DE LA FORMATION DE LA GRÊLE

137. Les expériences que nous avons rapportées nous ont conduit à l'explication d'un des phénomènes les plus intéressans de la météorologie ; à celle de la formation de la grêle. Quoique notre intention ne soit pas d'entrer dans les détails et les preuves que nous réservons pour un autre travail , cependant nous devons faire connaître dès à présent la théorie de ce phénomène , telle que nous la déduisons des faits et de l'observation.

Mous ne discuterons pas ici les hypothèses que l'on a

JiÔ OËSSnVAtOms et RBCHBKCâSS KSPÉltlMENTÀtBS

émises sur la cause de la formatiou de la grêle ; nous y reviendrons lorsque nous traiterons spécialement des orages. Nous devons seulement rappeler les circonstances qui ac« compagnent les orages de grêle , et nous les prendrons en partie dans le Mémoire de M. Denison Oimsted, professeur à New*IIaven, publié dans \ American journal of s&ences, 1. 18 , n» 1, avril 1830 (i).

Les orages de grêle sont caractérisés par la rencontre de tous les élémens ordinaires des orages. Les nuages sont três-noirs ; ils sont fortement agités et traversent les airs ; ou , plu3 fréquemment encore , ils se précipitent à la rencontre {es uns des autres ; ils sont accompagnés de vents violens , d'éclairs et de tonnerre.

Les orages de grêle sont bornés aux sones tempérées ; ils n*ont lieu que rarement dans la zone torride (^) ; quand ils y éclatent, c'est principalement sur les hautes montagnes. Un grand bruit précède toujours leur chute , et ressemble à celui d'un troupeau de moutons qui galoppent sur un terrain rocailleux. Le tonnerre, qui se faisait entendre auparavant, s amoindrit ou cesse quelquefois toutà-fail, comme Ta remarqué M. de Raite (3). Les gréions * qui tombent sur les monlagaes sont plus petits que ceux qui tombent dans les plaines. Les gréions ont des formes variées ; cependant ils offrent fréquemment un noyau central , blanc et poreux , autour duquel sont déposées des couches concentriques d'une glace transparente , ou d'un blanc opaque , ou alternativement transparente et opaque. Les gréions ont une faible quantité de mouvement : la

(d) Voy. Bihl, univ. 4830 , t. 44, p. 364.

(2) Bées dit qu^ils n'y ont jamais Heu; c^est une erreur; mais ils n'ont lieu que dans les localités élevées. Yoy. Phil, Mag. 44 , d91 , ti plus bas S 139.

(I) Art* 6rèh de rEncyclopédie.

SUR LBâ TttOtfABS. m

vitesse de leur chute ne répond pas à leur poids. Il faut que toutes ces circonstances découlent oaturellement de la cause proposée ; car, si une seule lui est contradictoire , elle ne peut plus être admise. Voyons maintenant si nous pourrons rendre compte de tous les faits qui accompagnent ce phénomène.

138. Lorsque deux nuages chargés d'électricités différentes se trouvent en présence , Tup placé au dessus de Tautre et tenu à dîstaace par sa légèreté spécifique ; si ces nuages ont leurs vésicules dans 1 état d'isolement que BOUS avons indiqué § 113 à 116, c'est-à-dire, si leurs particules de vapeur sont assez distantes len unes des autres , pour que chacune d'elles retienne une quantité considérable d'électricité , il n'y aura à la surface de chacun des nuages qu'une atmosphère électrique inbuGSsante pour vaincre l'air interposé et produire une explosion. Dans cet état de tension électrique , Tatiraction est considérable , puisqu'elle est la somme de toutes les attractions isolées des particules ; les nuages se rapprochent sans fournir de décharges notables ; mais alors l'échange électrique s'établit par rayonnement, comme il s'établit entre tous les corps rugueux ou couverts d'aspérités , lorsque de nouvelles quantités électriques ienr uriivent d'une manière continue. A fur et mesure que reiectriciié extérieure diminue, que la réaction du dehors en dedans s'affaiblit, celle des vapeurs intérieures n'étant plus équilibrée et retenue, rayonne ver$ la périphérie , et entretient ainsi i'é^ coulement entre les deux nuages en présence. Cet échange électrique ne peut s'opérer sans provoquer une nouvelle vaporisation de l'eau, qui constitue les vapeurs opaques, sans faire reprendre l'état de vapeur élastique à la vapeur vésiculaire. Ce changement d'état, cette transformation nouvelle des vapeurs opaques ne se produit qu'en prenant au reste du liquide uue grande quantité da calorique, c'est*

112 OBSERVATIONS Ëf RBGHBRtiHKS EXPÉRIMENTALES

èrdire , en le refroidissant. Si la tension électrique est considérable , révaporation qui en est la suite est prompte , et conséquemment le froid augmente dans la même proportion.

139. Si la température du nuage est assez élevée pour supporter cet abaissement sans descendre à zéro , tout se passe sans complication nouvelle ; il n'en résulte que la neutralisation plus ou moins complète des deux nuages électriques ; mais si Tun des nuages a déjà sa température près de zéro , soit par son élévation dans l'atmosphère, soit par toute autre cause (1) , l'abaissement de la température produira la congélation des portions non vaporisées ; elles seront ainsi transformés en parcelles ou flocons de neige , c'est-à-dire en corps solides. Ce produit du refroidissement obtenu , l'échange électrique se fait d'après la loi des corps légers, avec les modifications dépendantes de la forme, de l'arrangement et de la substance des nuages. Chaque parcelle de neige , chargée d'électricité et d'humidité prises au premier nuage , est attirée par le second et emportée vers lui ; mais pendant cette progression , son électricité s'est perdue par rayonnement, l'évaporation d'une partie de la couche humide en est le résultat , et cette évaporation produit un abaissement subit de température dans la portion restée liquide autour du globule neigeux; cette portion s'y solidifie et elle forme une enveloppe de glace à la touffe de neige primitive.

(1) Beaucoup d'observateurs, et en particulier M. de Huniboldt , ont remarqué qu'il ne grêle jamais dans les plaines basses , entre les tropiques , malgré les orages violens et souvent renouvelés de ces contrées. M. de Humboldt dit qu'il faut s'élever au moins à 300 toises pour trouver des orages qui donnent de la grè/e. A Gumana, il ne grêle jamais , quoique les explosions électriques y soient fréquentes deux heures après le maximum de chaleur. ( f^oyage aux régions équin., t.2,UT.8,chap. 19,p.272.)

SUR LB8 ÏROMBËS. i

140. La tension électrique étant diminuée par cette radiation 9 le globule est moins attiré ; il cède à sa pesanteur spécifique ; il retombe dans le premier nuage, s*y recharge et s'y mouille. Attiré de nouveau , ce noyau congelé perd , comme la première fois , par le rayonnement et par une nouvelle évaporation , et sa nouvelle tension et une partie de son humidité au profit du refroidissement du reste du liquide , qui se congèle et s'ajoute concentriquement à la première enveloppe solidifiée. Grossî^par cette addition, le globule retombe encore se charger d'électricité et d'humidité , et continue ainsi jusqu'à ce que rechange entre les deux nuages ait diminué leur tension électrique au dessous de celle qui leur donnait la puissance d'attraction propre à vaincre la pesanteur des gréions. Ces derniers , moins sollicités par le nuage supérieur que par leur gravitation , obéissent à leur propre poids en tombant sur la terre. Le bruit qui accompagne ce phénomène n'est pas dû à l'entrechoquement de cette foule de corps portant en sens inverse des électricités contraires ; leur petitesse , leur peu de dureté ne permettrait pas que leurs chocs produisissent un bruit semblable à celui qu'on entend ; ils peuvent ajouter quelque chose au bruit général , mais non le constituer. Ce bruit provient des décharges électriques qui ont lieu entre les nuages et ces corps voguant entre eux et entre ces petits corps eux-mêmes^ dont la tension est prodigieuse.

141. Le rayonnement électrique et Tévaporation de l'humidité des grêlons doivent leur donner nécessairement des formes rayonnées ; en effet , pendant que l'attraction les rapproche du nuage , l'eau liquide dont ils se sont imprégnés , est attirée elle-même vers ce point et forme un petit bouton par où sort tout le* rayonnement électrique. La température s*y baisse rapidement et la congélaiion y solidifie ce petit bouton liquide. Une autre oscillation entre les nuages produisant le même effet , le bouton s'alongera,

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et peu à peu le ^élon aura pris une forme polaire. Les incideas électriques de ces iimombrables échanges modifieront de toutes les manières la formution de ces épines et les multiplieront ou les étendront en arête. En suivant la marche de ces phénomènes, on voit que la congélation produite par les rayonnemens électriques , rend un compte focile de toutes les particularités qu'en observe daus la grêle. 142. Nous avons dit précédemment que les nuages n'avaient pas autour d'eux toute leur électricité , comme dans nos conducteurs métalliques. Et , en effet , les météores ignés , c'est-à-dire , cette continuité d'échanges étincelans qui dure un temps qui peut aller jusqu'à plusieurs minutes, prouve que la quantité d'électricité qui se nei|tratise au moyen de ces échanges lumineux, n'y airive pas toute à la fois , qu'elle n'y arrive que successivement ; car, aussiiftc qu'une circonstance favorable à la conductibilité se présente, comme cela a lieu lorsque le météore s'approche de la terre et lorsqu'une grande masse d'électriciié s'est coercée tout à coup à l'extérieur du corps nuageux , il y a une explosion instantanée et non une continuité d'édianges. La neutralisation de l'électricité des nuages peut donc se fair^ à tous les degrés possiUes d'instkitanéité , depuis l'explosion la plus vive jusqu'à l'écoulement lumineux de quelques minutes « et dont l'intensité varie comme les quantités neutralisées. Dans les orages ordinaires, l'éclair, étant presque toujours le produit de la décharge de l'éleotricité libre , agglomérée à la surface des nues , est instantané et rien n'en peut mesurer la durée ; mais il arrive quelquefois, pendant des orages excessivement chargés d'ékctricilé^ que les éclairs ont une durée qu'on sqpprécie facilement. Dans l'orage du ô juin i839, à huit heures du soir, au dessus de Saint-Denis , j'ai vu des éclairs ayant plus de deux secondes de durée , et Ton voyait avec évidence le ruban de

fm qui liait les nuages , osciller pUisÂeurs fois. dans TéclM

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de sa lumière , comme Tes rubans de feu que nous prodai sons par de forts courans électriques qui varient dans leui éclat selon les quantités qui y concourent.

143. Les nuages propres à la formation de la ^èle son de cette dernière espèce ; leurs particules vésiculaires conservent une atmosphère électrique qui leur est propre; celle du nuage est faible et doit Tétre comparativement. Lorsque les tapeurs sont assez conductrices pour fournir vne grande tension à la périphérie , les décharges ont lieu par explosions instantanées , ^t non par des échanges durables ; c'est la foudre d'un nuage à Tautre, et il y a repos jusqu'à ce qu'une nouvelle répartition ait amené une nouvelle charge à la périphérie , et par suite une nouvelle explosion. Mais , lorsque les particules de vapeur gardent xme grande tension et qn*elles ne cèdent que lentement lenr électricité à la surface , Taction* statique a lieu , c'està-dire rattn>ctioR résultante des tendions partielles , sans qu'il y ait à la surface une quantité suffisante d'électricité libre , pour produire une décharge à distance. Cet état est favorable à l'attraction des particules de vapeur entre les nuages Fuperposés , à leur radiation électrique , à l'évaporation qui en résulte et au froid qu'elle produit. Voici un exemple d'un commencement de formation de grêle qui a été interrompt] par une décharge violente, et la pluie est tombée mêlée avec la grêle déjà formée.

a An moment où j'étais le plus occupé à considérer le changement d'électricité obtenue des nuages, j'en vis deux d'une immense étendue qui planaient au dessus de ma tête, se choquer avec une violence inconcevable, Tun d'eux s'entrouvrir , et la foudre , suivie d'un torrent de pluie mêlée de grêle , s échapper de son sein. » ( Beyer, Sur l' utilité des paratonnerres , p. 46. )

144. Ainsi, pour que la grêle se forme, il faut la superposition dds nuages chargés d'électricités contraires \ i\ faut

116 OBSERVATIONS BT RECHERCâES BXPÉRIlliENTALBS

que Ic^ particules vésiculaires conservent une grande tension électrique et ne cèdent que lentement leur électricité à la périphérie , il faut que la température ne soit pas beaucoup au dessus de zéro dans le milieu ambiant , c[ue les échanges électriques provoquent une rapide évaporation qui ne s'effectue qu'en prenant du calorique au reste du liquide, et en abaissant ainsi la température au dessous de zéro. Le simple abaissement de la température des parties en regard des nuages , gèle les vapeurs qui s^aglomèrent en petits flocons , c'est de la neige qui agit aussitôt comme corps léger ; chaque flocon chargé d'électricité et d'humidité s'avance vers le nuage chargé d'électricité contraire , celle du globule neigeux rayonne et vaporise une partie de l'humidité qui l'entoure , le reste se solidifie. Ayant perdu sa tension, le petit grêlon retombe dans le nuage inférieur où il se recharge d'électricité et d'humidité , qu'il perd en partie en remontant vers le nuage qui l'attire et retombe encore , augmenté d'une croûte nouvelle d'eau gelée , et ainsi de suite jusqu'à ce que la tension du nuage supérieur ne suffise plus pour vaincre le poids du grêlon. La grosseur de ce dernier sera donc un indice de la tension du nuage supérieur, puisque son augmentation dépend du nombre de va-et-vient qu'il aura exécuté depuis la première congélation , jusqu'à la chute sur le sol.

145. Yolta a donné une explication du phénomène à peu près semblable , mais Volta a placé des suppositions où je place des faits : ainsi , il suppose que le nuage supérieur est tout à coup refroidi jusqu'à la congélation , puis les vapeurs congelées tombent dans le nuage inférieur où elles se chargent d'humidité et de son électricité ; repoussé par ce nuage inférieur, le petit flocon glacé remonte vers le nuage supérieur où se fait la congélation de l'humidité qu'il apporte, et ainsi de suite. En lisant cette description, on est étonné de la supposition qu'il a faite pour rendre

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raison d^un tel refroidissemeat , lorsqu'il était si facile de s'assurer qu*il n'en était rien. Il suppose que les rayons solaires, en augmentant Tévaporation du nuage supérieur, c'est-à-dire en transformant les vapeurs opaques en vapeurs transparentes , abaisse la température du reste des vapeurs opaques au point de les congeler. Cette supposi* tion est inexacte , car si on enveloppe une boule de thermomètre d'un linge mouillé , et qu'on Texpose au soleil , l'évaporation sera très-grande et en même temps le thermomètre montera. Ainsi, quoique le jeu des flocons neigeux primiiifs et celui des mêmes flocons entourés d*eau gelée , soit le même que celui indiqué par Yolta ; Tindication de la cause naturelle , de rabaissement de la température , sans avoir recours à des suppositions ; et celle des épines ou des arêtes en gréions , mettra toujours une grande différence entre les deux théories.