DES LIGNES ISOTHERMES

D£ U PISTAI6UTI0N PS LA CQAI^SUR Sl^R hfi QliOSK*

l^ répartitioa de la chaleur sur le ^lobe appartient à ce genre de phénomènes dont on cgunatt depuis longtemps les circonstances générales, mais qui ne sauraient être déterminés rigoureusement ou soumis k un calcul exact qu'à h condition que la théorie pourra puiser dans les données de Tei^périence et de rohservation les corrections des divers éléments qu'elle emploie. [jB but de ce Mémoire est de faciliter la réunion de ces données , d'offrir des résultats tirés d'un grand nombre d'observations inédites , et de les grouper d'après une méthode qui , bien que Favantage qu'elle présente ait été reconnu depuis un siècle, n'avait point encore été essayée dans l'exposition des phénomènes de la déclinaison et de l'inclinaison magnétiques. Comme le travail qui renferme la discussion des observations partielles sera

publié séparément, je me bornerai id k un ûmple aperçu, propre à ftdre connaître la distribution de la chaleur aur le globe , d'après les données les plus réoentes et les plus précises. Liorsqu'on ne peut ramener des phénomènes compliqués h une théorie générale, on gagne déjà quelque chose si Ton parvient h fixer les rapports numériques par lesquels se trouvent liées un grand nombre d'observations éparses , et à subordonner l'influence des causes perturbatrices locales à des lois purement empiriques. L'étude de ces lois fait connaître aux voyageurs sur quels problèmes ils doivent de préférence faire porter leur attention , et l'on peut espérer, d'après le perfectionnement progressif des diverses parties du système du monde, que la théorie de la distribution de la chaleur gagnera également en étendue et en précision , à mesure que les observations seront plus multipliées , et dirigées sur les points qu'il importe d'éclaircir.

Comme les phénomènes qui intéressent la géogra- * phie : les végétaux et, en général, la distribution des êtres organisés, dépendent de la connaissance des trois coordonnées de latitude, de longitude et de hauteur, j'ai dû m' occuper, depuis plusieurs années, de l'évaluation exacte des températures atmosphériques. Je ne pouvais rédiger mes propres observations sans recourir sans cesse aux ouvrages de Cotte et de Kirwan, les seuls qui renferment une grande masse d'observations météorologiques , bien qu'elles aient été obtenues par des instruments et d'après des méthodes d'une précision très^inégale. Ayant longtemps habité

les plateaux les plus élevés du nouveau continent, j'avais profité des avantages qu'ils ofirent, pour examiner la température des différentes couches d'air, non d'après des données isolées , fruits de quelques excursions vers la cime d'un volcan , mais d'après la réunion d'un grand nombre d'observations, faites jour par jour et mois par mois , dans des lieux habités. En Europe et sur tout l'ancien continent, les points les plus élevés, dont on a déterminé les températures moyennes, sont le couvent de Peissenberg en Bavière, et l'hospice du Saint-Gothard (10). Le premier a 995 mètres (511 toises), le second a 2075 mètres (1065 toises) d'élévation au-dessus du niveau des mers. En Amérique, un grand nombre de bonnes observations ont été faites à Santa-Fé de Bogota et à Quito, sur des hauteurs de 2660 et 2909 mètres (1365 et l/i92 toises). Une ville de 10000 habitants qui offre toutes les ressources de la civilisation moderne , Huancavelica , est située dans les Cordillères de l'hémisphère austral à 8752 mètres (1925 toises ) d'élévation absolue ; enfin la mine de Santa- Barbara , entourée de beaux édifices , et placée à une lieue au sud de Huancavelica, offre un endroit favorable pour faire des observations régulières, à la hauteur de &&22 mètres; c'est le double de la hauteur à laquelle est situé l'hospice du Saint-Gothard. Ces exemples prouvent combien nos connaissances sur les hautes régions de l'atmosphère et sur la physique du monde en général s'accroîtront rapidement, lorsque la culture des sciences, si longtemps

concentrée dans la zone tempérée, s^étendra au delà du tropique f dans ces vastes régions où les Espagnols*Américains se livrent déjà avec tant de zèle à rétude de la physique et de l'astronomie. Pour comparer avec la chaleur moyenne des climats tempérés les résultats que nous avions obtenus, M. Bonpland et moi, dans les régions équinoxiales, depuis les plaines jusqu'à 5880 mètres (3016 toises) de hauteur, je devais réunir un grand nombre de bonnes observations faites au delà du parallèle de 30 à 35 degrés. Je m'aperçus bientôt combien cette comparaison était vague , si je choisissais des lieux placés dans le méridien des Cordillères ou par une longitude beaucoup plus orientale. J'entrepris dès lors de discuter les résultats consignés dans les ouvrages les plus récents. Je t&cbai de trouver de dix en dix degrés de latitude, mais sur des méridiens différents , un petit nombre de lieux dont on connût avec précision la température moyenne. Ce sont autant de points fixes par lesquels je fais passer mes lignes isothermes ou lignes {F égale chaleur. Je remontai ensuite aux observations mêmes dont les résultats avaient été rendus publics, et je trouvai dans le cours de ce travail facile, mais long et monotone, qu'il en est malheureusement d'un grand nombre de températures moyennes indiquées dans les tableaux météorologiques comme de ces posi* tions astronomiques que l'on adopte sans les discuter. Tantôt les résultats sont en contradiction directe avec les observations les plus récentes, tantôt il est impossible de découvrir d'où ils sont tirés* Beaucoup d'ob-

sort ations, et tnème de très^boones^ ont dû être rejetées par la seule raison que la hauteur absolue du lieu dans lequel elles ont été faites est restée inconnue. C'est le cas de l'Asie Mineure, de l'Arménie, delà Perse» et de presque toute l'Asie. Tandis que la seule partie équinoxiale du Noureau-Monde offre déjà plus de 500 points , dont la plupart sont de simples villages et des hameaux, déterminés par un nirelle'ment barométrique , nous ignorons encore la hau*leur d*Erseroum, de Bagdad , d'Alep, de Téhéran « d'ispahan , de Delhi et de Lassa au-dessus du niveau des mers voisines. Malgré les rapports intimes que l'on a entretenus récemment avec la Perse et le Gandahar^ cette branche de nos connaissances n'a point gagné depuis une cinquantaine d'années. Cependant le décroissement de la température dans les hautes régions de Tatmosphëre ne permet pas de confondre les températures moyennes d'endroits qui ne sont pas placés sur un même niveau. Dans l'ancien continent , les bonnes observations , les seules dont on peut faire usage pour reconnaître des lois empiriques , se bornent è une étendue de la snrtoce du globe , limitée , d'un côté , par les parai* lèles de AO* et 70"^ de l'autre , par les méridiens de AO* de longitude orientale et de 20' de longitude tyocidentale. Les points extrêmes de cette région sont rtle de Madère , le Caire et le cap Nord. C'est une bande qui n'a pas, de Test A l'ouest , miile lieues marines de SO au degré, c'est^à-<iit>e il d/e la cireonférMiee du f lobe i et qui , renfermant i» baesin de la

Méditerranée , eât 1« tetitre de la ciYilisatiott primi*^ tire de TEurope. La configuratiOD ettraordinaire de cette partie du monde , les mers intérieures, et d*au<* très circonstances si propres à développer les germes de la culture parmi les peuples, ont donné à TEurope un climat particulier, très-diflërent de celui des régions placées sous la même latitude. Or comme les sciences physiques portent presque toujours Terapreidte des lieux où i^on a commencé k les cultiver, on s'est accoutumé à considérer la distribution de la chaleur observée dans la région que nous venons de désigner, comme le type des lois qui gouvernent le globe entier. C'est ainsi que, dans la géologie, on a tAché longtemps de ramener tous les phénomènes volcaniques à ceuï qu'oflOrent les volcans de Tîtalie. Au lieu d'évaluer méthodiquement la répartition de la chaleur, telle qu^elle eiiste sur la surface des eon» tlnents et des mers , on a cru devoir ou regarder comme des exceptions locales tout ce qui s'écarte du type adopté , ou , en suivant une méthode plus dangereuse encore dans la recherche d'une loi naturelle, prendre des mopennes de température de 6 en 6 degrés de latitude , en confondant les lieux placés sous des méridiens très-différents. Comme cette dernière méthode parait exclure rinfïnence des Causes réputées étrangèties , je dois la discuter brièvement, avant d'indiquer îa marche essentiellement différente que J'ai suivie dans mes recherches.

11 n'eu est point de la température de Tatmo^

sphère et du magnétisme du globe comme de ces phénomènes déterminés par une cause unique ou par un seul centre d'action , que Ton peut dégager de rinfluence des circonstances perturbatrices , en prenant les résultats moyens d'un grand nombre d'observations, dans lesquelles ces effets étrangers se détruisent mutuellement. La répartition de la chaleur , de même que les inclinaisons et les déclinaisons de Taiguille aimantée, ou l'intensité du magnétisme terrestre , dépendent , par leur nature , de la localité, de la constitution du sol, de la disposition particulière de la surface rayonnante du globe. On doit se garder d'éliminer précisément ce que l'on veut trouver : il ne faut donc pas confondre sous le nom de circonstances étrangères et perturbatrices , celles dont dépendent essentiellement les phénomènes les plus considérables , par exemple la distribution et le développement plus ou moins rapide de la vie organique. De quelle utilité serait une table d'inclinaisons magnétiques, qui, au lieu d'être mesurées sur des parallèles à l'équateur magnétique , seraient les moyennes d'observations faites par les mêmes degrés de latitudes terrestres , mais sur des méridiens différents? Nous voulons faire connaître la quantité de chaleur annuelle que reçoit chaque point du globe, et ce qui importe le plus à l'agriculture et au bienêtre des habitants , la répartition de cette quantité de chaleur entre les différentes parties de l'année , et non ce qui est dû à l'action solaire seule , à la hauteur de l'astre sur l'horizon , à la durée de son

influence , c'est-à«dire à la grandeur des arcs semidiurnes«

Il y a plus encore; nous prouverons que la méthode des moyennes est insufiSsante pour reconnaître ce qui appartient exclusivement au soleil, en tant que ses rayons éclairent un seul point de la surface du globe , et ce qui est dû à la fois au soleil et à Tinfluence des causes étrangères. C*est parmi ces causes que nous comptons le mélange des températures de difiërentes latitudes produit par les vents ; le voisinage des mers qui sont d'immenses réservoirs d'une chaleur peu variable; Tinclinaison , la nature chimique, la couleur, la force rayonnante et Tévaporation du sol ; la direction des chaînes de montagnes qui favorisent le jeu des courants descendants^ ou arrêtent certains vents au passage ; la forme des terres, leur masse et leur prolongement vers les pôles; la quantité de neige qui les couvre pendant Fhiver ; l'élévation de leur température et leur réverbération en été; enfin, ces glaces qui forment comme des continents circompolaires, variables dans leur étendue, et dont les parties détachées, entraînées par les courants, modifient sensiblement le climat de la zone tempérée.

En distinguant, comme on Ta fait depuis longtemps, le climat solaire du climat réel, il ne faut pas oublier que les causes locales et multipliées qui modifient l'action du soleil sur un seul point du globe, ne sont elles-mêmes que des causes secondaires, des effets du mouvement que l'astre calorifiant pro-

MéL. I. 15

dull dans l'atmosphère , et qui se propage à^de grandes distances. Si Ton considère séparément (et il serait utile de le feire dans une discussion purement théorique) la chdteur produite par le soleil , en supposant la terre eti repos et sans atmosphère, et la chaleur due à d'autres causes regardées comttie per* turbatrices , on tfouve que cette dernière partie de reflfet total n'est pas entièrement étrangère au so* leîl. L'influence des petites causes ne disparaîtra pas, si l'on prend le résultat moyen d'un grand tiombre d'observations : car cette influence n'est pas restreinte à une seule région. Par la mobilité de l'océan aérien , elle se propage d'un continent à l'autre. Partout, dans les régions voisines des cercles po* laires, les rigueurs des hivers sont diminuées par le déversement des colonnes d'air chaud, qui, s'élevant au-dessus de la zone torrîde, se porte vers les pôles ; partout dans la zone tempérée , la fréquence des vents occidentaux, modifie les Climats en transportant la température d'une latitude à une autre (It). Qu'on réfléchisse, de plus, ft l'étendue des mers , à la configuration et au prolongement des continents , soit dans les deux hémisphères , soit à l'est et à l'ouest des méridiens de Canton et de la Californie , et l'on verra que le nombre d'observations sur la température moyenne fût-il infini , la compensation n'aurait pas lieu.

C'est donc à la théorie seule qu'il appartient de déterminer la répartition de la chaleur sur le globe , en tant qu'elle dépend de l'action immédiate et in-

stantanée du soleil. Elle n'indique pfts les degrés de température exprimée par la dilatation du mercure dans un thermomètre, mais les rapports entre la chaleur moyenne anntielle, à Téquateur, sous le parallèle de &5«, et sous le cercle polaire ; elle détermine les rapports entre les chaleurs solsticiales et équinoxiales dans les différentes zones. En comparant les résultats du calcul, non k la moyenne tirée d'observations faites par différentes longitudes , mais à la température moyenne d'un seul point de la surface de la terre , on ferait le départ de ce qui est dû k l'action it&médiate du soleil et à l'ensemble des autres in* fluences solaires et non solaires , locales ou propagées à de grandes distances. Cette comparaison de la théorie et de Texpérience offrirait un grand nombre de rapports intéressants.

Longtemps avant que l'on eût des thermomètres comparables et une idée précise de la température moyenne d'un lieu, en 1693, Halley jeta les premiers fondements d'une théorie de l'action calorifiante du soleil, à différents degrés de latitude (12). 11 prouva que la durée de l'action pouvait compenser l'effet de Tobliquité des rayons. Les rapports qu'il indique expriment, non la chaleur moyenne des saisons, mais la chaleur d'un jour d'été à l'équateur et sous le cercle polaire, rapport qui est comme 1,834 à 2,310. Déjà chez les Grecs , d'après le témoignage de Geminus(13), Polybe avait entrevu la raison pour laquelle il y a moins de chaleur à l'équateur que sous le tropique. L'idée d'une zone tempérée et habitable,

placée à uoe grande hauteur au milieu de la zone torride, fut admise aussi par Ératosthène, Polybe et Strabon.

Dans deux Mémoires (1&) publiés à de longs intervalles, en 1719 et 1765, Mairan essaya de résoudre les problèmes de Faction solaire , en les traitant d'une manière beaucoup plus étendue et plus générale. Il compara , le premier , les résultats de la théorie à ceux de Tobservation ; et comme il trouvait la différence entre les chaleurs d'été et d*hiver beaucoup moins grande qu'elle ne devait l'être d'après le calcul, il reconnut la chaleur permanente du globe et les effets du rayonnement. Sans se méfier des observations qu'il employait, il imagina la théorie bizarre des ématiations centrales qui , depuis l'équateur jusqu'au pôle, ajoutent à la chaleur de l'atmosphère* Il suppose que ces émanations décroissent jusqu'au parallèle de llc * où les étés solaires atteignent leur maximum, et qu'elles augmentent de llC au pôle.

Lambert, avec la sagacité qui le distingue dans toutes ses recherches physico-mathématiques , a relevé, dans sa Pyrométrie^ les erreurs de la théorie de Mairan (15). Il aurait pu ajouter que ce géomètre confond les quantités de chaleur que reçoit un point du globe , sous le ôO"" de latitude ^ pendant les trois mois d'été, avec le maximum auquel les habitants de ces régions boréales voient de temps en temps monter les thermomètres par un jour serein. Les températures moyennes des étés, loin de décroître du pôle au tropique , sont sous l'équateur , sous le parallèle

de &5% et sous celui de Stockholm, d'Upsal ou de Pétersbourg, 27%7, 21* et 16%2. Réaumur avait envoyé ses nouveaux thermomètres à la zone torride, en Syrie et dans le Nord. Comme on se contenta alors de noter les jours les plus chauds , on s*était formé ridée d*un été universel^ qui serait le même dans toutes les parties du globe* On avait remarqué, et avec raison, que les chaleurs extrêmes sont plus fréqueirtes et même plus fortes dans la zone tempérée , par de hautes latitudes , que sous la zone torride. Sans avoir égard à la température moyenne des mois, on supposait vaguement que , dans ces régions septentrionales , les étés suivaient le rapport des extrêmes thermométriques. Ce préjugé s'est encore propagé de notre temps , quoiqu'il soit bien prouvé que , malgré la longueur des jours dans le Nord , les températures moyennes des mois les plus chauds à Pétersbourg , à Paris et sous Téquateur, sont de 18% 7, 20%8 et 28'' du thermomètre centigrade. Au Caire, d'après les observations de Nouet , les trois mois d'été sont de 29,8, par conséquent, de !&<» plus chauds qu'à Pétersbourg et de lO plus chauds qu'à Paris. Les chaleurs estivales du Caire égalent presque celles que j'ai éprouvées à Cumana et à la Guayra , entre les tropiques.

Quant à Vémanatwn centrale du système de Mairan ou à la quantité de chaleur que Fair ambiant reçoit de la terre, il est aisé de concevoir qu'elle ne peut agir dans toutes les saisons. La température du globe , aux profondeurs que nous atteignons , est en

VJD

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^it donnent la mesure du re- |t|et il obtient ce résultat exrôquateur, à minuit, le froid bi que pendant Thiver sous [lient ce grand géomètre atta- Inportance à ce résultat et à iiAe. Le second Mémoire de s en aucune façon, les quesi {lalley , offre du moins Taiquelques vues générales sur b de la chaleur dans les diffé- St vrai que les températures fondues sans cesse avec les |s ; mais c'est la première fois I les ouvrages de Cotte et de les faits et de comparer les

Wrche suivie par ses prédé- |ixs son TraUé de Pyromélriej rsjdeux buts très-différents : il lus analytiques pour les cour- I variations de la température ^tjobservé, et il a repris, dans lilé, le théorème ée Faction ^ fc)|rmules d'après lesquelles on ir j d'un jour sous une latitude >>^jrras9é de fixer la dispersion

H ^ acquise ou les sous-tangeutqs

§ ïx^clunies (18) , il dresse des

«"tioa de la chaleur par difié-

général peu différente de la chaleur moyenne annuelle de Tatmosphère. Son action est d'une grande importance pour la conservation des végétaux; mais elle ne devient sensible dans Fair que là où la surface du globe ne se couvre pas entièrement de neige, et pendant les seuls mois où la température moyenne est au-dessous de celle de Vannée entière. Dans la France méridionale » par exemple , le rayon* nement de la terre peut agir sur l'atmosphère, dans les cinq mois qui précèdent le mois d'avril. Nous parlons ici de la chaleur propre du globe , de celle qui est invariable à de grandes profondeurs» et non de ce rayonnement de la surface du globe qui a lieu, même au solstice d'été , et dont les effets nocturnes ont offert à M. Prévost une mesure approximative de l'action solaire directe (16).

Mairan avait trouvé que, dans la zone tempà*ée, la chaleur de fêté saUtire est à celle de f hiver sêlaire comme 16 à 1. M. Prévost admet pour Genève le rapport de 7 i 1. De bonnes observations me donnent pour la température moyennei des étés et des hivers, ir Genève, l%5et 18%8; àPétersbourg,8%8 et 16%7 centigrades. Ces nombres n'expriment ni des rapporta abaolus ni des quantités absolues^ mais des différences thermométriques regardées oomme effet total des influences calorifiantes : les rapports fournis par la théorie dégagent la chaleur solaire de tout autre effet indirect. Euler, dans ses Essais historiques sur la cbuieur solaire , ne fut pas plus heureux que Mairan. II suppose que les sinus négatifs de la hauteur

du soleil pendant la nuit donnent la mesure du refroidissement nocturne , et il obtient ce résultat extraordinaire que, sous Téquateur, à minuit, le froid doit être plus rigoureux que pendant Thiver sous le pôle (17). Heureusement ce grand géomètre attache lui-même peu dUmportance à ce résultat et à la théorie d'où il découle. Le second Mémoire de llairan , sans résoudre , en aucune façon , les questions pendantes depuis Halley , offre du moins Ta^ vantage de renfermer quelques vues générales sur la véritable distribution de la chaleur dans les différenta continents. Il est vrai que les températures extrêmes y sont confondues sans cesse avec les températures moyennes ; mais c'est la première fois qu'on ait essayé , avant les ouvrages de Cotte et de Kirwan, de grouper les faits et de comparer les climats les plus éloignés.

Peu content de la marche suivie par ses prédécesseurs, Lambert, dans son TraU4 de Pyramétrie, a dirigé ses travaux vers deux buts très-différents : il a cherché des expressions analytiques pour les courbes qui expriment les variations de la température dans un lieu où il avait observé , et il a repris , dans la {dus grande généralité, le théorème ée Taction solaire. Il donne des formules d'après lesquelles on doit trouver la chaleur d'un jour sous une latitude déterminée ; mais embarrassé de fixer la dispersion nocturne de la chaleur acquise ou les sous-tangentqs des refroidissements nocturnes (18) , il dresse des tables sur la distribution de la chaleur par diffié-

reuts parallèles et dans différentes saisons (19) , qui s'éloignent à tel point des résultats de l'observation , qu'il serait bien difficile d'attribuer ces déviations à l'influence de la chaleur rayonnante du globe ou à d'autres causes perturbatrices. On est frappé du peu de différence que la théorie indique entre les températures moyennes annuelles des lieux situés sous réquateur et sous le cercle polaire , entre les étés de la zone torride et ceux de la zone glaciale. II est vrai que nous ne demandons pas à l'analyse de déterminer la répartition de la chaleur, telle qu'elle existe à la surface du globe. Nous savons que , à moins de recourir aux Içis empiriques , et de puiser des données dans les résultats de l'observation , la théorie ne peut soumettre au calcul qu'une partie de l'effet total, celle qui appartient à l'action immédiate des rayons solaires ; mais depuis les heureuses et récentes applications de l'analyse, soit aux phénomènes du rayonnement des surfaces, soit au passage du calorique dans l'intérieur des corps solides, soit enfin au refroidissement de ces corps dans des milieux dont la température n'est pas uniforme, il est permis d'espérer que l'on parviendra enfin à perfectionner la connaissance de l'action solaire et à calculer la distribution de la chaleur ac* quise sur l'enveloppe extérieure de notre planète.

En discutant ce que l'on peut attendre des^ travaux purement théoriques des géomètres, je n'ai point parlé d'un Mémoire célèbre, mais très-concis, de Mayer , le réformateur des tables lunaires. Ce travail, rédigé en 1755, a été inséré vingt ans plus

tard dans les Opéra inedita (20) . Cest une méthode et non une théorie ; c*est un essai essentiellement différent de ceux que nous venons de citer, et, comme le dit son savant auteur lui-même, une détermination de la chaleur moyenne, trouvée empiriquement par l'application des coefficients que fournissent les observations. La marche de Mayer est analogue à celle que les astronomes suivent avec tant de succès , lorsqu'ils corrigent peu à peu le lieu moyen d'une planète , en supprimant l'effet des inégalités de son mouvement. Elle ne présente pas le résultat de l'action solaire dégagée de l'influence des circonstances étrangères ; elle évalue , au contraire , les températures , telles qu'elles sont distribuées sur le globe , quelle que soit la cause de cette distribution. La chaleur moyenne de deux endroits placés sous différentes latitudes étant donnée, on trouve par une équation très-simple la température de tout autre parallèle. Les calculs de Mayer, d'après lesquels les températures décroissent de l'équateur au pôle, comme les carrés des sinus de latitude, donnent des résultats assez précis, lorsqu'on ne s'éloigne pas beaucoup, en longitude , des régions qui ont fourni les coefficients empiriques. Mais sans sortir de l'hémisphère boréal , dès que l'on applique les formules à des lieux placés 70 ou 80 degrés à l'est ou à l'ouest du méridien de Paris, les calculs ne s'accordent plus avec les observations. La courbe qui passe par les points dont la température moyenne est zéro, ne coïncide pas avec un parallèle terrestre : si , dans la

péninsule Scandinave, nous ne rencontrons cette courbe que par les 65^ ou 68° de latitude, elle descend , au contraire , dans le nord de TAmérique et dans TÂsie orientale, jusqu'aux parallèles de 53" à 58% Or la direction et les inflexions de cette courbe de température zéro influent sur les lignes isothermes voisines , de la même manière que les inflexions de l'équateur magnétique modifient les lignes d'inclinaison. Demander quelle température moyenne ou quelle inclinaison de Taiguille aimantée appartient à tel ou tel degré de latitude, c'est proposer des problèmes également indéterminés. Quoique, même par de hautes latitudes, les lignes magnétiques et les lignes isothermes ne soient pas rigoureusement parallèles à l'équateur magnétique et à la courbe de température zéro^ c'est pourtant la distance d'un lieu à cette courbe qui détermine la température moyenne, comme le degré d'inclinaison de l'aiguille dépend de la latitude magnétique.

Ces considérations sufiisent pour prouver que les formules empiriques de Mayer exigent l'introduction d'un coeflicient qui dépend de la longitude, et par conséquent de la direction des lignes isothern^es et de leurs nœuds avec les parallèles terrestres. Mayer n'a point eu l'intention de dégager les résultats qu'il obtient de Tinfluence de toutes les causes perturbatrices : il s'est borné à déterminer les effets de la hauteur a.i}-de$sus du niyeau de la mer, ceux des saisQps et de la longueur du jour. Il a voulu indiqW ^ ?^^^ H^^ ^^^ physiciens doivent suivre en

imitaDt la méthode des astronomes. Son Mémoire date d'une époque où Ton ne connaissait pas la température moyenne de trois points sur le globe ; et les corrections que je propose, d'après le tracé des lignes isothermes , loin d'être incompatibles avec la méthode de M ayer, sont au contraire du nombre de celles que ce géomètre semble avoir vaguement prévues.

Kirwan , dans son ouvrage sur les climats et dans un savant Mémoire météorologique , inséré au huitième volume des Tranâoctians of tke Irish Acaé^my^ essaye d'abord de suivre la marche proposée par Mayer; mais, plus riche en observations que tous ceui qui l'ont précédé, il s'aperçoit bientôt que, après de longs calculs, les résultats obtenus s'accordent mal avec rexpérience (31). Pour tenter une méthode nouvelle, il choisit, dans la vaste étendue ée^ mon, des lieux dont la température n'éf^ouve de ckangentent que par des causes permanentes : ce sent la partie du graad Océan appelée Tulgairement ooéan Pacifique , de 40"" sud à &5'' nord , et la partie de Tecéan Atlantique comprise entre les parallèles es /L6^ et ftO% depuis les côtes de l'Angleterre jusqu'au GulMtfeam, dont sir Charles Blagden a fait ooqnaltre^ le premier la haute température. Kirwan Msafye de déterminer, mois par mois, la température moyenne de ces mers , à difiérrats degrés de latitude ; et ces résultats loi offrent des termes de comparaison aveo le$ températures moyennes observées snr \% partie solidq du globe temrestre. Il est aisé de ooqcevoir que cette méthede n'a d'autre but que de

distinguer dans les climats , c'est-à-dire dans Teffet total des influences calorifiques^ ce qui est dû à Faction exercée immédiatement par le soleil sur un seul point du globe. Kirwan considère d'abord la terre comme uniformément couverte d'une couche d'eau trèsépaisse ; puis il compare les températures de cette eau, par différentes latitudes, avec ce que l'on observe sur la surface des continents hérissés de montagnes , et inégalement prolongés vers les pôles.

Ce travail intéressant peut faire apprécier l'influence des causes locales, ainsi que l'effet qui provient de la position des mers, et s'explique par l'inégale capacité de l'eau et de la terre pour absorber la chaleur; il est même plus propre à conduire à ce but que la méthode des moyennes tirées d'un grand nombre d'observations faites sur différents méridiens; mais dans l'état actuel de nos connaissances physiques , la route proposée par Rirwan ne peut être suivie. Un petit nombre d'observations, faites loin des côtes pendant le cours d'un mois, fixe sans doute la température moyenne annuelle de la mer à sa surface, et, à cause de la lenteur avec laquelle une grande masse d'eau suit les changements de température de l'air ambiant , l'étendue des variations pendant l'espace d'un mois est plus petite dans l'Océan que dans l'atmosphère : mais il s'en faut de beaucoup que l'expérience directe nous mette à même d'indiquer, dans la zone tempérée , parallèle par parallèle et mois par mois, les températures moyennes de l'Océan. Le grand tableau que Kirwan a formé pour

toute rétendue des mers devant servir de terme de comparaison , est fondé en petite partie sur les observations des voyageurs, en très-grande partie sur la théorie de Mayer. On y a confondu de même les expériences faites sur la chaleur de TOcéan à sa surface, avec les résultats des Journaux météorologiques ou avec les indications de la température de l'air qui repose sur la mer. On a commis un cercle vicieux, en modifiant , soit d'après des suppositions théoriques, soit d'après des observations faites sur l'air qui baigne les côtes des continents , la table de la température de l'Océan, pour comparer ensuite avec ces résultats , à moitié hypothétiques , ceux que l'observation seule fournit dans l'intérieur des terres.

Après les ouvrages de Kirwan , il me reste à citer ceux de Cotte. Ce sont de simples compilations, laborieuses et souvent utiles, mais dont on ne peut se servir qu'avec beaucoup de circonspection. L'esprit de critique a rarement présidé à leur rédaction , et elles ne sont pas disposées de telle manière , qu'elles puissent conduire à des résultats généraux.

En exposant l'état actuel de nos connaissances sur la répartition de la chaleur, j'ai fait voir combien il est dangereux de confondre les résultats tirés des observations avec ceux que Ton déduit d'idées théoriques. La chaleur d'un point quelconque , sur le globe, dépend de l'obliquité des rayons solaires et de la durée de leur action, de la hauteur de la station, de la chaleur intérieure et du rayonnement de la terre dans un milieu de température variable ; enfin

de rensemble des causes qui elles-niéines 65nt ieê effets de la rotation de la terre et de là disposititm iûé^ gale des mers et des continents. Avant de jeter les bases d'un système, il faut grouper les faits, fiier lefe rapports numériques, et, ainsi que je Tai indiqué dès le commencement de ce Mémoire, soumettre les phé** nomènes de la chaleur à des lois empiriques, comme a fait Halley pour ceux du magnétisme terrestre. En suivant celte marche , ]'ai d'abord examiné la question de savoir si la méthode employée par les physiciens pour déduire les températures moyennes de Tannée, des mois et des jours, est sujette à des erreurs sensibles. Rassuré sur la précision ûesmopmnes numériques , j'ai tracé sur une carte les lignes iso* thermes analogues aux lignes d'inclinaison et de déclinaison magnétiques. J'ai considéré ces lignes, à la surface de la terre , dans un plan horizontal , et sur la pente des montagnes, dans un plan vertical. J'ai examiné l'accroissement de la température du pôle à l'équaleur, inégal sous différents méridiens ; le partage d'une même quantité de chnleur entre led ditfé^ rentes saisons , sur un même parallèle isotherme et à différentes latitudes; la courbe des neiges perpétuelles , qui n'est point une ligne d'égale chaleur ; la température de l'intérieur de la lerre, un peu plus grande vers le nord et sur les hautes montagnes que la température moyenne de l'atmosphère sous le même parallèle; enfin la répartition de la chaleur dans l'Océan et la position de ces bandes, que l'on peut désigner par le nom de bandes des eaux les plus

chaudes. Les bornes de cet extrait ne me permettant pas d*entrer dans le détail de ces discussions diverses, je ne consignerai ici que les principaux résultats.

Anciennement on prenait le maximum et le minimum de température observés dans le courant d^une année, et Ton regardait la demi-somme comme la température moyenne de Tannée entière. C'est ainsi quefirentMaraldi, Lahire, Muschenbrœk, Celsius et même Mairan, lorsqu'ils voulurent comparer Tannée très-chaude de 171 S avec les années excessivement froides de 1709 et 1740. Lahire fut frappé de Tidentité de la température constante des caves de TObservatoire de Paris avec celles que lui donnaient les extrêmes annuels observés. Il parait avoir eu le premier, en 1719, Tidée de la quantité moyenne de la chaleur que reçoit un point du globe ; et il ajoute « que Ton peut regarder Tair des caves comme Tétat moyen du climat (22).» Réaumur suivit également la méthode des maxima^ quoiqu'il en reconnût Tinexactitude (23). Il détermina les heures auxquelles il fallait observer; et, depuis 1735, il publia, dans les Mémoires de T Académie , les extrêmes de température de chaque jour; il compara même déjà le produit de deux récoltes à la somme des degrés de chaleur auxquels, pendant deux années consécutives, les céréales avaient été exposées. Cependant lorsqu'il s'agissait de la température moyenne des mois, il se contentait, comme Duhamel le fit encore trente ans plus tard, d'indiquer 3 ou 1 extrêmes thermométriques. Pour apprécier les erreurs auxquelles expose

cette méthode incomplète , je rappellerai que , jusqu'en 1777, la température moyenne de Toulon fut évaluée par Cotte à 25%6, tandis que plus tard, en employant la masse de toutes les observations , le même savant réduisit cette température à ce qu'elle est effectivement , à 15*,7 (24).

Pour diminuer les erreurs causées par la méthode des extrêmes annuels, on a compris, bien tard il est vrai, qu'il fallait subdiviser la courbe exprimant les variations de la température. Vingt-quatre extrêmes, répartis parmi les douze mois de l'année donnent déjà une moyenne annuelle plus exacte que deux extrêmes pris sur l'ensemble de toutes les observations. Les ordonnées n'augmentent pas uniformément et sans interruption jusqu'au maximum de Tannée : il y a des inflexions partielles assez régulières. Plus on subdivise , et plus on connaîtra de termes dans la série ; plus ces termes seront rapprochés, et moins il y aura d'erreur daus la supposition d'une progression arithmétique, et dans celle de l'équidistance des différents maocima et minima de température. Ces considérations font apprécier les trois méthodes auxquelles les observations sont assujetties de nos jours : 1<> On observe trois fois par jour, au lever et au coucher du soleil , et à deux heures après midi. C'est ainsi qu'on a fait à Genève pendant les trois années 1796, 1797 et 1798. Dans les Observatoires, on préfère l'heure de midi à celle du coucher du soleil. 2° On observe à deux époques du jour, que l'on croit celles du maximum et du minimum^ au lever du soleil

et à deux heures après midi. 5* Ou observe une seule fois , à rheure que l*on a trouvée représenter, dans les différentes saisons, la température moyenne du jour. G*est ainsi que M. Ramond, par une induction judicieuse, a prouvé que la hauteur du baromètre, à rheure de midi , donne pour nos climats la moyenne pression atmosphérique corrigée de la variation diurne (25).

J'ai trouvé , en calculant un grand nombre dobservations faites entre les parallèles de k& k &8% que la seule époque du coucher du soleil donne une température moyenne qui ne présente avec celle que fournissent les observations du lever et de deux heures qu'une différence de quelques dixièmes de degrés. Les écarts des différents mois n'excèdent pas un degré, et ils sont très-régulièrement positifs ou négatifs, d'après Tordre des sidsons. M. Ârago a examiné pour sept ans les observations de midi (26). Elles donnent ^ pour Paris, 5* de plus que la température moyenne de Tannée entière. Sur les hautes montagnes de la zone tempérée, la différence est à peine d'un degré (27). On peut, en appliquant des coefficients variables selon les latitudes et les hauteurs, conclure les températures moyennes vraies d'observations faites à telle ou telle époque du jour, à peu près comme des hauteurs du soleil prises hors du méridien on peut déduire la latitude d'un lieu.

Si Ton ne veut pas se borner aux deux observations du maximum et du minimum , et que Ton en ajoute une troisième, on commet une erreur plus

ou moins grave « en divisant simplement par trois la somme des observations, sans avoir égard à la durée des températures partielles et à la place qu'occupe la troisième observation entre les derniers termes de la série (28). L'expérience prouve que les températures moyennes de Tannée, obtenues par deux ou trois observations, ne diffèrent pas sensiblement, si Tobser* vation intermédiaire est assez éloignée des observations du maximum et du minimum^ c'est-à-dire si l'intervalle est de quatre ou cinq heures. Chaque fois donc que l'on calcule sans égard à la durée des températures intermédiaires , on doit préférer comme plus sûre la méthode qui n'emploie que deux observations de température extrême, et qui est aussi le plus gêné» ralement adoptée. 11 suffira d'indiquer la source des erreurs qu'elle peut offrir. Les deux termes extrêmes, dans nos climats , ne partagent pas la série de vingts quatre heures en deux parties égales. Le maximum est une époque à peu près fixe , tandis que le lever du soleil retarde ou avance de trois heures. Comme on devrait avoir égard à la durée de la température partielle, pour trouver la quantité de chaleur partagée entre la nuit et le jour, il faudrait accoupler le maxi^ mum du jour précédent avec le minimum du jour sui-^ vaut , et non se contenter de prendre la demi-somme de tous les maxima et minima d'un mois. Dans le calcul ordinaire , on ne détermine que la température moyenne de la partie du jour comprise entre le lever du soleil et deux heures de l'après-midi, supposant que le lendemain la température moyenne sera la

— Uh —

mèm%i depuis deux heures Jusqu'au lever du so^ leil (29). Cette double cause d'erreur, le manque d'é* quidistance et raccouplemeut des observations, ne produit généralement que des erreurs de quelques diiièmes de degrés» tantôt en moins, tantôt en plus» puisque les jours chauds et froids sont mêlés (50).

Mais tous les calculs seront en défaut , si les trois cent soiKante<*cinq ordonnées par lesquelles passe la courbe de Tannée n'expriment pas une progrès*sion arithmétique, et si les irrégularités partielles ne se compensent pas d'une manière sensible les unes les autres. Dans cette supposition seulement, les termes extrêmes de la série permettent de conclure la somme des termes i c'estrè-dire des températures partielles. On voit au premier coup d'œil que , près du maximum , la température de l'air doit s'élever plus lentement que sur d'autres points de la courboi et que cet accroissement doit dépendre du sinus de la hauteur du soleil et de l'émission de la chaleur rayonnante du globe.

Il m'a paru très-important de constater par de bonnes observations, faites d'heure en heure, à diffé* rentes époques de l'année et sous dififérentes latitudesi jusqu'à quel point on peut se fier & ces résultats, que l'on désigne par le nom de tempérMures mayefims. On a choisi à Paris, dans les registres de l'Observatoire royal, des jours sereins et calmes qui offraient au moins dix à douze observations* Sous l'équateur, j'avais passé des journées entières à déterminer l'accroissement et le décroissement horaire de la tem->

pérature , en notant les thermomètres à Tombre et au soleil , ainsi que la marche de Tévaporation et de rhumidité. Pour éviter les calculs, j'avais mesuré avec un quart de cercle les hauteurs du soleil , à chaque observation partielle. J'avais choisi des jours et des nuits entièrement calmes, et où le ciel était sans trace de nuages, parce que les amas de vapeurs vésiculaires interrompent le jeu du rayonnement de la terre. Le résultat de ce travail a été très-rassurant : il a prouvé ce qu'annonçait déjà, non-seulement l'harmonie entre la température de la terre et la moyenne des observations journalières, mais aussi la régularité avec laquelle procèdent les températures moyennes des mois en différentes années, h savoir, que les effets des petites causes perturbatrices se compensent dans un grand nombre d'observations (31). J'ai obtenu des résultats analogues en prenant pour plusieurs mois les moyennes de neuf heures du matin , du coucher du soleil , et de minuit. J'ai calculé les températures par la distance du maximum^ exprimée en temps, et dans la supposition d'une progression arithmétique. J'ai trouvé ainsi que, sous la zone torride, la courbe du matin, depuis le lever du soleil jusqu'au maximum^ différait trèsrégulièrement de la courbe du soin Le matin la vraie chaleur moyenne, celle que l'on trouve en ayant égard à la durée, est un peu plus grande que la demi-somme des extrêmes (32) ; le soir, l'erreur est en sens contraire, et la série des températures se rapproche plus d'une progression par quotients. Les différences n'excèdent généralement pas un demi-degré, et le

calcul prouve qu'il y a une compensation régulière. Il serait curieux d'examiner la part qu'a le rayonne* ment de la terre à ces effets horaires, les changements de température qui se produisent à la surface ne suivant la progression géométrique qu'autant qu'ils s'opèrent dans un milieu de température constante. Après avoir discuté la manière de prendre des moyennes et de réduire les températures & des expressions générales , nous allons donner un exemple du tracé des lignes isothermes sur la surface du globe au niveau des mers. Une légère attention , portée sur les variations des climats a fait remarquer, depuis plus d'un siècle, que les températures ne sont pas les mêmes sur les mêmes parallèles , et qu'en avançant de 70* par exemple vers Test ou vers l'ouest , on sent diminuer sensiblement la chaleur atmosphérique. Il s-'agit, d'après la méthode que nous suivons, de réduire ces phénomènes à des rapports numériques , et de prouver que des lieux placés sous les mêmes lati* tudes ne diffèrent pas, en Amérique et en Europe, du même nombre de degrés de température , comme on Fa avancé vaguement. Cette assertion ferait supposer que, dans la zone tempérée, les lignes isothermes sont parallèles entre elles.

L Parallèles de la Géorgie 5 da territoire du Mississipi^ de la Basse- Egypte et de nie de Madère.

Natcbez. .

Ulltad*.

Teoip. moj.

FuDchaL .

. . ZT 57'

Orotava. . .

Rome.

Alger. . .

Diflérence

II. Parallèles de la Virginie, do Kentucky^ de l'Espagne et de la Grèce méridionale.

III. Parallèles de la Pensylvanie^ du New- Jersey, du GonnecUcut , de l'ancien Latium et de la Homélie.

IV, Parallèles du Canada, de la Nouvelle-- Ecosse, de I4 France et de l'Allemap^ne méridionale.

V. Parallèles du Labrador, de la Suède méridionale et de la Gourlaode.

Williamsbourg.

Bordeaux Montpellier.

Rome.

Alger. •

Différence.

Philadelphie.

New-York.

Salnt-Ualo.

Nantes. .

Naples. .

DiiTérence

Ipswich. .

Gambridge.

Vienne. .

Manbeim.

Toulon. .

Rome.

Différence

Québec. .

Upsal.

Padoue. .

Paris. . .

Différence

Nain. . .

OkaL

Umeo.

Enontekies.

Edimbourg.

Stockholm.

Différence

4^50' ÛS* 36' 42" 55' 36** !xV