LE CHAUD ET LE FROID

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Nous avons vu au chapitre VII ce que serait la chaleur pour le globe terrestre, si celui-ci n'avait point d'atmosphère. Voyons maintenant ce que serait l'atmosphère, je ne dis pas si elle était sans chaleur 1 , mais si elle était toujours, dans toutes ses parties , également chaude ou froide. OU! dans ce cas, la météorologie serait une science* bien simple; car la météorologie est la science des mouvements, des changements d'état, des perturbations de l'air; et l'air serait immobile, ou ses mouvements seraient à peine sensibles et d'une régularité

parfaite; son état ne changerait point ; il ne serait sujet à aucune per-

turbation. Il n'y aurait ni beau ni mauvais temps, m temps sec ni

temps huin'ule, ni saisons ni climats. Les habitants de la terre jouiraient d'un printemps, ou d'un été, ou d'un hiver perpétuel; les eaux seraient toujours gelées, ou toujours tièdes, ou toujours en vapeur; la végétation n'existerait point, ou elle serait toujours en activité : le tout suivant le degré de température au-dessous ou au-dessus de zéro qu'il^ vous plaira de supposer.

S'il en est autrement, c'est que la température est inégalement répartie à la surface du globe, et que pour un même lieu elle éprouve, selon l'époque de l'année, selon l'heure du jour,. sous l'influence de causes nombreuses qui se combinent ou se contrarient de mille manières, dj continuelles alternatives d'abaissement et d'élévation. Ce »*itow«» | gont cuj alternatives qui produisent dans l'air les contractions et les dilatations d'où résultent l'accroissement et la diminution de la pression barométrique et les fluctuations de la masse atmosphérique; qui déterminent la formation et la précipitation des vapeurs aqueuses; qui font que le ciel est limpide et bleu, ou qu'il se couvre d'épais nuages;

1 On conçoit un corps dénué de chaleur quand on admet que la chaleur est un mouvement des particules de la matière. Au zéro absolu , le mouvement qui occasionne les effets de la chaleur n'existerait plus; ce qui ne veut pas dire qu'il n'y ait plus de mouvement du tout : il y aurait eu dans l'abaissement graduel delà température une transformation du mouvement calorique en un autre. On pense que le zéro absolu est peu éloigné de — 273". Cela n'est évidemment qu'une hypothèse, mais elle n'a rien d'absurde.

que des ruisseaux se transforment en fleuves impétueux , ou des torrents en paisibles cours d'eau; que les campagnes disparaissent sous les frimas , ou se parent de verdure et de moissons ; que les arbres agitent au vent leurs brandies dépouillées, ou se couvrent de feuillage ^et se chargent de fruits.

C'est donc, par la chaleur qu'il convient de commencer l'étude des phénomènes de l'air. Et d'abord il n'est pas inutile de donner quelques explications sur le sens qu'on doit attacher à ces mots : chaleur, froid, température, calorique. On croit communément que ce dernier mot n'est que le synonyme scientifique du terme vulgaire de chaleur. Cela n'est pas exact. Ces deux mois , bien que les physiciens euxmêmes les emploient souvent dans le même sens, ont cependant des significations bien distinctes. Le calorique est proprement la causa inconnue dont dépendent tous les phénomènes d'échauffement et de refroidissement, la dilatation et la contraction des corps, leur liquéfaction et leur vaporisation , leur solidilication. Les mots « chaleur et froid » n'expriment autre chose que les sensations contraires que nous éprouvons au contact des corps, suivant que leur température est élevée ou basse. Enfin la température elle-même est l'état actuel du calorique sensible dans ces corps. Soit qu'on admette l'hypothèse de l'émission ou celle des ondulations, en d'autres termes, soit qu'on 1 CoWu 1 ^°* e ^ ans ' e calorique un fluide spécial ou une vibration particulière du fluide universel, on constate, comme fait d'expérience, que tous les corps émettent sans cesse du calorique; qu'ils rayonnent en tous sens , et qu'ils se refroidiraient indéfiniment s'ils ne recevaient à leur tour le calorique que leur envoient les autres corps. Suivant donc qu'un corps émet plus ou moins de calorique à un moment donné, on dit qu'il est plus ou moins chaud ou froid , ou que sa température est plus ou moins élevée. D'où l'on voit qu'il ne faut pas confondre la température d'un corps avec la quantité de calorique qu'il contient. De ce qu'un corps, à un instant donné, nous fait éprouver une sensation de chaleur plus intense qu'un autre corps , nous aurions tort de conclure qu'il en contient davantage. Comme exemple propre à établir cette distinction , nous pouvons dire qu'à poids égal l'eau bouillante contient plus de calorique que le fer rouge , quoique la température de Lcelui-ci soit évidemment plus élevée.

On ne peut mesurer d'une manière absolue ni la quantité de calorique contenue dans un corps, ni celle qu'il émet, mais on mesure d'une manière relative, c'est-à-dire en prenant un terme de comparaison arbitraire, la quantité de chaleur que les corps absorbent ou abandonnent lorsque leur température s'élève ou s'abaisse d un nombre déterminé de degrés; c'est la calorimétrie. On mesure de

même, à l'aide des instruments appelés thermomètres, les changements qui surviennent dans l'état thermique des corps, en un mot, leur température.

Les thermomètres sont tous fondés sur le même principe, à savoir sur les dilatations et les contractions que les corps, et notamment les liquides, éprouvent en s'échauffant et en se refroidissant. Tout le monde sait que les thermomètres employés pour mesurer la température de l'atmosphère, — les seuls dont nous ayons à nous occuper ici, — consistent en un tube capillaire plus ou moins long, muni à son extrémité inférieure d'une ampoule ou réservoir qui contient du mercure ou de l'alcool. Des divisions appelées degrés sont tracées, soit sur l'instrument lui-même, soit sur la monture à laquelle il est fixé. Le mercure a l'avantage de se dilater et de se contracter d'une manière uniforme, de ne point donner de vapeur à la température ordinaire et de ne bouillir qu*à une température très élevée (360°). Aussi est-ce de ce métal qu'on se sert pour la construction des thermomètres-étalons, qui doivent être d'une grande précision. L'alcool se dilate et se contracte moins régulièrement; il émet des vapeurs à toutes les températures, et bout à 76°; mais, tandis que le mercure se solidifie à 40° au-dessous de zéro, l'alcool ne se congèle point, à quelque refroidissement qu'on le soumette. Les thermomètres à alcool conviennent donc parfaitement pour la mesure des températures très basses.

On sait aussi que l'échelle en usage en France et dans beaucoup d'autres pays est l'échelle centigrade; que le zéro de cette échelle correspond à la température de la glace fondante, et son centième degré à celle où l'eau distillée entre en ébullition sous la pression moyenne de soixante-seize centimètres; que les divisions sont continuées audessous de zéro et au-dessus du point 100°; que pour écrire l'indication d'une température supérieure à zéro, on place ordinairement en avant du chiffre des degrés le signe + [plus), et qu'on fait précéder du signe — (moins) le chiffre des degrés représentant une température inférieure à 0°; mais que cotte distinction des degrés positifs et des degrés négatifs n'est que conventionnelle, et ne signifie nullement que les premiers soient des degrés de froid, et les seconds des degrés de chaleur.

Revenons maintenant aux phénomènes de chaud et de froid que présente l'atmosphère. La presque totalité de la chaleur répandue à la surface de la terre et retenue dans son enveloppe gazeuze est fournie par le soleil. Les roches qui forment la croûte solide du globe conduisent si mal la chaleur, que celle qui provient du feu central ou des couches intérieures incandescentes arrive à peine à la surface en assez

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1 ?vj grande quantité pour fondre, en un an, une pellicule de g' ace de six millimètres d'épaisseur, qui couvrirait cette surface entière. On voit que si notre planète venait par malheur à perdre son soleil et à n'avoir i plus pour se chauffer que son propre foyer, les êtres qui l'habitent ne tarderaient pas à périr; car elle reviendrait à la température des espaces célestes : température qu'il est impossible d'évaluer exactement, mais qui, à coup sûr, est tout à fait incompatible avec la vie végétale, et que les animaux ne supporteraient pas longtemps. Elle atteindrait, d'après M. Pouillet, le chiffre formidable de — 140°; mais les autres physiciens sont arrivés par leurs calculs à des résultats plus modérés. Fourier dit de — £0° à — 60° ; Svanberg, — S0°,3 ; Arago , — 56°,7 ; Péclet , — 6U° ; Saigey , de — 63° à — 77° ; sir John llcrschell, — 91°. En tout cas, et si base que soit la température de l'espace, elle n'en exerce pas moins une action bienfaisante, en supposant, dans une certaine mesure, au refroidissement indéfini de la terre elle-même. « De prime abord, dit Humboldt, il doit paraître /■JUiwE. rsin g al ' e r d'entendre parler de l'influence relativement bienfaisante que cette effroyable température de l'espace, si inférieure au point de congélation du mercure, exerce sur les climats habitables de la terre, ainsi que sur la vie des animaux et des plantes. Pour sentir la justesse de cette expression, il suffit cependant de réfléchir aux effets du rayonnement. La surface de la terre échauffée par le soleil, et même l'atmosphère jusqu'à ses couches supérieures, rayonnent librement vers le ciel. La déperdition qui en résulté dépend presque uniquement de la différence de température entre les espaces célestes et les dernières couches d'air. Quelle énorme perte de chaleur n'aurionsnous donc pas à subir par cette voie, si la température de l'espace, au lieu d'être de — 6(J°, ou de — 90°, ou même de — 140°, se trouvait ^réduite à — 800° ou à mille fois moins encore.

La température de l'air varie, en vertu des propriétés physiques de ce gaz, suivant son plus ou moins de densité, et en vertu de sa composition selon qu'il est plus ou moins chargé de vapeur d'eau. De ces causes intrinsèques résulte un abaissement de température sensiblement proportionnel à l'élévation des couches atmosphériques; à ce refroidissement de l'air est due l'existence des neiges et des glaces éternelles, partout où se trouvent des montagnes assez hautes pour que leurs sommets atteignent les régions où l'air ne s*échauffe jamais au delà du point de congélation de l'eau. J'ajouterai à ce sujet que l'altitude de ces régions dépend de la latitude : en d'autres termes, que la limite des neiges perpétuelles est, d'une manière générale, d'autant moins élevée qu'on s'avance plus près des pôles, et d'autant plus qu'on s'approche davantage de l'équateur. Dans les régions

Glaciers.

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arctiques, et à plus forte raison dans les régions antarctiques, la ligne qui forme la limite des neiges perpétuelles descend jusqu'au niveau de la mer. « Sous l'équateur et en Amérique, dit encore Humboldt, la limite inférieure des neiges atteint la hauteur du mont Blanc de la chaîne des AJpes, puis elle baisse vers le tropique boréal; les dernières mesures la placent à trois cent douze mètres environ plus bas sur le plateau du Mexique, par 19° de latitude nord. Elle s'élève, au contraire, vers le tropique austral. »

1 La répartition de la température dans le sens horizontal peut,

comme celle des pressions barométriques , être représentée par des

lignes à peu près parallèles dans leur direction générale, et s'éche-

^ 4 ^, J -.„„ lonnant avec une certaine régularité entre l'équateur et les pôles. On

donne le nom d'isothermes aux lignes qui réunissent tous les points

pour lesquels la moyenne thermométrique annuelle est la même. En

-"SwAoui réunissant sur une mappemonde tous les lieux qui ont la même

moyenne estivale, on a de nouvelles courbes appelées isothéres (ïaot,

égal; Oepo;, été); et celle qui passe par les points ayant une même

moyenne hibernale sont dites isochimênes (/Etfjuôv, hiver). C'est à

Humboldt qu'on doit ce mode ingénieux de représentation graphique

qui, dit-il lui-même, donnera une base certaine à la climatologie

comparée, si les physiciens consentent à réunir leurs efforts pour le

perfectionner.

Quant aux lignes isothermes, Humboldt a établi que leur forme est modifiée par un très grand nombre de causes , dont les unes élèvent la température moyenne, tandis que les autres l'abaissent. Parmi les premières, il signale :

La proximité d'une côte occidentale, dans la zone tempérée;

La forme découpée des continents, et la présence de méditerranées et de golfes pénétrant profondément dans les terres;

La direction sud ou ouest des vents régnants, s'il s'agit de la bordure occidentale d'un continent situé dans la zone tempérée;

La rareté des marécages, l'absence de forêts sur un sol sec et sab'onneux;

La sérénité constante du ciel pendant l'été ; enfin le voisinage d'un courant océanique ayant sa source dans l'un des estuaires équatoriaux.

Les principales causes d'abaissement de la moyenne thermométrique annuelle sont :

L'élévation de la contrée au-dessus du niveau des mers ;

Le voisinage d'une côte orientale, pour les hautes et les moyennes latitudes ;

La configuration compacte d'un continent dont les côtes sont dépourvues de golfes, ou une grande extension des terres, vers le pôle ;

Des chaînes de montagnes fermant l'accès aux vents tièdes ; des forêts interceptant les rayons du soleil ;

Un ciel nébuleux pendant l'été, limpide pendant l'hiver;

Enfin le voisinage d'un courant pélagique venu des régions polaires.