de Kaemtz. D'ailleurs le savant météorologiste norvégien complète cette théorie en disant : « Dans les régions intertropicales, où la différence de température entre le jour et la nuit est la plus grande possible, où l'air absorbe le plus de vapeurs et où la formation de rosée est plus considérable, l'amplitude de l'oscillation barométrique est également la plus grande possible. L'existence de circonstances analogues

1. Comptes rendus de l'Académie des sciences pour 1878, I. I.

fait comprendre que l'amplitude est plus grande dans l'intérieur des terres que sur les côtes, dans les fonds que sur les hauteurs, en été qu'en hiver1. »

Nous en resterons là, pour le moment, sur la théorie des oscillations de la colonne barométrique; nous n'avons guère parlé que des oscillations périodiques, nous réservant de dire plus loin ce qu'on sait de la cause des variations accidentelles, les plus fortes de toutes. Elles ont une relation intime avec les changements du temps, et surtout avec les perturbations atmosphériques, bourrasques, ouragans et tempêtes, mouvements tournants ou cyclones.

1. Traité de Météorologie pratique , traduction française de M. Decaudin-Labesse.