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HYDRAULIQUE. HYDRAULIQUE. aches

Pour faire des sondages de température à de grandes profondeurs, on assujettit deux ou plusieurs thermomètres Miller- Casella à la corde de la sonde, à une faible distance les uns des autres, et à quelques pieds seulement au-dessus de lanneau d'attache d’une sonde dont le poids est destiné à demeurer au fond. L’engin est descendu rapidement, et on laisse écouler cing à dix minutes après que son contact avec le fond Va détaché, avant de remonter les thermometres; il suffit même de quelques instants pour que l'instrument marque le degré vrai de la température. Pour faire des sondages de séries, c’est-àdire pour se rendre compte de la température qui règne à différents intervalles de profondeur, dans les eaux profondes, on attache les thermomètres au-dessus d’un plomb ordinaire de grande profondeur, on déroule la quantité de corde nécessaire pour chaque relevé de température, et à chacun des relevés de la série on remonte le tout. Cette opération est longue et minu— tieuse: une seule série de sondages faite dans la baie de Biscaye,

TEMPÉRATURES DES GRANDES PROFONDEUR. 253 où la profondeur était de 850 brasses, et où nous relevames la température toutes les cinquante brasses, occupa la Journée entière.

ll est bon de dire ici qu'en prenant la température du fond avec le thermomètre de Six, l'instrument n'indique jamais que la température la plus basse à laquelle il ait été exposé, de sorte qu’en supposant que l’eau du fond se fût trouvée plus chaude que celle des couches supérieures traversées par l'instrument, Vindication serait nécessairement erronée. Ceci ne peut se déterminer que par des séries de sondages; partout où la température a été étudiée pendant les expéditions du Porcupire, on a trouvé que la température s’abaissait graduellement, quelquefois d’une manière très-constante, quelquefois avec irrégularité, de la surface jusqu'au fond, où l’eau s’est toujours montrée la plus froide. Il est probable que dans certaines conditions, dans les mers polaires, par exemple, où la surface est exposée à un froid intense, la couche d’eau inférieure peut ètre la plus chaude, jusqu'au point où l'équilibre se trouve rétabli par la circulation; mais je considère ce fait comme très-rare : la règle, c’est que, si l’on en excepte une mince surface sur laquelle les variations diurnes peuvent avoir quelque influence, la température, à toutes les latitudes, va s’abaissant de la surface jusqu’au fond.

La première série sérieuse des relevés de température a été faite pendant l'expédition de sir John Ross aux mers arctiques en 1818. Le 1° septembre, par 73° 37° de latit. N. et 77° 25° de longit. O., la surface étant à 1°,3 C., le thermomètre enregistreur indiqua à 80 brasses 0° C., et à 250 brasses, — 1°,4 C. Le 6 septembre, par 72° 23’ de latit. N. et 73° 07’ de longit. O., on fit la première tentative de sondage en séries qui ait jamais été tentée. Le thermomètre fut plongé successivement à 500, 600, 700, 800 et 1000 brasses, et indiqua une température de plus en plus basse, jusqu'à la plus grande de ces profon— deurs, où il tomba à — 3°,6 C. Le 19 septembre, par 66° 50 de latit. N. et 60° 30° de longit. O., on fit encore une série

d'observations : à 100 brasses, la température indiquée était de—0°,9 C.; à 200, —1°,7 C.; à 400, —2°,2 C., et à 660 brasses, — 3°,6 C. Le 4 octobre, par 61° 41’ de latit. N. et 62° 16’ de longit. O., sir John Ross fit un sondage, mais sans trouver de fond, à 950 brasses. Le thermomètre enregistreur, descendu en même temps, marquait à cette profondeur 2° C., pendant que la surface était à 4° C. et la température de l’air à 2°,7 C. Le général sir Edward Sabine, qui a pris part à l'expédition de sir John Ross m’a appris, que ces relevés de température ont été faits avec des thermomètres enregistreurs abrités à peu près de la même manière que ceux dont on a fait usage sur le Porcupine. Ces thermomètres devaient être protégés d’une manière suffi sante, car les températures indiquées par eux aux plus grandes profondeurs sont telles qu’on pourrait les attendre des thermomètres Miller-Casella. Des instruments non abrités auraient certainement donné des indications plus élevées.

Le dernier de ces relevés, fait à une distance considérable dans le détroit de Davis, offre un intérêt tout particulier : la température de la surface était de près d’un degré et demi centigrade supérieure à celle de l'air, et celle de l’eau était d’une élévation inusitée. On sait maintenant qu’à certaines époques de l’année le Gulf-stream s'étend jusqu’à l'entrée du détroit. Les lignes isothermes pour septembre et juillet sont tracées sur la carte d’après des données qui m'ont été obligeamment fournies par M. Keith Johnston. |

Dans un extrait de son journal particulier de l'expédition de sir John Ross, cité par le D° Carpenter’, sir Edward Sabine indique une température inférieure à toutes celles qui jusque-là avaient été inscrites. «Après avoir jeté la sonde à 750 brasses, le 19 septembre 1818, dit-il, on descendit à 680 brasses le Ca ME enregistreur, dont l'index marquait, en remontant, 25°,75 Fahr. (— 3°,5 C.). Ne l’ayant jamais vu descendre au-dessous de 28° (— 2°,2 C.) dans les sondages précédents,

|. D® CARPENTER’S Preliminary Report on Deep-Sea Dredgings. Proceedings of the Royal Society of London, vol. XVII, p. 186.

TEMPÉRATURES DES GRANDES PROFONDEURS. 299 mème à la profondeur de 1000 brasses, et quelquefois tout près du fond, j’examinai avec le plus grand soin le thermomètre, sans pouvoir découvrir d’autre cause de cet abaissement extraordinaire que la seule froidure de l'eau. » Parmi les expériences qui tendent aux mêmes conclusions, nous citerons celles du lieutenant Lee, du service de surveillance côtière des États-Unis, qui en août 1847, au-dessous du Gulf-stream, par 30° 26’ de latit. N., 73° 12’ de longit. O., trouva une température de 2°,7 C. à la profondeur de 1000 brasses ; et celle du lieutenant Dayman, qui trouva une température de 0°,4 C., à 1000 brasses, par 51° de latit. N., et 40° de longit. O., la surface étant à 12°,5 C. Malgré ces faits, opinion généralement répandue parmi les physiciens et ceux qui s occupaient de géographie physique était que l’eau salée, subissant la même loi que l’eau douce, atteint sa plus grande densité à la température de 4 C. Le résultat inévitable de cette propriété, si elle existait réellement, est ainsi expliqué par sir John Herschel : « Dans les eaux très-profondes, sur toute la surface du globe, règne une température uniforme de 39° Fahr. (4° C.). Au-dessus du niveau où commence cette température, on peut regarder l'Océan comme divisé en trois grandes régions ou zones : une zone équatoriale, et deux polaires. Dans la première l’eau la plus chaude, et dans les deux autres l’eau la plus froide se

trouve à la surface. Les lignes de démarcation de ces zones sont évidemment les deux isothermes de 39° Fahr. de température moyenne annuelle. » Le D° Wallich fait un excellent résumé de cette singulière théorie : « Mais, dit-il, tandis que la température de l'atmosphère, au delà de la ligne de congélation perpétuelle, va toujours s’élevant, celle de l’eau, au-dessous de la ligne isotherme, demeure uniforme jusqu'au fond. N’était l’action de la loi d’où procède ce dernier phénomène, l'Océan tout entier se serait depuis longtemps solidifié, et terre et mer seraient devenus inhabitables pour les organismes vivants. Contrairement aux autres corps, sur lesquels toute élévation de température produit un effet de dilatation et de diminution de den-

sité, l’eau arrive à sa plus grande densité, non au degré de froid le plus bas, mais à 39°,5 Fahr.: il se passe donc ceci, qu’aussitôt que la couche supérieure de la mer a atteint ce degré de refroidissement, elle descend, ce qui permet à une nouvelle couche de monter à la surface et de s’y refroidir. Cette opération se renouvelle jusqu’à ce que toute la couche supérieure soit réduite à la température de 59°,5. Alors elle cesse de se contracter, subit un effet de dilatation, devient plus légère que l’eau qui se meut au-dessous delle, se refroidit toujours plus, et se congèle à 28°,5. C’est ainsi qu'en vertu d’une loi qui n’est exceptionnelle qu'en apparence, l’équilibre de la circulation océanique peut se maintenir, pendant qu'à l'équateur la température moyenne de la couche d’eau supérieure, qui est de 82° Fahr., décroit gra— duellement, pour arriver à 1200 brasses à 39°,5 Fahr., qu'elle conserve jusqu’au fond dans les régions polaires du nord et du sud; jusqu'à 56° 25’ de latitude dans chaque hémisphere, la température va s'élevant, de la surface en bas, jusqu’à la ligne isotherme, au delà de laquelle elle demeure stationnaire, ainsi qu'il a été dit plus haut. De la il résulte qu'à 56° 25” de latitude, la température est uniforme de la surface jusqu'au fond, et il est prouvé par observation qu'à 70° de latitude environ, la ligne isotherme se trouve à 790 brasses au-dessous de la surface '. »

Il n’est pas douteux que cette théorie, qui depuis quelques années était universellement acceptée, ne soit complétement fausse. Il a été démontré par M. Despretz”, à la suite d’une série d'expériences faites avec le plus grand som, et qui, depuis, ont été répélées avec le mème résultat, que l’eau de mer, en sa qualité de solution saline, augmente de densité en se contractant, jusqu'à ce qu’elle arrive à son point de congélation: ce phénomène a lieu, lorsqu'elle n’est soumise à aucun mouvement, à environ — 3°,67 C. (25°,4 Fahr.), et lorsqu'elle 200 de

est agitée, à

1. Dr Waxuicu, North Atlantic Sea-bed, p. 99. 2. Recherches sur le maximum de densité des dissolutions aqueuses. (Loc. cit.)

Les études de température faites par sir James Clarke Ross, pendant son expédition de 1840-41 aux mers antarctiques, paraitraient donner gain de cause à la théorie de l’uniformité de la température à 4°,5 C., à une grande profondeur; mais il est aussi évident que ses observations ont été faites avec des instruments non abrités, tandis qu’en 1818 sir John Ross s’est servi de thermomètres garantis contre toute pression. On ne peut donc les accepter que comme une preuve qu'aux latitudes tout à fait méridionales, la température de la surface est quelquefois plus basse que celle des couches profondes; mais le calcul de l'écart causé par la pression ne peut se faire d’une manière certaine, puisqu'il dépend de la façon dont étaient construits les thermomètres employés : ces corrections doivent, dans tous les cas, réduire considérablement les différences que les instruments ont indiquées entre ces températures extrêmes.

Un certain nombre de thermomètres du modèle du Bureau hydrographique ont été employés à bord du Lightning, et le commandant May s’en servait pour faire des relevés de température. Nous eimes plus tard, au retour, l’occasion de les éprouver, et nous connaissons maintenant d’une manière à peu près certaine, pour les avoir nous-mêmes expérimentés, la somme de leur écart, En parlant des températures relevées par le Lightning, j'entends done les températures prises avec des thermomètres ordinaires, mais corrigées approximativement d’après le thermomètre Miller-Casella, dont plus tard on a fait usage sur le Porcupine.

En quittant Stornoway sur le Lightning, le 11 août 1868, nous primes la direction des banes de Faréer, et, jetant la sonde dans 500 brasses, à 60 milles environ de la pointe de Lews, nous trouvames une température de fond de 9°,4 C. avec le thermomètre ordinaire de Six, seul modèle qui fût alors en usage. Cette température, abstraction faite de la pression, se trouva réduite à 7°,8 C. Une telle élévation du thermomètre ne laissa pas que de nous causer quelque étonnement et de nous in-

spirer quelques doutes à l'endroit de l’exactitude de ce sondage,

qui avait été fait par une assez forte brise; ceux que nous fimes plus tard au même endroit vinrent pourtant en confirmer l'exactitude. La moyenne de la température sur les banes de Faréer était de 9° C., au-dessous de 100 brasses, pendant que celle de la surface était de 12° C. Mais les indications de température n’ont que peu de valeur sur cette côte, où l’eau doit certainement subir à quelque degré dans tonte sa profon— deur l'influence de la radiation directe du soleil. Le relevé suirant s'est fait par 60° 45’ de latit. N. et 4° 49° de longit. O., à une profondeur de 510 brasses, avec température de fond de — 0°,5 C., à 140 milles environ, directement au nord du cap Wrath. Après cela vient une série de sondages, n° 7, 8, 10 et 11 de la carte (pl. D, faits en traversant la partie septen— trionale du détroit qui se trouve entre l'Écosse et le plateau des Faréer; ils donnèrent, en suivant l’ordre où ils sont indiqués, — 1°,1, — 1°,2, — 0°,7, et — 0°,5 C. Le n° 9, par 170 brasses de profondeur et une température de 5° C., ne doit compter que comme exception; c’est là, selon toute apparence, le point culminant d’une aréte ou d’un bane. En draguant à cette station, nous trouvames de nombreux exemplaires du rare et beau 7erebratula cranium; mais l’année suivante, nous cherchames cet endroit-la avee le Porcupine, sans réussir à le retrouver. Le 6 septembre, nous avons sondé et fait des relevés de température par 59° 36’ de latit. N. et 7° 20’ de longit. O., avec 530 brasses; la moyenne de trois thermomètres, qui ne différaient guère l’un de l’autre de plus du tiers d’un degré, indiqua une température de fond de 6°,4C. Dans la matinée du 7 septembre, par 59° 5’ de latit. N. et 7° 29'de longit. O., on fit un sondage de température à la profondeur très-modérée de 189 brasses, et l’on trouva 9°,6 C. Les trois sondages portant les n° 13, 14 et 17, aux profondeurs respectives de 650, 570 et 620 brasses, et s'étendant à l’ouest de l’Atlantique du Nord, jusqu'à 12° 36’ O., indiquèrent une température de fond de 5°,8, 6°,4 et 6°,6 C., dans l’ordre de leurs numéros.

Le résultat général de ces recherches nous a paru remarquable. La région que nous n'avions précédemment étudiée que d’une manière incomplète, comprenait d’abord le canal, large d’environ 200 milles, qui s’étend entre la limite septentrionale du plateau de la Grande-Bretagne et le bas-fond dont les îles Farôer, avec leur grande étendue de côtes, sont le point culminant; la plus grande profondeur y est inférieure à 600 brasses; puis une partie restreinte de l’Atlantique du Nord, située à l’ouest et au nord de l’ouverture du canal. Dans ces deux espaces rapprochés, qui communiquent librement en— semble, et qui ont une température de surface presque iden— tique, les conditions de climat sont totalement dissemblables pour les couches inféricures. La moyenne de la température, dans le canal des Farôer, est à 500 brasses de profondeur de — 1°,0 C., tandis qu'à la même profondeur, dans l’Atlantique, l'index minima s’arrétait sur + 6° C.; la différence était done de 7 C., ou près de 13° Fahr.

La conclusion que nous avons promptement tirée de ces phénomènes, et qui nous en a paru être la seule explication possible, c’est qu'un courant arctique d’eau glacée venant du nord-est se glisse dans le canal des Farôer, et coule dans sa partie la plus profonde, à cause de sa densité plus grande; tan— dis qu'une masse d’eau chauffée à un degré supérieur à celui de la température normale de cette latitude, et provenant con— séquemment de quelque source méridionale, s’achemine vers le nord en traversant son extrémité occidentale, et en remplis— sant, depuis la surface jusqu'au fond, toute cette partie relativement peu profonde de |’ Atlantique.

Ces études ont établi d'une manière qui n’admet pas le doute plusieurs faits importants et d’une application générale, en ce qui touche la géographie physique. Elles ont démontré que, dans la nature comme dans les expériences de M. Despretz, l’eau de la mer ne participe pas aux conditions de l’eau douce, qui, ainsi que cela est connu depuis longtemps, atteint sa densité la plus grande à 4° C.; mais, comme la plupart des autres

liquides, l'eau de mer augmente de densité jusqu’à son point de congélation. Elles ont fait connaître aussi que, par l'effet du mouvement de grandes masses d’eau, de températures diffé rentes, dans des directions diverses, on peut trouver très-rap— prochées l’une de l’autre deux régions de l'Océan dont le fond présente un climat fort dissemblable. Cette découverte et celle d’une vie animale abondante à toutes les profondeurs ont une portée des plus sérieuses pour l'étude de la distribution des espèces et pour l'explication de certains faits de paléontologie.

La croisière du Lightning avait eu lieu dans des circonstances si peu favorables aux recherches sérieuses, que nous convinmes ensemble de saisir la plus prochaine occasion qui s’offrirait, de parcourir de nouveau cette région, pour tracer les limites de ces espaces chauds et froids, et en étudier les conditions avec plus de soins. Le Porcupine ayant été mis à notre disposition l’année suivante, le D' Carpenter et moi quittâmes Stornoway le 15 aout 1869. Cette fois-ci tout nous souriait : le temps était magnifique, le navire parfaitement équipé en vue de nos recherches, et nous étions pourvus de thermomètres Miller-Casella, sur la fidélité desquels nous pouvions compter. On trouvera à l’Appendice À, à la suite de ce chapitre, un tableau des précieux relevés thermo-métriques faits par le capitaine Calver pendant cette expédition.

Parvenus à l'endroit où, l’année précédente, nous avions fait notre premier sondage, nous y relevons une température de région chaude de 7°,7 C. (station n° 46, pl. IV). Nous nous dirigeons ensuite lentement vers les bancs de pêche des Faroer, relevant et inscrivant successivement aux stations 47, 49 et 50 : 6°,5, 7°,6 et 7°,9 C. A 40 milles environ au S. du bane, à la station 51, nous trouvons un abaissement sensible de température : le thermomètre indique 5°,6 C. à 440 brasses de profondeur; à 20 milles, en allant directement au N., un sondage (station 52) fait par 60° 25° de latit. N., 8° 10’ de longit. O., avec une profondeur de 380 brasses seulement; donne un minimum de température de — 0°,8 C., qui prouve que nous

avions franchi la limite et que nous nous trouvions dans la région froide.

Arrivés là, nous demandons au capitaine Calver de faire un sondage en série, pour relever la température à toutes les 50 brasses de profondeur. La chose fut faite, et voici quels en ont été les résultats :

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Nous avons done constaté que le minimum de température se trouve au fond; c’est ce que nous avons trouvé pour toute la région que nous avons étudiée, quelle que fût la température du fond. Nous avons constaté aussi que la décroissance de la température, de la surface jusqu’en bas, n’est point uniforme, mais qu'après avoir eu une certaine régularité pendant les 200 brasses qui succédaient à la couche de surface, il survenait, de 200 à 300 brasses, un abaissement extraordinairement rapide de plus de 7° C. A 300 brasses de profondeur, le minimum de la température est à peu près atteint.

Les quelques relevés suivants (stations 53 à 59) ont été fails dans les limites de la région froide, et nulle part la température du fond, à des profondeurs qui variaient entre 360 et 630 brasses, ne tomba au degré de congélation de l’eau douce ; sur un seul point (station 59), par 60° 21” de latit. N. et 5° 41’ de long. O., l'index s'arrêta à — 1°,3 C. Le samedi 21, nous fimes un sondage à 187 brasses, sur l’extrème bord du plateau des Faréer, à 20 milles environ au nord de la station précédente, qui nous donna une température de 6°,9 C., ce qui nous avertit que nous étions sortis des limites du bassin froid.

Les deux premiers sondages qui suivirent notre départ de Thorshaven (stations 61 et 62) se trouvèrent dans les bas-fonds

du bane de Faréer, à 114 et 125 brasses, avec une tempéra— ture de 7°,2 et 7°,0 C.; mais, après une course de 80 milles, la station suivante (n°63), avec 317 brasses et 0°,9 C., nous prouva que nous étions rentrés dans les limites de la région froide. De ce point, franchissant le détroit dans la direction du $. E., vers l'extrémité septentrionale des Shetland, nous traversons la région froide dans sa partie la plus caractérisée. A la station 64, par 61° 21’ de latit. N. et 3° 44’ de longit. O., nous trouvons une profondeur de 640 brasses, avec une température de fond de — 1°,2 C. Un sondage en série nous donne des résultats qui ressemblent beaucoup à ceux du n° 52. La température de la surface est plus basse, et celle de la couche inférieure jusqu'à 200 brasses légèrement plus basse; à 350 brasses elle se trouva un peu plus élevée :

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Sur ce point cependant, l'eau glacée du courant arctique, qui remplit le fond de ce grand sillon, a tout près de 2000 pieds d'épaisseur, et l’eau tempérée qui le recouvre a une profondeur à peu près égale. Toutefois la moitié inférieure de cette couche est à une température fort abaissée par l'effet du mélange. La figure 55 représente le résultat général des observations faites dans la région froide. La profondeur, à la station suivante (n° 65), est de 354 brasses, annonçant l'approche des bas-fonds de Shetland: cependant la température est encore

basse, presque exactement à 0° C. La station 66, à 18 milles plus loin, dans la direction des eôtes des Shetland, donne une profondeur de 267 brasses avee température de fond de 7°,6 C., celle de la surface étant de 11°,3 C.

Nous étions sortis du sillon où coule le courant glacé, pour passer dans les profondeurs moindres, remplies depuis la surface jusqu’au fond par la couche méridionale chaude.

La série suivante de sondages, du n° 67 au n° 75, a été faite, soit dans les bas—fonds des Shetland, soit dans les eaux sur le rebord du plateau, mais pas assez profondément pour attemdre le courant glacé. Il est assez remarquable que les deux sondages n° 68 et 69, faits à 79 et 67 brasses à l'E. de Shetland, viennent donner une température de fond de 6°,6 C., tandis qu’une série faite à l'ouverture occidentale des Fa-— rer a donné, à la même profondeur, une température d'environ 8°,8 C. Cette circonstance, réunie à d’autres dont il sera fait mention plus tard, semblerait indiquer qu'une nappe considérable d’eau froide s'étend sur le lit trés-peu profond de la mer du Nord.

Aux stations 76 à 86, qui toutes sont situées sur les confins méridionaux de la région froide, nous faisons des son— dages de température dans le but de nous rendre compte de la position de ces limites du côté du sud; ces sondages

Fic.