CHAPITRE XI
Les cerfs- volants météorologiques.
Expériences de Hervé-Mangon. — L'anémomètre de Goupil. — Lp dub des Mazanas. — L'observatoire de Blue-Hill. — Les cerfs- volants météorographes. — Les sondes aériennes de l'observatoire de Trappes. — L'observatoire aérien de M. Wenz. — Les travaux de M. L. Teisserenc de Bort.
L'emploi des cerfs-volants comme moyen d'étudier les hautes régions de l'atmosphère au point de vue météorologique est une des applications les plus fécondes qui aient été faites du cerf- volant, et une de celles où les résultats scientifiques seront probablement les plus importants.
Créer en n'importe quel point un observatoire où l'étude des différentes couches de l'atmosphère, des courants d'air, de la force et de la direction du vent, de la température, de l'hygrométrie, etc., puisse se faire à tout instant et à toute altitude, tel est le problème que résolvent aisément les cerfs-volants météorologiques à l'aide des moyens les plus simples. Ils permettent d'obtenir la coupe en travers, si l'on peut s'exprimer ainsi, des couches atmosphériques à un moment donné, et la connaissance de l'état de l'air à diverses altitudes, en un même lieu, est de la plus haute importance pour la météorologie, la prévision du temps et la physique du globe.
Cette si curieuse et si importante application du cerf-volanl, pour être toute récente, n'en est pas moins déjà riche en résultats, et c'est peut-être cette application toute sciefltifiqjie qui vaudra enfin au cerf-volant d'être définitivement affranchi de l'appellation grotesque de jouet d'enfant, qui, depuis tant de siècles,
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Yaut la défaveur des gens sérieux à cet admirable instrument, l'un des plus étonnants certainement que le génie de l'homme ait enfantés !
Il est aussi injuste d'appeler le cerf- volant un jeu d'enfant, parce que les enfants s'amusent avec raison d'un appareil formé de deux bâtons en croix recouverts d'une feuille de papier, qu'il serait ridicule d'appeler jouet d'enfant une locomotive ou un torpilleur, sous prétexte qu'on trouve dans les bazars à treize sous des bateaux en fer-blanc et des chemins de fer en zinc.
Il suffit de voir un de ces admirables cerfs-volants météorologiques enlevant à plusieurs milliers de mètres de hauteur des appareils météorologiques enregistreurs de la plus grande précision et retenus à terre par un fil d'acier manœuvré par un treuil à vapeur, pour comprendre le prix qu'attachent enfin au cerf- volant les savants de tous les pays du monde et les services qu'il rend à la science.
L'idée de faire du cerf-volant cette application si intéressante paraît due à des savants de notre pays.
En 1877 ou 1878, M. Hervé-Mangon, dans la Manche, fit des essais pour enlever jusqu'à 5oo mètres de hauteur une série d'appareils enregistreurs, baromètres, thermomètres, hygromètres, etc., au moyen d'un cerf-volant capable de supporter le poids de ces appareils, soit environ 5 à 6 kilogrammes. Ces tentatives de M. Hervé-Mangon suscitèrent des recherches dans ce sens de différents côtés, et amenèrent notamment, de la part de M. Ch. du Hauvel, ingénieur des Arts et Manufactures, l'étude d'un projet de cerf- volant de grande taille, du poids total de 100 kilogram-mes, capable de se maintenir à 100 mètres de hauteur à partir d'un vent de 8 mètres par seconde. L'étude toute théorique de M. du Hauvel portait principalement sur le moyen d'assurer la stabilité du cerf- volant et son équilibre à la hauteur voulue, malgré les rafales qui tendraient à le faire monter plus haut. Il arrivait à ce résultat en munissant son appareil d'un plan de tête incliné en arrière (organe régulateur) et de brides élastiques. Nous en avons d'ailleurs parlé dans un
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chapitre précédent. Ce cerf-volant météorologique devait être enlevé par un premier cerf-volant plus petit, retenu au grand par une corde de 5o mètres de longueur. Ce cerf-volant de tête aurait pu, dans la pensée de l'auteur, être employé comme observatoire élevé pour certaines expériences, par exemple pour l'étude de l'état électrique de l'atmosphère.
En 1880, à la séance du 8 juillet de la Société française de Navigation aérienne M. Jobert attira de nouveau l'attention sur ridée de se servir des cerfs-volants comme appareils d'études météorologiques et insista sur la supériorité qu'ils pré-
FiG. 128. — Anémomètre Goupil pour cerfs-volants.
sentent à ce point de vue sur les ballons captifs ou libres. En 1882 et 1884, M. Archibald enleva, en Angleterre, au moyen de cerfs-volants, des anémomètres à 5oo mètres d'altitude.
Quelques années plus tard, en 1886, M. A. Goupil décrivit dans L'Aéronaute un anémomètre pour cerf-volant (fig. 128) destiné à mesurer la vitesse du vent dans les couches atteintes par l'appareil.
« Proche de l'appareil aérien captif est une solution de continuité dans la corde de retenue, dont les deux extrémités se rattachent aux menottes B et G d'un crochet d'attelage A, formant chape à sa partie inférieure. Dans cette chape oscille, en équilibre, l'anémomètre qui comprend: un axe horizontal terminé
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par quatre ailettes directrices E, et équilibré par une masse de plomb P. E est une turbine qui fait un tour environ par mètre -de vitesse du vent ; elle communique le mouvement de rotation, mais à une vitesse six fois plus réduite, au tambour G, lequel est peint en blanc sur une moitié de son pourtour et en noir sur l'autre moitié.
« Un timbre et des roues dentées sont placées dans l'intérieur du tambour. Toute la construction est légère, sauf la tige D et la pièce A qui sont robustes.
u A chaque tour de tambour, le timbre sonne ; on a donc, par l'ouïe et par la vue, la perception du nombre de tours du tambour que l'on peut compter pour une minute. Les vitesses de vent à utiliser sont comprises entre 4 mètres et i4 mètres, auxquels cas les coups de timbre et les apparitions blanches ou noires seront donc de 4o à i4o par minute.
« Il convient de déterminer préalablement les nombres correspondant à des vitesses bien connues du vent ; pour cela, on fixe l'anémomètre au bout d'une perche placée horizontalement sur une locomotive, de façon que l'anémomètre soit au moins à 6 mètres en avant de la machine. En opérant un jour de calme plat, on pourra, par le comptage des coups de timbre et des secondes, entre deux poteaux kilométriques, connaître le nombre des coups pour la vitesse connue de la machine ; ayant déterminé la relation pour diverses vitesses, il sera facile, par le tracé graphique, de déterminer les relations pour les vitesses intermédiaires (i). »
Cet anémomètre était proposé par M. Goupil pour contrôler les expériences faites à cette époque sur le cerf-volant de M. Maillot, dont nous avons parlé précédemment. Celui-ci, prévoyant l'intérêt de l'application des cerfs-volants à la météorologie, tourna d'ailleurs ses travaux de ce côté, et présenta au mois de février 1888 à la Société française de Navigation
(i) L'Aéronaute, août 1886, p. 147.
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aérienne un cerf-volant étudié spécialement pour les observations météorologiques à grande hauteur.
Cependant le peu de faveur dont jouissaient encore les cerfsvolants en France, et l'espèce de moquerie que s'attiraient alors les gens assez dépourvus de bon sens pour croire que le cerf-volant peut être autre chose qu'un instrument propre à amuser les enfants, empêchèrent ces efforts d'aboutir, et le cerf- volant météorologique serait peut-être encore à l'état d'idée si les Américains, pour qui tout est sujet d'études et d'applications intéressantes, n'avaient pris les devants et marché résolument dans la voie entrevue.
Un article du Boston Transcript annonce, en 1897, que le club des Mazanas, dont le siège est à Portland (Orégon, États- Unis), se propose d'exécuter, dans le courant de l'été suivant, une série d'ascensions de cerfs- volants météorologiques, sous les auspices de la grave Société météorologique des Etats-Unis (^The United States Weather Bureau).
Le club des Mazanas, dont le nom, d'origine indienne, signifie chèvre de montagne, est analogue au Club Alpin français. Le projet consistait à faire enlever des appareils météorologiques enregistreurs par des cerfs-volants cellulaires, lancés du sommet du mont Rainier, qui est la montagne la plus élevée des États- Unis, à 80 kilomètres au Sud-Est de la ville de Tacoma, et dont le sommet atteint 4 4 16 mètres d'altitude! Les enregistreurs devaient être élevés à des hauteurs de i 600 à 3 200 mètres au-dessus du sommet de cette montagne.
Cette question était alors toute d'actualité aux États-Unis ; à la même époque, en effet, au mois de juin 1897, après de nombreux essais préparatoires, le P' H. Helm. Clayton, de l'observatoire météorologique de Blue-Hill, à Milton (Massachusetts), était parvenu à enlever à 285 mètres de hauteur un cerf- volant emportant des appareils météorologiques. La corde de retenue employée était un fil métallique enroulé sur le tambour d'un petit treuil à vapeur.
A la suite de ces premiers essais, des expériences tout à fai|^
aacil
remarquables se poursuivirent sans interruption à l'observatoire de Blue-Hill, qui s'est en quelque sorte spécialisé dans l'étude àes hautes régions de l'atmosphère au moyen des cerfsvolants, et qui publie un intéressant Bulletin auquel nous empruntons la plupart des détails qui vont suivre.
M. A. Lawrence Rotch, directeur de l'Observatoire, se sert d'un anémo-thermographe construit par son collègue M. Fer- Çusson, et d'un baro-thermo-hydrographe en aluminium, exécuté spécialement par la maison Richard de Paris. Chacun de ces instruments pèse moins de i''*^,36. On les suspend par une corde de piano en acier, résistant à 127 kilogrammes de traction, entre deux cerfs- volants ou plus, rattachés au fil d'acier par des cordes indépendantes. Suivant la force du vent et la longueur du fil métallique déroulé, on supporte celui-ci de place en place par d'autres cerfs- volants préalablement lancés et dont l'extrémité de la ficelle de retenue est rattachée au fd principal par des pinces d'une forme spéciale.
Différents types de cerfs-volants sont employés ; les principaux sont le cerf- volant malais, le cellulaire de Hargrave, et un cerf- volant plat à quille verticale, imaginé par M. Clayton, l'un des expérimentateurs de Blue-Hill.
M. Fergusson a construit pour la manœuvre de ces appareils un treuil spécial à vapeur d'une force de deux chevaux, et muni d'un dispositif guidant le fil métallique de façon à l'enrouler régulièrement sur le tambour et donnant à chaque instant la traction exercée sur le fil.
Les appareils météorologiques ont été enlevés plus de cent fois et à des hauteurs vraiment prodigieuses. Nous citerons notamment les ascensions du 19 septembre et du i5 octobre 1897. Le 19 septembre, le météorographe fut enlevé à 2821 mètres au-dessus de l'Observatoire : le cerf- volant le plus élevé était à 4o mètres au-dessus de l'appareil enregistreur. Au bout de la ligne étaient attachés deux cerfs-volants Hargrave de 3'"^, 35 et 3*"^, 81 de superficie. Cinq autres cerfs-volants du même modèle, et de 2™^i3 de surface, étaient attachés sur la
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ligne aux distances siivantes, en partant du plus élevé : 5oo mèlres, i5oo mètres, 2 5oo mètres et âooo mètres. La lon- ^eur totale du fil déroulé atteignait 6 3oo mètres ! Cela représentait un poids de 27 kilogrammes, et la traction variait entre 45 et 68 kilogrammes, ce qui n'était, pour le dernier nombre, que la moitié de la résistance à la rupture du fil métallique «mployé.
Fia. i3a. — Cerr-ToUnt Hargravs i» Blue-Hill portant son mjt^orogrnphe.
Dans Texiiérience du i5 octobre 181)7, '^ hauteur atteinte par les enregistreurs fut de 3 879 mètres au-dessus du sol de l'Observatoire ; le cerf-volant le plus élevé étant encore à ^o mètres audessus du méléorographe, atteignait ainsi l'altitude formidable de 3 4 1 9 mètres. Il y avait alors 6 3oo mèlres de ligne déployée et la traction variait de 56 à 68 kilogrammes. L'ascension avait duré 2 beurea 13 minutes et il fallut 2 heures 20 pour ramener à terre toute la ligne. Le treuil enroulait le fd métallique avec une vitesse variant de o'°,5o à 2™, 70 par seconde, selon l'effort
de traction. Le treuil ne développa pas moins de 167650 kilogrammètres pour cette opération.
Ces expériences étaient faites par MM. Clayton et Sweetland, sous la direction de M. Rotch, à Taide d'une subvention fournie par la Smithsonian Institution et prise sur les fonds Hopkins, dont elle est dépositaire.
FiG. i3i. — Ccrr-volant Hargraie de Bluc-HlU replié.
Le 26 août 1898, un cerf-volant de 8 mètres carrés atteignit 3 685 mètres d'altitude et le 28 février 3 802 mètres ! La moyenne de cinq ascensions exécutées du 23 au 28 février 1899 a été de 3 12Ô mètres.
A l'occasion du congrès d'aéronautique tenu à Paris au mois de septembre 1900, M. Rotch a, dans une remarquable conférence faite à Meudonle 18 septembre, donné des renseignements très intéressants sur les travaux do Blue-Hilt et a cité plusieurs exemples d'ascensions tout à fait remarquables. L'altitude
moyenne des ascensions réalisées en 1900 est de 2704 mètres au-dessus de la mer, dont le niveau est à 1 90 mètres plus bas que celui de l'Observatoire.
Sur les trente ascensions ainsi réalisées, 12 dépassaient 1000 mètres, 10 dépassaient 2000 mètres, 6 dépassaient 3 000 mètres et 2 dépassaient 4 000 mètres. Le 21 juillet 1900, l'altitude atteinte, la plus haute à cette époque, fut de 48x5 mètres, soit 4623 mètres au-dessus de l'Observatoire. 6800 mètres de fil seulement furent nécessaire pour obtenir cette altitude à l'aide de six cerfs- volants ; le poids total soutenu en l'air était de 55 kilo-« , grammes.
M. Lawrence Rotch ajouta qu'il espérait atteindre prochainement \ au moins 5 000 mètres au-dessus du sol. Comme nous le verrons i plus loin, cette altitude a été presque atteinte en France par • *<^
M. L. Teisserenc de Bort à son observatoire de Trappes.
Ces expériences ont déjà donné lieu à des résultats fort remarquables, notamment sur les variations de la température et de l'humidité suivant les différentes altitudes. D'après les expériences de M. Clayton, la décroissance de la température en montant est assez variable selon les jours et suivant les saisons. Elle est surtout sensible dans les i 600 premiers mètres audessus du sol : elle perd i** par i5o à 200 mètres. Si la décroissance est faible, c'est qu'un courant chaud existe vers i 5oo mètres et il faut redouter un changement de temp5. Assez généralement, on trouve une région de grande humidité aux hauteurs moyennes, au-dessous de régions sèches.
Depuis 1897, presque toutes les ascensions ont été faites avec le cerf-volant Hargrave et les expérimentateurs de Blue-Hill ont adopté le système des brides élastiques préconisé par M. du Hauvel en 1878, en vue d'obtenir automatiquement l'inclinaison variable du cerf- volant frappé par une rafale. D'autre part, sur les indications mêmes de M. Hargrave, la forme concave a été donnée à une partie de la surface des cerfs-volants et l'inclinaison de la corde arrive à être de 66*^ au lieu de 58**, maximum obtenu auparavant.
La ligne principale employée est un fil d'acier (corde à pianos) spécialement fabriqué pour cette application, en longueurs de 2 5oo mètres. II a 83/100 de mitlimétre de diamètre, pèse 4^*? 200 au kilomètre et résiste à i5o kilogrammes de traction. Pour éviter la rouille, qui amènerait fatalement la rupture du fil, celui-ci passe automatiquement dans un appareil graisseur au
Fu. i3]. — Treuil à tapeur pour cerfs-volanli (Blue-Hlll).
«orlir du tambour; ce tambour est disposé pour enrouler jusqu'à 1 2 000 mètres de fil d'acier au moyen d'un moteur à vapeur et pétrole de 2 chevaux (fig. iSa). La traction s'exerce, au sortir du treuil, sur une poulie, et sa puissance est à chaque instant indiquée, en même temps que la longueur de fil déroulé, sur un cylindre enregistreur.
Le météorographe employé (fig, i33), enregistre la pression barométrique, la température, l'état hygrométrique de l'air et la vitesse du vent; il pèse un peu moins de i'*,5oo. Au début de chaque ascension, le météorographe est maintenu pendant
i MÉTÉOROLOGIQUES 1^3'
un quart d'heure ou une demi-heure à une petite distance du sol, pour enregistrer l'état de l'atmosphère à terre, concurremment avec les appareils fixes de l'observatoire. L'appareil est suspendu au bout d'une corde de i5 à 30 mètres, fixée à la jonction des cordes de deux cerfs -volants. La vitesse d'ascension, d'abord très lente au départ, pour éviter les balancements^
Fia. ]33. — Mél^o^ogr^phaMurvip.
est accélérée peu à peu, avec des pauses de quelques minute» quand on a dévidé 3oo, 600, i 000, i 5oo et 3 000 mètres de corde ; on n'arrête plus ensuite que tous les 3 000 mètres ; de même pour la descente. Avant de rentrer le météorographe, on lui laisse prendre l'élat atmosphérique à la surface du sol, pour une deuxième comparaison avec les appareils de l'observatoire.
