LA LUMIÈRE ET LA CHALEUR

Nous avons étudié, dans les chapitres précédents, les 'phénomènes atmosphériques qui se rapportent directement à la pesanteur ou Gravité, considérée comme une force universelle attirant les uns vers les autres tous les corps en raison directe de leurs masses , et en raison inverse du carré des distances. Ce sont là des phénomènes purement statiques et mécaniques, dépendant des conditions d'équilibre de l'air lui-même ou des corps qui y sont plongés. Mais l'air est le siège , ou, pour nous servir de l'expression adoptée par les physiciens , le milieu de phénomènes très variés et très complexes, qui jouent, par rapport aux êtres vivants, un rôle tellement important, qu'on peut les considérer comme les conditions mêmes de la vie, telle au moins que nous la pouvons observer et concevoir. Peut-on, en effet, se représenter une plante, un animal, un homme vivant sans chaleur et sans lumière? Non sans doute. Eh bien! l'air est le réceptacle de ces deux principes essentiels de la vie : c'est lui qui les recueille, les retient et les distribue à la surface du globe terrestre.

Et d'abord il possède, par rapport à la lumière, des propriétés remarquables, et nous pouvons bien ajouter précieuses; car sans elles la terre serait un morne et lugubre séjour.

n L'air, malgré sa transparence, dit Biot, intercepte sensiblement )a lumière, et la réfléchit comme tous les autres corps. Mais les particules qui le composent étant extrêmement petites et très écartées les unes des autres, on ne peut les apercevoir que lorsqu'elles sont réunies en assez grandes masses. Alors la multitude des rayons lumineux qu'elles nous envoient produit sur nos yeux une impression sensible et nous voyons que leur couleur est bleue. En effet, l'air donne une teinte bleuâtre aux objets entre lesquels il s'interpose. Cette teinte colore très sensiblement les montagnes éloignées , et elle est d'autant plus forte qu'elles sont plus distantes de nous... C'est encore la couleur propre de l'air qui forme l'azur céleste , cette voûte bleue qui paraît nous environner de toutes parts, que le vulgaire appelle le ciel, à

laquelle tous les astres paraissent attachés. A mesure qu'on s'élève dans l'atmosphère, cette couleur devient moins brillante. La clarté qu'elle répand diminue avec la densité de l'air qui la réfléchit, et sur le sommet d'une haute montagne, ou dans un aérostat fort élevé, le ciel parait d'un bleu presque noir.

a L'air n'est pas lumineux par lui-même, car il ne nous éclaire point pendant l'obscurité. La lumière qu'il nous envoie lui vient du soleil et des astres. Sa couleur prouve qu'il réfléchit les rayons bleus en plus grande quantité que les autres; car on sait par expérience que la lumière est composée de rayons différents qui produisent sur nos yeux la sensation de diverses couleurs, et ce qu'on nomme la couleur d'un corps n'est que celle des rayons qu'il nous réfléchit. L'air est donc autour de la terre comme une sorte de voile brillant, qui multiplie et propage la lumière du soleil par une infinité de répercussions. C'est par lui que nous avons le jour lorsque le soleil ne paraît pas encore sur l'horizon. Après le lever de cet astre, il n'y a pas de lieu si retiré, pourvu que l'air puisse s'y introduire, qui n'en reçoive la lumière, quoique les rayons du soleil n'y arrivent pas directement. Si l'atmosphère n'existait pas, chaque point de la surface terrestre ne recevrait de lumière que celle qui lui viendrait directement du soleil. Quand on cesserait de regarder cet astre ou les objets éclairés par ses rayons, on se trouverait aussitôt dans les ténèbres. Les rayons solaires, réfléchis par la terre, iraient se perdre dans l'espace, et l'on éprouverait toujours un froid excessif. Le soleil , quoique très près de l'horizon , brillerait de toute sa lumière, et immédiatement après son coucher nous serions plongés dans une obscurité absolue. Le matin , lorsque cet astre reparaîtrait sur l'horizon , le jour succéderait à la nuit avec la même rapidité.

« On peut juger de ces conséquences parce que l'on éprouve déjà sur les hautes montagnes, où cependant la densité de l'air n'est pas même réduite à la moitié de ce qu'elle est à la surface du sol. Non seulement la température moyenne annuelle y est déjà très froide, mais à peine y reçoit-on d'autre lumière que celle qui vient directement du soleil et des astres. La clarté que l'air raréfié réfléchit est si faible, que, lorsqu'on est placé à l'ombre, on voit, dit-on, les étoiles en plein jour. » L'effet étrange de l'absence d'atmosphère serait bien plus complet et bien plus saisissant, s'il nous était donné de nous transporter sur notre satellite. Essayons d'y suppléer par l'imagination et par l'art, et comparons le riant spectacle que nous offre la terre , en partie couverte de son manteau humide et ondoyant, sillonné de fleuves, parée d'une riche végétation, peuplée d'une multitude d'animaux, embellie et animée encore par l'industrie de l'homme, enveloppée enfin de ce brillant voile d'azur brodé de nuages argentés; comparons, dis-je, ce spectacle à l'as-

pect morne de la lune, avec son sol de pierre ou de métal déchiré, crevassé, perforé même, dit-on, en certains endroits; avec ses volcans éteints et ses pics semblables à de gigantesques tombeaux; avec son ciel noir dont aucune vapeur ne voile la sombre profondeur, et sur lequel apparaissent, comme des myriades de taches lumineuses, des étoiles qui ne scintillent point. Là les jours ne sont en quelque sorte que des nuits éclairées par un soleil sans rayons. Point d'aurore le matin, point de crépuscule le soir. Les nuits sont absolument noires, hormis lorsque la terre renvoie à son satellite cette lumière grisâtre que les astronomes appellent lumière cendrée. Le jour, les rayons solaires viennent se briser, se couper aux arêtes tranchantes , aux pointes aiguës des rochers , ou s'arrêter court aux bords abrupts des abîmes , dessinant çà et là de bizarres figures noires aux contours anguleux et tranchés, et ne frappant les surfaces exposées à leur action que pour se réfléchir et se perdre aussitôt dans l'espace. L'humidité, et avec elle la végétation et la vie animale, sont absentes. S'il existait de l'eau à la surface de la lune , elle y serait à l'état de glace aussi dure que la pierre ; le mercure même y serait solide; car la température de cet astre privé de vie est celle des espaces planétaires , qui a été diversement évaluée par les physiciens , mais qui n'est pas , assurément , supérieure à 60 ou 70 degrés au-dessous de zéro.

Telle serait aussi la température de notre globe, s'il était dépourvu d'atmosphère. Il est remarquable, en effet, que l'air se comporte relativement à la chaleur de la même manière que relativement à la lumière. Il est diathermane ou perméable à la chaleur, en même temps qu'il est transparent ou perméable à la lumière ; mais il ne laisse pas de retenir et de réfléchir en tous sens une partie de la chaleur et de la lumière que le soleil envoie à la terre, et qu'il sert de cette façon à emmagasiner, pour ainsi dire, à notre profit, en quantité d'autant plus grande qu'il est plus près de la surface du sol. C'est donc à la présence de notre atmosphère que nous devons la diffusion et la conservation autour de nous de la lumière et de la chaleur solaires. Plus l'atmosphère est dense plus elle est susceptible de s'éclairer et de s'échauffer. Mais il résulte de récentes recherches faites par un physicien anglais, M. John Tyndall, que la plus grande densité de l'air dans ses couches les plus rapprochées du sol n'est pas la seule cause de l'accroissement de son pouvoir absorbant par rapport à la chaleur. Cet accroissement est dû surtout à la présence d'une plus forte proportion de vapeur d'eau.

« La vapeur d'eau de l'air, disent MM. Laugel et Grandeau dans une excellente notice sur les travaux de M. Tyndall, absorbe une quantité de chaleur beaucoup plus considérable que tous les autres gaz. L'oxygène et l'azote n'arrêtent pas beaucoup plus de chaleur que ne ferait

Juur terrestre.

le VI de absolu; mais la vapeur d'eau offre une grande résistance au passage du calorique. De même qu'une digue a pour effet d'augmenter localement la profondeur d'un cours d'eau, ainsi notre atmosphère , agissant comme une digue sur les rayons de chaleur émanés de là terre, produit une élévation locale de température autour de la surface terrestre. La chaleur n'y est point accumulée indéfiniment, pas plus que l'eau ne resle toujours derrière une digue; elle se dissipe, mais elle est sans cesse remplacée. Si l'atmosphère était subitement dépouillée de vapeur d'eau , les gaz qui la renferment laissant échapper trop rapidement la chaleur terrestre, nous verrions bientôt la surface du globe descendre à des températures voisines de celle du vide céleste; toute vie organique y serait arrêtée, et les eaux des mers se congèleraient partout, même sous la zone aujourd'hui dite torride. Pour apprécier de là manière la plus sûre la température des espaces interplanétaires, il faudrait pouvoir s'élever jusqu'à une couche atmosphérique qui ne contiendrait plus de trace de vapeur d'eau'. »

L'éloignement de la terre est aussi une cause de refroidissement de l'air. En raison même de sa diathermanéité, ce mélange gazeux n'est pas échauffé directement par les rayons solaires, mais indirectement par la réverbération du sol, c'est-à-dire par un second rayonnement qui s'épuise en peu de temps, comme le prouve l'abaissement de la température pendant la nuit. Ces considérations font aisément concevoir les causes du froid excessif qui règne dans les hautes régions de l'air, et de la perpétuité des glaces sur les cimes des grandes montagnes, alors même que ces montagnes sont situées dans des pays dont le climat est le plus brûlant; mais il est très difiicile de déterminer exactement le rapport entre la décroissance de la température et l'altitude des lieux ou des couches atmosphériques. La saison, le climat, le vent régnant, rheure de la journée et principalement l'état hygrométrique de l'air tendentà modifier notablement ce rapport. Toutefoison l'évalue approximativement, en moyenne, à 1 degré pour 187 mètres d'élévation dans la zone torride, et 1 degré pour ISO mètres dans la zone tempérée. Dans les régions polaires, selon MM. Becquerel, le décaissement ne sa fait sentir qu'à une certaine hauteur, qui n'a pas encore été déterminée. En effet, à Ingloolich, par69 2l' de latitude boréale, le capitaine I'arry a enlevé un cerf-volant à 130 mètres de hauteur, avec un thermomètre à minima. La température de l'air à cette hauteur était de 31 degrés au-dessous de zéro, comme sur les glaces de la mer s .

' Revue des sciences et de l'industrie pour la France et l'étranger 2 e année — Paris, 1863.

* Eléments de physique du globe, ch. i, § 5.

Jour lunaire.

^ Humboldt a trouvé 1 degré d'abaissement pour 181 mètres sur le Chimboraço. De Saussure avait trouvé 1 degré pour 144 mètres sur le mont Blanc. Le physicien Charles, dans son ascension en ballon à gaz hydrogène, en 1785, éprouva une température de — 7 degrés Réaumur à 3,000 mètres environ. Gay-Lussac, dans le célèbre voyage aérien qu'il exécuta le 16 septembre 1804, trouva, à une hauteur de 7,000 mètres, un froid de près de 10 degrés au-dessous de glace. Dans la cour de l'observatoire de Paris, d'où il était parti, le thermomètre marquait plus de

28 degrés au-dessus de 0. L'écart était donc de 38 degrés; ce qui donnerait 1 degré pour 190 mètres environ. Mais, comme le fait observer Biot, le décroissement n'avait pas été uniformément réparti dans l'intervalle parcouru par le savant observateur. Il s'était accéléré à mesure que la hauteur augmentait. Dans la couche d'air immédiatement inférieure à celle où le ballon cessa de monter, une diminution de 1 degré centésimal de la température répondait à une différence de niveau de 196 mètres. A la hauteur de 6,952 mètres, le même abaissement n'exigeait plus que 156 mètres, etc. *,

MM. Barrai et Bixio, dans leur première ascension aérostatique, le

29 juin 1850, trouvèrent 7 degrés centigrades seulementà5, 983 mètres; mais dans une seconde ascension, le 26 juillet suivant, s'étant élevés comme Gay-Lussac, à plus de 7,000 mètres, ils eurent à endurer dans cette région la température extrêmement basse de — 39 degrés, « On s'attendait si peu à cet abaissement de température, dit L. Foucault, que les instruments étaient impropres à l'accuser, leur graduation n'étant pas prolongée assez bas; presque toutes les colonnes étaient rentrées dans les cuvettes, et par 2 degrés de moins encore le mercure se congelait en brisant tous les tubes. 11 importe de remarquer que ce froid s'est fait sentir très brusquement, et que c'est à partir seulement des 600 derniers mètres que la loi de température s'est troublée brusquement, pour plonger les observateurs dans les frimas que probablement le nuage transportait avec lui ». » Ce nuage était une masse énorme d'au moins 5,000 mètres d'épaisseur, presque entièrement formé de petites aiguilles de glace , et au sein duquel un mouvement ascensionnel, provoqué par le^ jet de presque tout leur lest, avait subitement porté les deux aéronautes.

MM. Welsh et Glaisher, dans les ascensions hardies qu'ils ont exécutées, de 1852 à 1862, pour étudier la constitution physique de l'atmosphère, ont reconnu que , si le décroissement de la température n'est pas uniforme, ses inégalités paraissent du moins assujetties à certaines

1 Astronomie physique, t. I, chap. vi.

2 Journal des Débals du 27 juillet 1830.

lois à peu près constantes. Ainsi, d'après M. Wclsh, la température décroît uniformément jusqu'à une certaine élévation, qui varie- suivant Jes jours; puis le décaissement éprouve une sorte d'arrêt dans une couche de 000 à 900 mètres, dont la température est sensiblement égale sur toute son épaisseur, ou même s'élève d'abord un peu pour redescendre ensuite graduellement, mais moins vite que dans les régions inférieures de l'atmosphère.

On se rappelle que M. Glaisher a fait, pendant les années 1861 et 186-, huit ascensions, et qu'il est parvenu plusieurs fois jusqu'à une hauteur de 8,300 mètres; ce qui donne à ses observations , je le dis sans jeu de mots, une très grande portée. Voici quels sont en substance, les résultats obtenus par cet audacieux explorateur jJe I atmosphère ; on remarquera qu'ils s'accordent parfaitement avec ceux qu'a obtenus M. Tyndall dans les expériences dont il a été parlé ci -dessus.

« Quand on s'élève en ballon vers un ciel nuageux , la température s abaisse d'ordinaire jusqu'à ce qu'on arrive aux nuages; quand on les a dépassés, on observe toujours une élévation de quelques degrés- puis la température va de nouveau en Rabaissant. Quand on s'élève par un ciel clair, la température initiale est, toutes choses égales d'ailleurs plus élevée que dans le cas précédent, et la dillérence est mesurée à peu près par l'élévation qu'on observe en sorlant des nuages. Jamais la diminution de chaleur n'est absolument régulière; on trouve presque toujours dans l'atmosphère des couches d'air chaud , et parfois on en rencontre jusqu'à quatre ou cinq successivement. Les couches chaudes se montrent jusqu'à une hauteur de S à 6 kilomètres. Elles ont de 300 à 3,000 mètres d'épaisseur, et leur excès de température varie de 1 à 10 degrés centigrades. On voit donc que jusqu'au-dessus de la zone des nuages la succession des températures est très variable et nullement conforme à la loi longtemps admise, qui impliquait une diminution de 1 degré environ par 200 mètres. Supposons maintenant le ciel sans nuages : jusqu'à une hauteur de 350 mètres, la diminution est d'environ 1 degré pour 90 mètres; au delà elle devient plus petite, et à la hauteur de 4,500 mètres elle n'est plus que de 1 degré pour 200 mètres; enfin, plus haut encore, il faut traverser plus de 200 mètres pour que la température s'abaisse de 1 degré. »