LES PHÉNOMÈNES DE PESANTEUR A I.A SURFACE DE LA TERRE

On peut définir la pesanteur en disant que c'est la cause de la chute des corps abandonnés à eux-mêmes, dans le vide, dans l'air ou dans un fluide de moindre densité; mais on la pourrait définir encore en disant que c'est la force en vertu de laquelle les corps en repos ou en équilibre pressent sur ceux qui leur servent d'appui. Ces deux modes d'action correspondent aux termes de force vive et de force morte, termes qui « distinguent, selon l'expression de d'Alembert, la force d'un corps actuellement en mouvement d'avec la force d'un corps qui n'a que la tendance au mouvement ».

La pression dont nous parlons peut être rendue manifeste et mesurée par la tension d'un ressort; elle devient sensible à nos organes par l'effort qu'ils font pour soutenir ou maintenir en équilibre les corps pesants; tel est le cas d'une pierre que nous soulevons et que nous soutenons avec la main. Prenons une masse solide, un morceau de plomb ou de fer, et suspendons-le à l'extrémité inférieure d'un fil, d'une corde flexible que nous fixons par un procédé quelconque à son extrémité supérieure : le fil ou la corde resteront tendus ou en ligne droite, que le système soit ou non en équilibre; cette tension, qui persiste tant que le fil suspenseur n'est point coupé ou ne casse pas sous l'effort, est un autre mode d'action do la pesanteur et un témoignage de la continuité de cette action.

La chute verticale d'une masse solide, la pression d'un corps sur son appui, ajoutons-y le mouvement oscillatoire d'une masse pesante suspendue à un fd dévié de la verticale, voilà sous leur forme la plus simple les phénomènes dus à la pesanteur, et dont les lois, rigoureusement déduites de l'observation expérimentale et du calcul , ont conduit à de si importantes conséquences sur l'ordre de l'univers. Nous nous proposons d'exposer les unes et les autres dans les chapitres qui vont suivre. Mais auparavant il ne sera peut-être pas sans intérêt de résumer dans un tableau rapide les formes variées sous lesquelles la pesanteur se présente à l'observateur à la surface du globe terrestre, dans ses relations nécessaires avec l'action des autres forces naturelles.

Puisque toutes les molécules matérielles, solides, liquides ou gazeuses , formant tous les corps dont se compose la masse de la Terre, tant à sa surface que dans les profondeurs de ses couches internes et dans les hauteurs aériennes de son atmosphère, sont soumis à l'action continue de la pesanteur, il est clair que cette force a joué et joue encore un rôle prépondérant dans l'état général d'équilibre qu'affecte cette masse. La portion de la charpente terrestre accessible à l'observation , c'est-à-dire l'ensemble des couches solides qui en constituent l'écorce, forme un tout à peu près permanent, stable, sauf les lentes variations , les mouvements d'oscillation séculaire constatés en diverses régions par les géologues. Cette stabilité relative est le résultat des pressions mutuelles dues à la force de la pesanteur qui s'exerce entre toutes les particules matérielles du globe, mais qu'on peut considérer comme ayant son siège ou sa résultante générale à son centre. Cette tendance est contrebalancée d'un côté par la réaction des masses solides contre une compression indéfinie, de l'autre par. la force centrifuge due au mouvement du globe sur son axe.

S'il paraît démontré que la Terre a été fluide à son origine, d'abord à l'état de nébuleuse diffuse, puis condensée en un noyau liquide ; s'il est ju'obable (|ue des millions d'années ont

été nécessaires à la réalisation des condensations successives grâce auxquelles notre globe est devenu ce qu'il est aujourd'hui; si enfin ces condensations proviennent du refroidissement graduel de la masse, on voit que la genèse du globe est le résultat d'une lutte entre deux forces opposées, l'une tendant à la réunion, à la concentration des molécules de la nébuleuse primitive, l'autre, au contraire, tendant à l'expansion, à la répulsion. La première de ces forces est la pesanteur ou gravité, la seconde est la chaleur.

Cette lutte n'est d'ailleurs pas terminée, comme le prouvent les mouvements fréquents de trépidation connus sous le nom de tremblements de terre, ainsi que les éruptions des volcans, éruptions de laves dans les uns, de matières boueuses dans les autres , jets de nappes aqueuses tels que sont les colonnes liquides des geysers d'Islande, ou encore les gerbes jaillissantes de la vallée de la Firehole.

On ne sait encore pas d'une manière positive quel est l'état physique du noyau intérieur du globe dans les profondeurs qui dépassent celles où ont pu pénétrer les travaux des mines. On n'a pu déterminer cet état par l'expérience, et deux théories se partagent aujourd'hui les physiciens et les géologues, dont les uns persistent à admettre la fluidité de ce noyau, l'incandescence des matières dont il est formé, tandis que les autres regardent le globe comme solidifié jusqu'aux trois quarts au moins de son noyau à partir du centre, ou même ne pensent pas qu'il y ait des couches fluides continues. Mais on verra néanmoins qu'il est permis d'affirmer que la disposition des couches du noyau s'est faite dans l'ordre de leurs densités, c'est-à-dire les plus lourdes étant au centre, les plus légères à la surface. Ce sont les conditions mêmes que l'expérience a montrées nécessaires à la stabilité des liquides, à leur équilibre sous l'action de la pesanteur.

Au reste, dans les parties du globe accessibles à l'observation, tel est précisément l'ordre de succession des matériaux qui les composent. A la base, la masse solide ou le sol ; vient

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ensuite sur ies trois quarts de la surface, à des profondeurs variables, la partie liqmde ou Vocéan; puis, surmontant les terres et les mers, les substances gazeuses ou Vair.

Ces diverses parties pèsent les unes sur les autres, chaque couche pressant celle qui est immédiatement au-dessous d'elle. Mais si le sol et les couches sous-jacentes sont dans un état ])resque permanent d'équilibre, grâce à la cohésion moléculaire qui constitue la solidité, il n'en est déjà plus de même dans la partie liquide, dont les couches supérieures sont sans cesse agitées par les marées, les vents, les courants ; et la partie gazeuse ou l'atmosphère est presque constamment troublée par l'action incessante et variable d'agents distincts de la pesanteur. Si aucune cause extérieure n'agissait sur l'eau des mers, des lacs, ces masses liquides resteraient en repos dans leurs lits, dans leurs bassins; mais les variations de température, l'action des vents, celle des marées luni-solaires déterminent des mouvements irréguliers et des oscillations périodiques d'oii résulte, au lieu du repos, une agitation perpétuelle. A la vérité, l'équilibre constamment troublé est ramené constamment , ou du moins est maintenu entre des limites restreintes, qui dépendent de la densité des eaux de la mer, des frottements qu'éprouvent leurs molécules. Circonstance remarquable! Laplace, ayant cherché quelles sont les conditions de la stabilité de l'équilibre des mers, a prouvé qu'il suffisait que la densité des eaux de l'Océan fût moindre que celle de la Terre, condition précisément réalisée dans la nature : plus légères, les eaux de la mer, seraient dans un perpétuel état de mobilité; plus lourdes, les écarts d'équilibre produits par des causes accidentelles pourraient devenir considéi'ables, et occasionner sur les continents et les îles d'effroyables catasti'ophes.

C'est dans l'atmosphère que la lutte des foi'ces opposées donne lieu aux variations les plus rapides et les plus étendues. Supposons les masses fluides de l'air soumises uniquement à la pesanteur : le calme le plus profond y régnerait ])erpétuellement ; toutes les couches de l'air superposées en couches

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concentriques de densité décroissante resteraient en équilibre permanent, appuyées les unes sur les autres et sur le sol par leurs mutuelles pressions. Des marées s'y produiraient toutefois comme dans l'océan, et les seuls courants qu'on y pourrait constater proYiendraient des résistances inégales que les reliefs continentaux opposeraient à la propagation de l'onde gazeuse, et peut-être aussi des mouvements que l'onde liquide des marées océaniques déterminerait dans les couches aériennes surplombantes. Un tel équilibre est, en réalité, constamment rompu par l'action incessamment variable de la chaleur solaire, qui change l'état hygrométrique, thermique et électrique, provoque des courants ascendants on descendants , et tous ces phénomènes variés dont l'ensemble est l'objet de la partie physique du globe connue sous le nom de météorologie. Du reste, sans l'action de la pesanteur sur les couches gazeuses de l'atmosphère, aucun obstacle ne s'opposant à une expansion indéfinie, l'atmosphère terrestre aurait bientôt disparu, dissipée dans l'esjiace par la force centrifuge qui naît du mouvement de rotation. Ainsi, c'est la gravité qui maintient l'équilibre à la surface de notre planète, et qui le rétablit lorsqu'il a été troublé par l'action des autres forces |>hysiques.

Donnons encore quelques exemples de cette lutte incessante d'où naît l'ordre que nous voyons présider aux phénomènes du monde physique terrestre, lutte sans laquelle ou bien ce serait un repos, un silence perpétuels, l'absence en un mot du mouvement, c'est-à-dire de la vie, ou au contraire le chaos résultant d'une instabilité sans limites.

La force calorilique des l'ayons solaires produit, comme on sait, l'incessante évaporation des couches superficielles des mers et de toute autre masse liquide exposée à son action. La vapeur ainsi formée s'élève dans l'air, grâce à la densité plus faible de ses molécules comparées à celle de l'air ambiant; et ce mouvement ascensionnel est produit par la pression des couches aériennes, c'est-à-dire est ini effet de la pesanteur. De là naissent, par une condensation dont on a étudié les causes,

los nuages , puis leurs mouvements sous l'influence de courants d'origine variable, et en dernier lieu les pluies, neiges, grêles, etc., c'est-à-dire en définitive le retour des eaux évaporées à la SLirlace du sol. Des eaux pluviales ainsi précipitées par l'action de la pesanteur, une partie s'écoule sur les pentes des terrains, forme les ruisseaux, rivières et fleuves; une autre partie s'infiltre dans le sol, et donne lieu aux cours d'eau souterrains, aux sources, etc., de sorte que c'est encore la gravité terrestre qui ramène les masses liquides à leur réservoir commun, l'Océan.

Dans cette circulation à la fois périodique et continue, dont l'origine est la radiation solaire ou la chaleur d'une part, la pesanteur de l'autre, que de phénomènes variés, curieux, '"ayant leur siège soit au sein de l'atmosphère, soit à la surface du sol, et qu'il serait trop long de décrire ! Bornons-nous à quelquesuns des plus remarquables, où nous voyons la force de pesanteur intervenir avec une puissance destructive étonnante. L'action des eaux sur le sol, incessamment répétée pendant de longues accumulations de siècles, a creusé les lits des fleuves, en ronge tous les jours les berges, entraînant les matériaux désagrégés qui se déposent plus loin en atterrissements, en bancs de sable ou de limon. L'infiltration des eaux de pluie dans le sol, infiltration due à la pesanteur au moins pour une grande part, désagrège les terrains et les roches ; souvent elle les mine et donne ainsi lieu aux éboulements qui dénudent les flancs des montagnes et des collines, et, à la longue, comblent les vallées. Souvent un tel travail de désagrégation reste inaperçu jusqu'au jour où éclate la catastrophe. Des masses considérables de roches, minées à leur base, tout à coup perdent l'équilibre et, en glissant ou se pi'écipitant, détruisent tout sur leur passage. Des montagnes entières ont ainsi recouvert de leurs débris des villages et des villes, et l'histoire a enregistré de nombreux exemples de ces terribles événements. Au treizième siècle, le mont Grenier, dont le sommet domine encore les montagnes qui bordent au sud la vallée de fJiiinibéi y, s'écroula en partie, et

ensevelit la petite ville de Saint-André et plusieurs villages : on montre encore les abîmes de Myans, sous lesquels gisent les débris et les victimes. En 1800, un éboulement non moins terrible précipita, des flancs du mont Rulfi dans la vallée de Goldau, une masse énorme de rochers qui ensevelirent complètement plusieurs villages et comblèrent une partie d'un petit lac voisin. Il serait superflu de montrer par des calculs quelle est la puissance deslructive de semblables.masses, précipitées par la pesanteur, d'une hauteur souvent prodigieuse, et dont la vitesse s'accélère avec la distance.

Les avalanches sont des phénomènes du même ordre, d'ailleurs beaucoup plus fréquents que les éboulements de roches et de montagnes. Les masses de neige, accumulées sur le flanc incliné d'une montagne, ou sur le bord d'un précipice, glissent sous leur propre poids, puis se détachent et tombent, broyant tout dans leur chute. Souvent il suffit d'un faible choc, d'un coup de pistolet, d'un cri môme, pour déterminer la rupture de l'équilibre et provoquer le phénomène. Dans les icebergs, ou montagnes de glace des régions polaires, la pression des blocs les uns sur les autres donne lieu à des phénomènes analogues, où la force irrésistible de la pesanteur manifeste encore sa puissance. Les glaciers, ces fleuves de neige solidifiée, passée à l'état de glace compacte, descendent les pentes des montagnes sous la pression du poids des couches supérieures qui les forment : ce mouvement de progression lente est si énergique, que les roches latérales et sous-jacentes sont striées et polies par la masse cristalline et par les débris de pierres et de cailloux qu'elle entraîne'.

1. Quand on se reporte par la pensée aux époques si éloignées où les continents actuels se sont formés, où le relief des chaînes de divers âges s'est modelé, on se demande quelles furent les forces internes capables de soulever ces masses en surmontant l'action toujours présente de la pesanteur. Pourquoi le sol n'est-il pas formé d'assises horizontales, régulières, nivelées, indice d'un équilibre qui se serait peu à peu établi en suivant les lois de la statique des corps solides ou liquides? Est-ce par une action brusque, ou par de lents et progressifs soulèvements que les forces internes dont nous parlons sont parvenues à vaincre la gravité terrestre? En tout cas, cette dernière l'eprend peu à peu sa prépondérance et reconquiert son empire. Elle profite de tout ce que 1ns agents atmosphériques, la chaleur solaire et l'humidilé.

Dans les éruptions Yolcaniqnes, les forces explosives des gaz intérieurs projettent souvent dans ratmos[(hère des cendres, des fragments de pierre et de véritables rocbei'S. Mais si ces masses sont en apparence soustraites, pour quelques instants, à l'action de la gravité, la lutte des deux forces n'est pas de longue durée, et les projectiles, obéissant à l'invincible loi de tous les corps terrestres, viennent retomber à la surface du sol.

Tous ces faits sont si connus, si à la portée de l'observation de tous, qu'il serait presque puéril de les rappeler à la mémoire, sans l'intérêt qu'ils offrent au point de vue de la physique terrestre ou de l'bistoire de notre planète. N'est-il pas en effet curieux d'assister, au moins par la pensée, au spectacle des changements qui s'opèrent, d'une façon continue, dans la structure extérieure de la planète, sous l'action des forces opposées dont nous n'avons fait d'ailleurs qu'une énumération imparfaite? L'ouvrage des réactions dues sans doute à la chaleur interne, c'est-à-dire le soulèvement des reliefs continentaux, des chaînes de montagnes, des cônes volcaniques, se trouve peu à peu détruit par l'influence des agents météoriques. Lentement, de siècle en siècle, des fragments de ce relief sont entraînés ou s'écroulent, et cette désagrégation où nous avons vu que la pesanteur terrestre intervient d'une façon active, est encore accrue par l'action de la gravité de la Lune et du Soleil, laquelle produit les phénomènes périodiques des marées. Un jour peutêtre la science aura fait de tels progrès, qu'on pourra à la fois lire dans le passé de la planète et deviner quelques-unes de

détachent des l oclies, de la désagrégation incessante qui en est la conséquence, pour charrier ces résidus par mille ruissclets du sommet des montagnes dans les rivières, puis dans les fleuves et finalement dans la mer. Ainsi la pesanteur détruit peu à peu tout ce que les forces opposées avaient soustrait à son action; et avec le temps elle efface ces reliefs. D'autre part, l'action des marées attaque les falaises, m'ne peu à peu les côtes, et c'est encore la' pesanteur, sou^ une manifestation différente, qui contribue h ramener la Terre h son niveau primitif. En accu mutant les millions d'années, on pourrait calculer l'époque où cette œuvre de nivellement serait terminée, à supposer toutefois que les puissances ennemies ou internes n'aient pas C'inli'ebalanté la pesanteur el soulevé de nouvelles îles au sein de l'océan, formant ainsi de nouveaux continents, de nouvelles chaînes de montagnes.

ses futures transformations. En attendant, de telles hypothèses ne doivent être considérées que comme des conjectures, dont le degré de probabilité sera en rapport avec la somme des faits positifs et des lois établies qui leur serviront de base. En ce qui concerne les faits et les lois de la pesanteur, on peut afiirmer qu'il reste peu de chose à désirer en fait de précision et de démonstration expérimentale ou théorique : c'est ce que nous espéronsfaire voir clairement dans les chapitres qui vont suivre.