calories

Cette quantité de chaleur égale celle qui tombe sur

la zone glaciale pendant les six mois durant lesquels cette zone est éclairée par les pâles rayons d'un soleil trop oblique.

Ce courant chaud devient le point de départ d'une circulation océanique fermée qui doit se manifester par des courants « de retour » ramenant à leur point de départ les eaux, chaudes à l'origine, et qui sont allées se refroidir au contact des continents glacés qui entourent les pôles. Ces courants existent, en effet ; le plus important d'entre eux est le courant du Labrador qui descend de la mer de Baffin, longe l'Amérique du Nord dont ses eaux glacées refroidissent l'atmosphère et lui donnent ainsi son rude climat d'hiver ; puis il « plonge » sous les eaux chaudes et plus légères du Gulf-Stream pour reparaître à la surface de l'Océan, près de la côte d'Afrique où ses eaux plus fraîches favorisent l'abondance des poissons comestibles, que l'on commence à exploiter sérieusement dans les pêcheries de la baie du Lévrier et de Port-Etienne. Un second courant froid descend aussi le long de la côte est du Groenland, dont il entretient les basses températures et dont il contribue, en accentuant la persistance de la banquise, à rendre l'accès presque toujours impossible. Au contraire la côte ouest du même Groenland, sans être précisément un pays chaud, est pourtant accessible pendant quelques mois aux navires, parce qu'elle est léchée par une branche dérivée du Gulf-Stream. Les eaux chaudes de celui-ci transportent d'ailleurs audessus d'elles des masses énormes de vapeur, causes des brumes qui rendent si dangereux pour les navires les parages de l'Islande et le nord de l'Atlantique : les nombreux accidents éprouvés par les goélettes de pêche aussi bien que par les grands paquebots en sont une preuve malheureusement trop fréquente.

Nous venons de voir, au moins dans l'esquisse de

LA CIRCULATION DE L'ATHOSPnÉHE 22i

ses traits principaux, ce qu'estia circulation océanique dans l'Atlantique nord : les choses se passent deTaçoo Binon identique du moins analogue dans l'Atlantique sud où se manifeste une circulation de même genre, formant elle aussi un circuit fermé. Quant au Pacifique nord, il est parcouru par un important courant chaud, le KuTO-Siwo, qui, bien qu'il soit moins chaud et moins rapide que le Gulf-Stream, offre les mêmes caractères. Le Pacifique sud, l'océan Indien sont aussi le ,

siège de circulations semblables, sous la réserve que toutes les circulations océaniques au sud de l'équateur tournent en sens inverse des aiguilles d'une montre, c'est-à-dire « à gauche « alors que les circulations océaniques de l'hémisphère nord tournent • adroite » (fig. 26).

Dans le vaste océan Antarctique qui entoure, au sud des trois continents, la Terre entière de sa ceinture liquide ininterrompue, existe une circulation marine intense, tournant de façon continue de l'Ouest àl'Est. Ce mouvement des eaux est dû à deux causes : la

première est l'impulsion tangentielle que les trois branches inférieures des circulations de Tocéan Indien, de r Atlantique sud et du Pacifique sud impriment à la masse des eaux des mers du Sud ; la seconde est que les contre-alizés, abaissés vers le sol au voisinage du pôle sud et toujours déviés par la rotation de la Terre, soufflent, dans ces hautes latitudes australes, à Tétat de vents d'Ouest. Ainsi se fait cette majestueuse circulation des eaux qui recouvrent ïes trois quarts de la sphère terrestre et dont la figure 26 donne une idée générale. Les régions qui entourent le pôle nord, régions où la mer, toujours congelée, est recouverte d'une carapace de glace qui formera la redoutable banquise, n'échappent pas à la loi générale de la circulation des eaux : les courants qui les parcourent déplacent la banquise tout entière ; et c'est grâce à eux que Nansen, en emprisonnant volontairement son navire le Fram dans les glaces de la banquise mobile, put dériver avec elle et effectuer son glorieux et immortel voyage. Enfin, rappelons que les courants froids transportent les icebergs^ ces montagnes de glace arrachées aux fronts des glaciers du Groenland, jusque sous les latitudes moyennes où passent les paquebots transatlantiques. Ces icebergs fondent au contact des eaux, chaudes du Gulf-Stream après avoir constitué, par la dérive de leurs énormes masses dans les parages brumeux du Nord-Atlantique, les plus graves des dangers qu'y courent les navires : l'effrayante catastrophe du Titanic en est un récent et terrible exemple.

Nous voilà, semble-t-il, bien loin de l'atmosphère et de sa circulation ? Nous sommes, au contraire, au cœur de notre sujet ; mais la connexité de tous les éléments qui constituent la vie du globe nous avait obligé d'ouvrir cette parenthèse « océanique ». Nous allons voir que c'était chose nécessaire.

LA CIRCULATION DE l'ÂTHOSPHÈRE 223

Si l'on jette les yeux sur une carte des courants marins, on a ^te fait de remarquer que leurs circuits généraux tournent précisément autour de ces centres de hautes pressions que nous avons dit devoir exister et qui existent effectivement auxlatitudesdeSO'^nordet sud. Au-dessus de ces courants liquides chauds sont des masses d'air auxquelles les eaux sur lesquelles elles reposent communiquent à la fois de la chaleur et du mouvement.

Regardons, en particulier, ce qui se passe avec le Gulf-Stream : il entraîne au-dessus de lui un courant atmosphérique, un véritable « Gulf-Stream aérien », ayant emprunté au courant marin une partie de sa chaleur. La température. élevée des masses d'air qui le forment lui donne une « capacité » plus grande pour la vapeur d'eau :ce Gulf-Stream aérien sera donc, non seulement chaud, mais fortement humide. Quand le Gulf-Stream marin, après avoir traversé l'Atlantique, rencontre d'abord le socle continental, puis le continent européen lui-même, il est arrêté et dévié par cette barrière solide qu'il ne saurait franchir, mais il n'en est pas de même du Gulf-Stream aérien qui, lui, se joue de l'obstacle, passe par-dessus et continue sa route au-dessus des terres émergées. Il apporte au continent européen-asiatique au-dessus duquel il circule maintenant, et la chaleur et l'humidité que véhiculent ses masses d'air : la chaleur qui donne aux côtes occidentales de l'Europe leur climat si tempéré ; l'humidité qui est l'origine de leur régime pluviométrique important. Toujours dévié vers sa droite par la rotation de la Terre, il condense abondamment sa vapeur en excès sur la Suède, la Finlande, la Russie, dont il alimente les fleuves et les grands lacs, franchit la chaîne de l'Oural et redescend, pour fermer son circuit, vers l'équateur à travers les steppes et les déserts de l'Asie centrale*

Toutefois, en passant au-dessus de l'Europe, il y a

perdu et sa chaleur et sa vapeur d'eau qu'il a condensée en route : c'est donc à l'état de vent sec et froid qu'il effectue, au-dessus de l'Asie, son trajet de retour. Or, quand une région n'est parcourue que par des vents secs, il n'y pleut jamais, la végétation y est donc difficile, et c'est l'ensemble de ces conditions qui définit un « désert ». On comprend alors la raison d'être nécessaire de cette succession de déserts qui s'alignent sur l'itinéraire de retour du grand circuit aérien : désert du Turkestan, désert de l'Arabie, désert du Sahara. Ainsi, par un prodigieux « réflexe », c'est le Gulf-Stream, ce courant humide par excellence, qui se trouve être la cause des climats désertiques de l'Asie et de l'Afrique.

Le Gulf-Stream vient de nous donner les déserts : nous allons voir que nous lui devons bien d'autres choses encore, et ces autres choses, toujours grâce au courant aérien superposé auquel il donne naissance.

Ce courant d'air, en effet, ne peut pas éviter d'obéir aux lois qui régissent les gaz en mouvement : dans l'intérieur d'une cheminée en tirage, la pression est toujours plus faible qu'à l'extérieur, uniquement à cause du mouvement de l'air, et la dépression est d'autant plus importante que le courant d'air est plus rapide. Les choses se passent ainsi sur le trajet du Gulf-Stream aérien. Tout le long de son parcours, on observe des tourbillons d'air, des tempêtes tournantes, des bourrasques « cycloniques », en un mot, formant le régime de ces tempêtes qui, en Europe, nous arrivent presque toujours de l'Ouest; c'est pour cela que les navigateurs anglais avaient depuis longtemps donné au Gulf-Stream atlantique le nom de « Père des tempêtes ». Quelle admirable connexion existe entre tous les mouvements de la Nature ! et n'est-il pas merveilleux de voir la circula-

ki

LA CIRCULATION DE l'aTMOSPHÈRE

tion océanique agir ainsi, par des actions réflexes, sur le régime atmosphérique des régions bien éloignées des océans, et dont les habitants ignoreront peut-être toujours la mer !

Il n'y a pas seulement un Gulf-Stream aérien audessus de TAtlantique nord. Dans le Pacifique, les mêmes causes amènent les mêmes effets, et il y a, dans le Pacifique nord, un « Kuro-Siwo aérien » qui surmonte le courant marin, chemine avec lui; il

FiG. 27. — Courants atmosphériques généraux.

effectue, comme son congénère de TAtlantique, son trajet dans le sens de rotation des aiguilles d'une montre et va apporter aux rivages favorisés de la Californie les douceurs d'un climat tempéré par la tiédeur de ses masses d'air chauffées au contact du Kuro-Siwo, l'humidité de sa vapeur d'eau, qui donne à ces régions favorisées leur fertilité et leur végétation légendaires. De même, aussi, dans l'hémisphère sud, les trois courants océaniques chauds font naître au-dessus d'eux trois courants aériens concomitants.

La Dgure 27 montre Tensemble des circuits aériens qui marchent au-dessus du sol terrestre, dans les parties inférieures de .l'atmosphère : en le comparant à U figure 26y qui donne la marche générale des courants océaniques, on ne peut s'empêcher d-être frappé de la similitude des deux aspects qu'elles représentent.

Tel est ce joli « schéma » de la circulation atmosphérique, dû à Maurice de Tastes; il n'a pas, il n'a jamais eu, dans la pensée de son auteur, la prétention d'être une « théorie » complète de la circulation atmosphérique, mais bien celle de donner une vue générale de ce majestueux et capital phénomène. Et, encore que beaucoup de savants affectent de tenir pour un peu puériles ces considérations, on y revient cependant, directement ou indirectement, chaque fois qu'il s'agit de faire une étude générale des mouvements de l'atmosphère, ce qui montre bien que les vues du professeur de Tours étaient et restent d'une justesse absolue.

La circulation générale de l'atmosphère sur une Terre en mouvement, est, en effet, un des plus gros problèmes de la mécanique. C'est Maury qui, en 1855, en a indiqué le premier la marche générale dans son livre Physical Geography of the Sea; mais c'est Ferrel, en 1856, qui traita le premier, d'une façon purement mathématique, le problème général des mouvements de l'atmosphère; seulement, il fut obligé d'en simplifier les données et de supposer une Terre uniforme. Le mémoire de Ferrel ouvrit la route aux plus hautes recherches analytiques ; il a montré l'importance qu'il y avait à introduire dans les calculs les « résistances » et les frottements dus aux mouvements des gaz, non parfaits, qui constituent l'enveloppe gazeuse de la Terre.

Après Ferrel, c'est W. Siemens qui, vers 1886, reprit la question. Puis vinrent les travaux de MôUer et d'Oberbeck. Mais dans ces travaux on se plaçait dans

LA CIRCULATION DE l'aTMOSPHÈRE 227

des conditions par trop théoriques; en particulier on ne tenait pas compte de la viscosité des masses gazeuses, ou, si l'on en tenait compte, c'était en écrivant des équations de même forme que celles des petits mouvements lents, en supposant la résistance proportionnelle à la vitesse de déformation, et en adoptant des valeurs fournies par des expériences de laboratoire pour le coefficient de frottement. Mais il y a loin des expériences de laboratoire aux grandioses manifestations des phénomènes de la nature; appliquer à l'atmosphère entière les résultats obtenus snr de faibles masses gazeuses est une extrapolation qui dépasse les limites de ce qu'on a légitimement le droit de faire. Le mécanisme des résistances, dans les rapides déplacements des grandes masses atmosphériques, n'est pas le même que dans les mouvements lents des petites masses d'air sur lesquelles nous expérimentons dans nos laboratoires : c'est le carré des vitesses relatives qui doit, au moins, entrer en jeu, et non une fonction linéaire de cette vitesse.

Cest Helmholtz qui, le premier, introduisit les vues les plus exactes dans le problème des mouvements d'une atmosphère sèche sur un globe poli animé d'^n mouvement de rotation. Il montra l'insuffisance et la lenteur de l'action de la viscosité et de la conductibilité des gaz, et chercha les conditions de stabilité des surfaces de séparation de deux « anneaux » d*air. Il arriva à concevoir l'atmosphère théorique sur laquelle portaient ses calculs, comme formée d*une infinité de couches dans lesquelles la vitesse et la température varient d'une manière continue. Il démontra que la résistance que le contact avec le sol impose aux masses d'air des mouvements, retarde les vents d'Ouest et accélère les vents d'Est, ceci étant de ptes en plus accentué quand on descend du pôle vers Véquateur, où se fait le mouvement vertical de convedion.

Quand deux « anneaux atmosphériques » conligus ont des vitesses différentes avec une surface de séparation stable, cette surface doit être le siège d'un mouvement ondulatoire manifesté par des vagues d*air qui, pour une certaine longueur d'onde, constitueront une forme plus stable que la surface de séparation même. Ces vagues, qui se propagent ainsi le long de la surface de séparation des deux anneaux, cheminent perpendiculairement aux méridiens; elles sont susceptibles d'accroissement dans leur amplitude, et peuvent ainsi donner naissance aux mouvements cycloniques et aux bourrasques. Par suite des grands froids qui régnent autour des pôles, Tair doit s'en échapper, à la surface du sol, à l'état de vent d'Est, ou anticycloniquement. Il est à remarquer combien ces vues ont été confirmées par les récentes expéditions antarctiques de Shackleton et de Charcot: on admettait toujours, comme un raisonnement élémentaire nous y a conduits précédemment, qu'il doit exister autour des pôles une dépression « d'origine mécanique », donnant naissance à un régime cyclonique de vents d'Ouest: mais Charcot, Shackleton, Scott ont très souvent eu affaire à des tempêtes de vents venant du secteur Est, conformément aux conclusions de la théorie d'Helmholtz qui, quelque « théorique » qu'elle soit, peut manifestement s'appliquer à l'Antarctique, vaste plaine uniformément recouverte de glaces. Inversement, Helmholtz démontra que, au-dessus de ces couches basses, les masses chaudes s'avancent vers le pôle pour y remplir les vides et continuent à l'état de vents d'Ouest, en mouvement cycionique. Brisés par les irrégularités et les accidents géographiques du relief terrestre, le mouvement anticyclonique des couches inférieures et le vaste cyclone, graduellement croissant, des couches supérieures que l'on devrait, autrement trouver au pôle, se subdivisent en un grand nombre d'anticyclones et

ifc,-

LA CIRCULATION DE l'aTMOSPHÈRE 229

de cyclones irrégu^prs et errants, ces derniers étant toujours en nombre prépondérant.

Dans ces conditions, Tillustre physicien allemand conclut que Tobstacle au développement de vents bien plus violents que ceux que Ton observée dans la réalité des choses réside moins dans le frottement de Pair contre la surface irrégulière de la Terre que dans le mélange des couches d'air animées de différents mouvements « au moyen de tourbillons qui naissent par enroulement de surfaces de discontinuité ». Dans rintérieur de ces tourbillons les couches d*air, primitivement séparées, s'enrouleat en couches de plus en plus nombreuses et minces les unes autour des autres, et l'énorme étendue des surfaces de contact ainsi réalisées rend possible un rapide échange de températures et une égalisation du mouvement par frottement.

La conclusion générale des calculs d'Helmholtz est que, finalement, la continuité doit exister dans les couches supérieures de l'atmosphère : c'est donc en bas, dans ses couches inférieures, qu'il faut chercher l'origine des ondes et des vagues atmosphériques déferlantes; ces « ondes d'air» sont généralement invisibles à nos yeux dans les circonstances ordinaires ; mais quand des nuages se trouvent sur leur parcours, les gouttelettes d'eau condensée qui les constituent jouent, relativement aux ondulations atmosphériques, le rôle que joue la poudre de lycopode, dont on recouvre les plaques sonores vibrantes pour en manifester les lignes nodales : chaque crête d'onde se révèle par une accumulation de nuages légers et le ciel est couvert de longues bandes parallèles de cirrus .ou de cirro-cumulus. La surface de séparation des deux zones est-elle plus basse, plus voisine du sol? Elle se perd dans la nébulosité générale au point de vue de sa visibilité, mais chaque passage d'onde se signale par une brusque

augmentation de Tintensité du.vent : ce sont des rafales.

Il est une chose qui doit nons frapper : c'est la concordance absolue entre cette division de l'atmosphère en couches supérieures calmes et couches inférieures agitées, déduite parHelmholtz d'une étude dynamique de l'air, et la division donnée par Teisserenc de Bort en troposphère inférieure, siège des perturbations, et stratosphère supérieure, région de tranquillité des masses gazeuses. Cette concordance donne à cette manière de concevoir la partition de l'air qui nous enveloppe une telle vraisemblance qu'on doit, semble-t-U? l'admettre actuellement comme la meilleure représentation de l'état de l'atmosphère. ^

Le professeur Brillouin, à qui l'on doit la plus intéressante discussion de^ travaux théoriques publiés sur la circulation générale de l'atmosphère, a ajouté à ce magistral travail d'Helmholtz d'intéressantes considérations. Dans l'ensemble, le savant allemand a étudié le régime circulatoire de l'air sec autour d'une sphère polie en rotation. M. Brillouin démontre, dans son mémoire sur les Vents contigus et les nuages, que l'instabilité essentielle de l'équilibre atmosphérique momentané n'est pas seulement celle qui provient de la naissance et de la propagation de ces vagues aériennes dont nous venons de parler, mais c'est surtout celle que les variations de température et de nébulosité produisent sur une surface primitivement stable. Il fait remarquer, en outre, que le problème principal à résoudre, pour le cas général théorique, c'est de trouver la loi de la vitesse de formation des mélanges, en fonction de la vitesse des courants contigus et de leur densité ; en un mot, la loi du frottement interne hydraulique. Si l'on arrive à cette connaissance, le cas général théorique de la circulation sera résolu et l'on pourra alors

LA CIRCULATION DE l'aTMOSPHÈRE 231-

aborder la solution mathématique du problème de la circulation sur la Terre « telle qu'elle est », et non pas sur une Terre supposée homogène et polie; en un mot, attaquer mathématiquement le problème dont Maurice de Tastes a donné une si belle indication au point de vue physique dans la réalité des choses.

Une des plus remarquables légitimations de cette jolie image de la circulation donnée par Maurice d^ Tastes consiste dans le fait qu'elle permet de « prévoir » ce qu'on a tant de peine à expliquer « après coup » : je veux parler des cyclones des régions tropicales. Alors que, pour en expliquer la naissance et les particularités, d'illustres savants ont édifié des théories auxquelles on a vite dû renoncer, cela devient tout simple si l'on se place au point de vue des circuits aériens.

Considérons, en effet (fig. 27), les deux circuits qui transportent l'air, l'un au-dessus du Gulf-Stream de l'Atlantique nord, l'autre au-dessus du Kuro-Siwo, dans le Pacifique nord. Ces deux circuits sont séparés l'un de l'autre, à l'extrémité la plus rapprochée de leurs grands axes, par le Texas et les terres chaudes qui avoisinent le golfe du Mexique, dans TAmérique du Nord. Au voisinage du solstice d'été, quand la température du sol atteint son maximum, ces terres s'échauffent beaucoup plus vite que la mer qui les avoisine : elles donnent donc naissance à un mouvement ascendant de convection dans les couches d'air qui les surmontent, et, par suite, sont le siège d'une importante dépression d'origine thermique. Sous l'influence de cette dépression, les masses d'air voisines vont se précipiter vers le centre chaud ; les deux circuits aériens de l'Atlantique et du Pacifique, séparés jusque-là, vont se déformer, leurs axes vont s'allonger, leurs sommets en regard vont arriver au contact l'un de l'autre, et les molécules d'air.

entraînées entre ces deux rouages aériens, vont prendre, sous leur double impulsion, un mouvement de rotation à gauche, dans le sens inverse du mouvement des aiguilles d'une montre, entraînées qu'elles sont d'abord par le mouvement cyclonique résultant du suréchaufîement local, ensuite par le « couple de rotation » engendré par les deux circuits cheminant en sens contraire Tun de l'autre ; un cyclone^ au vrai sens du mot, est donc né, et ce redoutable météore se reproduira chaque, fois que se trouveront ellesmêmes reproduites simultanément les conditions qui lui ont donné naissance. Ce sera donc dans la saison chaude et dans les régions de la Terre où peuvent se rencontrer les sommets de deux circuits voisins que pourront naître ces phénomènes dévastateurs. On peut, dès lors, prévoir que les cyclones seront des phénomènes essentiellement « saisonniers » et « régionaux », ce que des observations plusieurs fois séculaires conflrment de tout point.

La plus belle vérification de cette théorie nous est fournie par l'absence de cyclones dans l'Amérique du Sud, malgré le voisinage des deux circuits Sud- Pacifique et Sud-Atlantique : c'est que se dresse, entre les deux, la formidable muraille de la Cordillère des Andes. Or, les cyclones sont, par excellence, des phénomènes qui se passent dans la partie inférieure de la troposphère, dans cette première couche de 3.000 mètres, où se produisent presque exclusivement les grandes perturbations atmosphériques ; à 2.000 mètres ou, tout au moins, à 3.000 mettes d'altitude, ils sont, sinon éteints, du moins très atténués. ' Il est aisé de comprendre, alors, que la Cordillère, avec sa succession de sommets qui s'élèvent à 6.000 mètres et à 7.000 mètres, et dont l'altitude moyenne dépasse 3.500 mètres, oppose un obstacle insurmontable à la rencontre des deux masses d'air entraînées par les circuits atlantique et pacifique sud,

LA CIRCULATION DE l'aTMOSPHÈRE 233

et rende ainsi matériellement impossible Fentraînement tourbillonnaire de Tair entre leurs sommets rapprochés.

Il y aurait encore bien des « problèmes de l'atmosphère » à résoudre au point de vue de sa circulation et des exceptions locales qu'elle comporte. Les vents locaux : sirocco, harmattan, bora, vent d'autan, mistral, sont bien expliqués, en gros, quant à leur origine, mais le sont beaucoup moins dans le détail de leur mécanisme. Comment, par exemple, donner la raison du fait, bien auth^ntiquement constaté, que le mistral souffle toujours par durée de trois, six ou neuf jours? Il y a donc encore plus d'un point obscur dans Tétude de la circulation atmosphérique, non seulenient dans son ensemble, mais encore dans les détails de son fonctionnement.

La circulation de l'atmosphère met en mouvement les masses gazeuses qui sont transportées d'un point à un autre du globe dans toute leur complexité, avec les éléments divers que contient l'air atmosphérique, en particulier avec la vapeur d'eau.

On sait combien la vapeur d'eau est nécessaire à la vie : pas d'eau, pas de vie végétale, pas non plus de vie animale. Or, toute cette eau, indispensable à l'existence des êtres organisés, indispensable à l'exercice des métiers et au fonctionnement de l'industrie, qu'elle soit prise aux sources ou puisée dans les fleuves, provient de la condensation, faite sous forme de pluie, de la vapeur d'eau que contient l'atmosphère. C'est donc encore à celle-ci que nous devons de pouvoir boire, et nous laver, délayer la farine de notre pain et gâcher le mortier qui sert à construire nos maisons.

Cette eau, condensée en pluie, ruisselle le long des flancs de nos chaînes de montagnes^ forme les torrents, les rivières, les fleuves et retourne à la mer.

234 LES PBOBIièHES DE l' ATMOSPHÈRE

Là, la chaleur solaire la vaporise de nouveau et les^ courants aériens la transportent au-dessus des continents, où elle se [condense encore une fois sur les cimes froides et élevées des montagnes.... Et le cycle recommence, image parfaite de la circulation d*un être vivant, par le système de ses vaisseaux sanguins.

Seulement, ici, l'être vivant c'est la Terre î