CHAPITRE Xr

La circulation de l'atmosphère.

L'atmosphère c'est jamais en repos, puisque les divers points du globe sur lesquels elle repose et qui, par leur contact, l'écliaulTent ou la refroidissent, imposent à sa température les variations mêmes de la leur. De plus, une partie de la surface terrestre, et la plus importante numériquement, c'est-à-dire la surface océanique, est elle-même anijnée de mouvements de translation qui déplacent à la surface des mers des masses énormes d'eaux, tantôt plus chaudes, tantôt plus froides que celles dans lesquelles elles pénètrent. Ces « courants marins » doivent donc amener autant de h courants aériens » et ainsi les deuK circulations de l'atmosphère et de l'Océan sont intimement liées l'une à l'autre.

C'est au grand Maury que l'on doit d'avoir le premier signalé cette connexité, capitale pour l'étude de la vie du globe; plus tard, un Français modeste mais illustre, Maurice de Tastes, professeur au lycée de Tours, donna la règle générale de la circulation atmosphérique et celle de sa liaison avec la circulation marine. Sans doute faut-il considérer plutôt son étude comme une o image », comme un merveilleux " schéma » de la circulation aérienne que comme un code invariable nui en énonce la loi : cependant, plus

on creuse la question, plus on retombe sur sa conception première.

Il est étrange de voir que, dans des traités de météorologie, les grands noms de Maury et de Tastes ne soient même pas prononcés. Les ombres de certains morts porteraient-elles ombrage aux vivants?

Cette conception de Mathieu-Fontaine Maury et de Maurice de Tastes, on commence aujourd'hui à en comprendre Timportance. N'est-il pas remarquable de voir S. A. S. le Prince de Monaco, qui consacre sa vie aux recherches relatives à l'Océan, ne jamais accomplir une de ses merveilleuses et fécondes croisières sans y faire une large part à l'exploration de l'atmosphère supérieure? Et le plus autorisé, peut-être, des maîtres qui aient à enseigner la science de l'atmosphère, le professeur V. Bjerknes, à qui le Carnegie institute a demandé de venir enseigner aux Etats- Unis les théories modernes de la météorologie, n'annonce-t-il pas, au début du magistral ouvrage qui résume son haut enseignement que son cours est autant d' « océanographie » que de « météorologie »?

Les corps gazeux constituant notre atmosphère sont soumis, d'une part à la force centrifuge, d'autre part" à l'attraction qu'exerce sur elles la masse du sphéroïde terrestre. De plus, ils sont incessamment exposés à l'action thermique des rayons du Soleil. C'est la vapeur d'eau qui absorbe le plus de ces rayons chauds : c'est donc en elle qu'il faut voir le facteur principal de réchauffement de l'atmosphère sous l'influence du rayonnement solaire.

Si le globe terrestre était une surface homogène et unie, constituée d'une matière unique, comme le sable, et si son axe de rotation était, par rapport au plan de son orbite, « droit » au lieu d'être incliné, tous les points d'un même parallèle de ce globe seraient soumis au même régime de température :

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durant toute Tannée, les jours et les nuits auraient une égale durée dé douze heures; en vertu de la loi du cosinus de l'obliquité, énoncée par Lambert, et que nous avons rappelée dans un précédent chapitre, la température, maximum à Téquateur «ur lequel tomberaient normalement les rayons calorifiques, irait en décroissant avec une régularité mathématique jusqu'aux pôles, où les rayons solaires, rasant la sur-^ face terrestre, ne lui apporteraient qu'une quantité de chaleur réduite à zéro. Sur celle Terre imaginaire, il n'y aurait donc pas de saisons, et les climats varieraient du pôle à Téquateur, suivant la continuité d'une loi uniquement géométrique.

Mais, dans la réalité des choses, le cas est beaucoup plus complexe. En premier lieu, Taxe de rotation de la Terre n'est pas « droit » : le plan de l'équateur terrestre, auquel il est perpendiculaire, fait avec le plan de l'orbite un angle d'environ 23* 1/2. Cette inclinaison a, comme double conséquence, l'inégalité des jours et des nuits, l'existence des saisons et la division de la Terre en zones géographiques : la zone torride dont l'équateur occupe le milieu (fig. 16), et qui comprend tous les lieux situés entre les tropiques; les deux zones glaciales,' dont les pôles occupent les centres respectifs et qui comprennent les calottes sphériques situées au delà des cercles polaires; et enfin les deux zones tempérées qui renferment les contrées de la Terre comprises entre les cercles polaires et les tropiques.

Le grand facteur de complexité dans l'échaufl'ement superficiel de notre planète sous l'action des rayons du Soleil est le manque d'homogénéité de sa surface. Les trois quarts de celle-ci, en effet, sont recouverts par Teau des mers, et le reste, la partie « continentale », est caractérisée par un relief varié à l'extrême, dont l'étude est justement l'objet de la Géographie physique. Tantôt ce relief présente des montagnes.

212 L£â PftOBLiMES DE L^ATMOSPHÈRE

tantôt des Tallées ; ici nous voyons des plateaux élevés, là de profondes dépressions, plos loin des déserts immenses. Ce n'est pas seulement le relief de la surface do globe qui change d'an point à un autre : c'est sa nature : aux plaines fertiles recouvertes de végétation succèdent des lacs; après les forêts nous VOYOUS des flancs rocheux et arides. Les conditions d'échaufiTement de l'atmosphère qui repose sur ce support qui change de nature en chaque point, dont la chaleur spécifique est essentiellement variable, doivent donc également varier sans cesse.

Il est cependant des régions de la surface du globe terrestre où les conditions d'échaufTement pourraient se simplifier : ce sont les océans. Là se trouve réalisée la double condition de la régularité de la surface et de l'homogénéité de la matière qui la constitue. Audessus des mers, les molécules d'air peuvent donc obéir librement aux lois de l'attraction, de la force centrifuge et de l'équilibre des corps gazeux. Toutefois, la nature liquide de la surface des mers, comporte pour les molécules qui constituent la masse océanique une fluidité propre, qui leur permet de se déplacer d'un point à un autre, d'avoir des mouvements de convection dans le sens vertical, des mouvements de translation dans le sens horizontal. Malgré cela, c'est au-dessus des mers que le problème de la circulation- atmosphérique est le plus simple : c'est au-dessus des mers que nous commencerons à Taborder.

Les points de la Terre situés entre les tropiques sont, au point de vue thermique, nettement avantagés: le Soleil passedeux foispar anau zénith de chacun d'eux, au moment où il est midi vrai. Les rayons de l'astre tombent alors perpendiculairement sur le sol et y apportent, vu leur obliquité nulle, le maximum de chaleur; de plus, la perpendicularité de leur route

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par rapport à la surface terrestre fait qu'ils ont eu à traverser une épaisseur moindre d'atmosphère, ce qui leur a fait subir le minimum d'absorption. Le résultat général sera que, tout le long de Téquateur, Fatmosphère en contact avec un substratum plus chaud s'échauffera elle-même davantage par sa partie inférieure. Nous avons vu, dans le chapitre au cours duquel nous avons étudié l'action des radiations solaires sur l'air atmosphérique, que les mesures actinométriques nous avaient appris l'importance de la quantité de chaleur reçue annuellement du Soleil par la bande équatoriale : cette quantité de chaleur suffirait à vaporiser une couche d'eau épaisse de 4 mètres et qui^ recouvrirait la Terre le long de Téquateur. Or, les statistiques météorologiques nous apprennent, comme résultat de nombreuses observalions, que la quantité moyenne de pluie qui tombe en un an sur la bande équatoriale se représente par une couche d'eau épaisse de 2 mètres. En admettant même que toute cette eau soit vaporisée par le Soleil, et qu'aucune goutte n'en pénètre, par imbibition, le sol sur lequel elle tombe, on voit qu'il resterait, après sa volatilisation, une quantité résiduelle de chaleur qui serait capable d'en évaporer encore autant.

Mais « rien ne se perd » dans la nature, nous a appris Lavoisier : cet excédent de chaleur ne saurait donc être perdu. A quoi va-t-il servir? tout simplement à échauffer fortement les couches inférieures de l'atmosphère équatoriale, qui, dès lors, comme le ferait l'air chaud d'une montgolfière, vont, en raison de la moindre densité qu'elles doivent à leur suréchauffement s'élever vers les couches supérieures. Elles s'y élèveront même, non plus d'une façon accidentelle, mais d'une manière continue, puisque la cause première de ce mouvement convectionnel est elle-même persistante.

Ainsi l'atmosphère nous montre déjà une première

circulation verticale. Nous allons voir que cette circulation verticale, cette «convection» de masses d'air chauffées, va engendrer une autre circulation, mais faorizontale cette fois. On le comprend aisément, si l'on réfléchit à la raréfaction que l'ascension des masses d'air chauffées, à Téquateur, occasionne au-dessus de la région où elles se trouvaient précédemment. Il doit donc y avpir un appel de l'air des régions tempérées et froides situées de part et d'autre de la zone torride, appel qui porté vers l'équateur les masses d'air plus froides, qui s'y trouvent accumulées. Si donc la Terre ne tournait pas, l'air viendrait des pôles à l'équateur en cheminant le long des méridiens, et le régi me circulatoire à la surface du globe se bornerait à des vents du Nord dans l'hémisphère boréal, à des vents du Sud dans l'hémisphère austral.

Maisla rotation de la lerre va compliquer le phénomène, en faisant naître la « force centrifuge composée». Tout corps en mouvement à la surfaced'one sphère en rotation doit, d'après le théorème de Coriolis, être dévié, du fait de la rotation de la sphère, vers la droite de sa trajectoire dans l'hémisphère Nord, vers la gauche dans l'hémisphère Sud; ceci est vrai quel que soit le corps en mouvement : boulet de canon ou pierre qui tombe, molécule d'airde l'atmosphère ou molécule d'eau des océans. Dès lors, les vents dont nous venons de parler, qjui, sur une terre immobile souffleraient le long des méridiens perpendiculairement à l'équateur, vont se trouver déviés de leur direction originelle : ils vont devenir vents de Nord-Est dans l'hémisphère boréal, vents de Sud-Est dans l'hémisphère austral.

La cause qui fait naître ces vents étant permanente, ils souffleront eux-mêmes tout le cours de l'année : ce sont les vents alizés, les trade-winds des Anglais. C'est Christophe Colomb qui les découvrit, comme il découvrit l'Amérique, comme il découvrit le Gulf-

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Stream, comme il décoavrit la mer des Sargasses, comme il découvrit aussi la déclinaison de Taiguille aimantée, et ce sont eux qui ont poussé vers T Amérique les trois caravelles de Tillustre et génial navigateur. Et même, la persistance avec laquelle soufflaient ces vents qui, poussant toujours au large les superstitieux matelots de ses équipages, semblaient leur interdire tout espoir de retour dans leur patrie dont ils s'éloignaient sans cesse, avait amené un découragement chez ces hommes ignorants : il fallut la confiance de l'Amiral pour relever leur moral abattu et leur faire entrevoir, derrière Thorizon, toujours fuyant, de l'Ouest, la Terre promise où il allaient aborder. Aujourd'hui, la marche des alizés, le déplacement continu de la bande de calmes qui sépare ceux du Nord-Est de ceux du Sud-Est, déplacement qui suit le mouvement apparent du Soleil sur l'écliptique et qui vient ainsi légitimer l'explication de leur origine, les légères fluctuations que subissent leur régularité et leur force, tout cela est connu, depuis les travaux de M. F. Maury, datant bientôt de trois quarts de siècle. Tout cela est même si bien connu que V Hydrographie office de Washinghton, que \di DeutckeSeewarte deEsimbouTg publient des cartes mensuelles où sont indiqués les régimes des vents pendant ce mois, dans chacune des régions de rOcéan; des routes y sont tracées qui semblent être des « chemins d'écoliers», mais qui, plus longues métriquement sont, grâce aux vents que les marins y rencontrent, plus courtes chronométriquement, et qui économisent, en réalité, 50 % sur la durée des grandes traversées effectuées par les navires à voiles.

Il est une question qui se pose maintenant à l'esprit, ies aiiîés, avons-nous dit, proviennent de l'appel d'air déterminé à l'équateur par l'ascension des

21G LES PROBLÈMES DE l'aTMOSPHÈRE

masses d'air chaudes vers les régions supérieures de Tatmosphère. Que deviennent ces masses d'air? où vont-elles? comment, par quel trajet reviennent-elles à leur j)oint de départ pour parfaire le cycle nécessaire de leurs continuels déplacements?

Ces masses d'air, arrivées dans les couches élevées del'atmosphèrejS'abaissentgraduellementverslaTerre pour retourner par les couches supérieures vers les pôles où elles vont remplacer l'air de ces régions glaciales appelé vers l'équateur : on les nomme les contrealizés. Leur existence est démontrée surabondamment par le mouvement des cirrus^ ces nuages en filaments, les plus élevés de l'atmosphère, que l'on voit toujours marcher du Sud-Ouest au Nord-Est, dans l'hémisphère Nord, poussésqu'ilssont par les courants supérieurs de retour ; elle est démontrée aussi par le transport des nuages de poussières que les éruptions des volcans voisins des tropiques lancent à des kilomètres de hauteur dans l'atmosphère. Ces nuages vont toujours retomber à l'est du volcan qui les a lancés dans l'atmosphère, et en s'éloignant de l'équateur.

Déviés, eux aussi, par la rotation de la planète au-dessus de laquelle ils soufflent, ces contre-alizés vont peu à peu, à mesure qu'ils s'abaissent vers la Terre, devenir des vents d'Ouest, et, quand, dans les contrées voisines des pôles, ils seront assez abaissés pour dévenir des vents de surface, ils constitueront un immense courant d'air, soufflant de TOuestà l'Est, et ajouteront la vitesse de progression de leurs molécules gazeuses à celles que celles-ci possèdent déjà naturellement du fait de la rotation du globe terrestre. Les masses d'air qu'ils déplacent tourneront donc autour des pôles avec une vitesse de rotation supérieure à celle de la Terre elle-même, et donneront naissance, par conséquent, à une force centrifuge considérable, force qui, tendant à chasser les molécules gazeuzes loin de l'axe de rotation, provoque

LA CIRCULATION DE l'aTMOSPHÈRE 217

aux alentours de celui-ci une raréfaction, une dépression atmosphérique dont l'origine, cette fois, est, comme on vient de le voir, purement mécanique. Quand ils s'abaissent vers la Terre en allant vers les pôles, ils rencontrent en route les vents directs qui en viennent ; cette rencontre a lieu aux environs de la latitude de 30*^, et y donne une résultante verticale dirigée vers le sol, donc un centre de haute pression à ces latitudes comme nous le verrons dans un instant. — De plus, ce mélange de deux couches d'air de directions différentes constitue le régime des vents variables^ très net dans les latitudes moyennes, et qui se traduit par des nuages cheminant en sens différents à des altitudes inégales.

Nous venons d'être conduits à constater l'existence nécessaire de deux zones permanentes de moindres pressions: l'une autour de l'équateur pour des raisons thermiques, l'autre autour des pôles, conséquence de la force centrifuge de rotation. Entre deux minima d'une fonction dont la variation est essentiellement continue, il faut nécessairement qu'il y ait un maximum intercalaire : le calcul prévoit que ce maximum doit se trouver aux, latitudes 30** Nord et Sud ; l'observation en confirme l'existence et la permanence audessus desgrandesaires océaniques. Le régime régulier des vents alizés n'est troubléqueparle voisinage immédiat des terres très chaudes, comme l'Hindoustan, l'été, comme la côte de Guinée ou celle du Venezuela, comme l'Australie en janvier et février. Alors les alizés sont déviés, lèvent souffle vers la Terre échauffée et donne naissance aux moussons, La mousson de Tocéan Indien changera de sens aux équinoxes; l'hiver ce sont de nouveau les alizés de N. E., Tété ce sont des vents qui soufflent exactement en sens contraire.

Nous connaissons donc une première circulation générale de l'atmosphère, circulation qui amène

218 LES PROBLÈMES DE L'ATajOSPHÈRE

rechange entre les mass^ d'air chaudes de la zone équatoriale et les masses froides de Fair des régions polaires. Nous allons voir une conséquence importante de cette circulation aérienne relativement à la circulation de l'eau deis océans.

Revenons un instant sur la marche des vents alizés: soufflant de façon ininterrompue et toujours dans la même direction, ces vents alizés entraînent petit à petit avec eux les molécules liquides qui constitaent les couches supérieures de la mer; car l'air aussi bien que l'eau n'est pas un fluide parfait, et cette « imperfection » constitutionnelle implique un frottement entre leurs molécules respectives. Si donc, pour fixer les idées, nous cherchons ce qui se passera dans l'Atlantique le long de l'équateur, nous voyons que les molécules d'eau, sollicitées simultanément par les alizés de Nord-Est et par ceux de Sud-Est, vont en définitive, se diriger suivant la bissectrice des directions de ces deux régimes de vents, c'est-à-dire vont prendre un mouvement de translation de l'Est à l'Ouest, ou, dans le cas présent, de la côte de Guinée a la côte du Brésil. Chauffées par le soleil brûlant de la zone lorride, ces eaux ainsi en mouvement constituent le « courant équatorial », allant de l'Afrique au cap Saint-Roch qui marque l'extrémité orientale du continent sudaméricain. En rencontrant le cap Saint-Roch, le courant s'y bifurque : une branche va vers le Sud; l'autre, la seule dontnous nous occuperons pour l'instant, s'en va vers le Nord ; c'est celle-ci que nous allons suivre dans son voyage transocéanique.

Elle s'en va vers le Nord, en léchant la côte des Guyanes ; une partie de ses eaux passe en dehors de la chaîne des Antilles, remonte le long de la côte américaine et, subissant l'action déviatrice de la rotation terrestre, s'avance en biais pour traverser en écharpe T Atlantique, du Sud-Ouest au Nord-Est. L'autre

LA CIRCULATION DE L'ÂTMOSRHèRE 219

partie pénètre dans le golfe du Mexique, et les eaux qui y sont entrées s'y accumulent sous la poussée des autres eaux qui arrivent constamment derrière elles* Elles séjournent donc dans ce bassin presque fermé dont les côtes échauffées par le soleil brûlant de ces « terres chaudes », les échauffent à leur tour. C'est donc une masse d'eaux chaudes qui va sortir par la seule issue possible : le canal de Floride, et cette masse aura, à sa sortie de cette espèce de chaudière, une vitesse de 4 nœuds à 4 nœuds et demi, soit environ 8 kilomètres à l'heure. Les eaux ainsi sorties du canal de Floride vont rejoindre alors l'autre branche, celle qui était restée au large des Antilles, et constituer avec elle le « courant du golfe » ou Gulf- Stream,

Le Gulf-Stream est l'un des plus grands facteurs du régime thermique de notre continent européen. Gomme Ta si justement dit Maury qui en a fait, le premier, l'étude méthodique et complète, c'est « un fleuve d'eau chaude coulant entre deux rives d'eau froide ». Au moment où il sort du golfe du Mexique, sa largeur est de 60 kilomètres, sa profondeur de 400 mètres environ ; à la latitude du cap Hatteras, il n'a plus que 300 mètres de profondeur, mais sa larçeur est devenue double et atteint 120 kilomètres. Le volume d'eau qu'il débite est de trente-trois millions de mètres cubes à la seconde, c'est-à-dire deux mille fois autant que le Mississipi, dans le puissant courant duquel les géographes d'antan avaient cru trouver l'origine du courant marin. Ses eaux chaudes transportent avec elles une énorme quantité de chaleur qui, pour une journée seulement, s'exprime, en calories « kilogramme-degré », par le nombre