III. Propriétés physiques de l'air. — Météorologie

Ane considérer l'air que comme l'aliment delà respiration, sa constitution chimique n'est point le seul côté par lequel il intéresse cette fonction primordiale. Les échanges gazeux pulmonaires et l'hématose s'accomplissent dans des conditions un peu différentes selon que l'air est plus ou moins c/eras",plus ou moins chaud, humide, électrique, etc. Mais, en outre, l'atmosphère est le milieu naturel et nécessaire de l'homme, dans le sens le plus rigoureux du mot milieu ; c'est-à-dire qu'elle est incessamment en contact avec les surfaces extérieures du corps humain et avec quelqu'une de ses surfaces internes, agissant mécaniquement et physiquement sur les membranes de revêlement, vivantes elles aussi, influençant d'une façon irrésistible la vitalité des tissus et, tout d'abord, excitant d'une façon plus ou moins avantageuse à la santé les nerfs périphériques.

La Météorologie a pour but de connaître les modalités physiques de l'air, dues aux variations de pression, de température, au régime des pluies et des phénomènes quelconques de précipitation aqueuse, au régime des vents, aux oscillations électriques et lumineuses. Ces modalités sont, de temps immémorial, l'objet d'observations que notre époque a su rendre rigoureuses, et toutes les générations médicales ont vécu dans l'idée qu'elles devaient avoir, avec la santé ou la maladie, des rapports importants. On en déduit les « Climats », c'est-à-dire un ensemble, ou un caractère dominant, des traits de la météorologie d'une zone, d'une région, d'une province, d'une localité même, qui distingue des autres la région spécifiée et qui, manifestement exprimé dans l'aspect de la faune et de la llore de cette zone territoriale, doit se retrouver encore dans la physionomie de la pathologie du pays.

1° Teiiipératiire «le Fuir. — La température est, à tous les points de vue, le premier des éléments de la météorologie ; indépendamment de son importance biologique, il est le régulateur de la plupart des autres.

Sources de la chaleur. — La source par excellence de la chaleur à la surface de la terre est le soleil. Même celle que nous obtenons des combustibles vulgaires, charbon, bois, huiles, n'est autre chose que la mise en liberté de la chaleur solaire, emmagasinée antérieurement dans les corps. La chaleur que développent les actions chimiques au sein de l'organisme relève primitivement de la même origine.

Le globe terrestre possède une provision de chaleur propre, qui s'affaiblit actuellement d'une façon presque insensible grâce à la conductibilité des

générale.] PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DE L'AIR. — MÉTÉOROLOGIE. 2o9 couches solides de l'écorce. La descente dans les puits de mines permet de reconnaître que la température augmente comme la profondeur Cette augmentation est moyennement de 1 degré par 30 mètres (un peu plus dans quelques mines de Northumberland et de Durham ; un peu moins dans le puits de Grenelle et moins encore d;,ns des forages exécutés à Lomsville, à Golumbus dans l'Ohio). Du reste, le pouvoir conducteur de la croûte terrestre est faible et, pour cette raison, la chaleur intérieure n'augmente pas celle delà surface de plus de 1/30 ou 1/40 de degré (Th. Langer) Transmission delà chaleur. - La chaleur se transmet par conduction par conveclion, par radiation. '

Le premier mode consiste dans la transmission du calorique dans les corps d'une molécule à la voisine, tant qu'il n'y a pas arrêt de continuité ■ il appartient essentiellement aux solides.

Le second mode se réalise dans les liquides et les gaz; une masse de cette nature s'échauffe par le transport à distance des molécules chauffées qui sont remplacées par d'autres ; ce sont donc des courants qui s'établissent dans la masse. L'eau et l'air s'échauffent par ce mécanisme, qui comme on le verra, joue un rôle énorme dans les phénomènes météoroogiques. Le sol échauffé par les rayons du soleil communique de la chateur aux couches atmosphériques à son contact ; celles-ci se dilatent s'é- Ievent, et sont remplacées par de l'air venu d'un lieu dont la température est moindre ; ces mouvements atmosphériques s'appellent les vents De la même façon, l'eau des mers surchauffée dans certaines régions ga°ne la surface et tend à faire place à de l'eau froide, venue de latitudes de température moindre.

La radiation est le cheminement du calorique à travers l'espace sans mtermediaue solide, liquide ni gazeux. Mais elle se fait aussi à travers certains corps (diathermanes) de l'un ou l'autre de ces ordres, sans que ces corps s échauffent au passage. L'atmosphère, à moins qu'elle ne soit humide laisse passer les rayons du soleil jusqu'à la terre sans en absorber plus d un cinquième;

Les corps rugueux, à surface terne et d'une haute densité, abandonnent rapidement leur calorique, tandis que les corps polis et légers rayonnent laiblement. La surface de la terre a donc naturellement un pouvoir rayonnant élevé. De même l'absorption du calorique rayonnant se fait mieux par les surfaces ternes et rugueuses. La couleur n'influence pas le pouvoir rayonnant, mais les couleurs sombres favorisent l'absorption comme 1 avait observé Franklin.

La transmission de la chaleur rayonnante varie selon la source d'où elle provient ; le verre transmet la chaleur du soleil et retient celle du feu L'atmosphère transmet les rayons solaires à la terre; mais la vapeur d'eau atmosphérique reprend une grande proportion de la chaleur rayonnéepar

Chakur absorbée dans le changement d'état des corps. Évaporation. - Uuand on fait fondre de la glace, il y a évidemment absorption de chaleur Par elle ; cependant, l'eau reste à 0" pendant tout le temps que dure le

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phénomène. Cette chaleur absorbée sans que le thermomètre la trahisse est dite chaleur latente de fusion ou encore chaleur de composition. La même chose se passe quand l'eau passe de l'état liquide à l'état de vapeur; c'est la chaleur latente de vaporisation. L'eau absorbe près de 80 calories pour passer de l'état de glace à celui de liquide et 519 pour se vaporiser.

La chaleur est donc indispensable à Yévaporation ; elle en est, en réalité,, la cause unique. Mais diverses circonstances favorisent ou retardent l'accomplissement du phénomène : la pression (l'eau bout à 21° dans le vide),, l'étendue des surfaces d'évaporation. Dans tous les cas, lorsque la température s'élève, la vapeur acquiert une force élastique plus grande et l'évaporation est augmentée. La présence de vapeur d'eau dans l'air diminue un peu la pesanteur spécifique de celui-ci, parce qu'il y a expansion du gaz en raison même de la température qui maintient l'eau à l'état de vapeur.

Chaleur spécifique. — Les roches et les terres qui constituent l'écorce du globe ont une chaleur spécifique moindre que celle de l'eau; elles s'échauffent plus rapidement sous l'influence de l'insolation que les eaux de l'Océan. Jamais celles-ci n'arrivent à la température de la surface du continent et ne peuvent rendre à l'air autant de chaleur que la terre ferme; d'où la fraîcheur des vents de mer pendant l'été.

La chaleur spécifique de l'eau étant 1, celle des substances ci-dessous est exprimée par des fractions :

Sable tertiaire 0,464

Marne diluviale 0,^49

Marne du lœss 0,321

Granité 0,437

Argile tertiaire 0,192

Vapeur d'eau 0,480

Air 0,238

Argile cuite 0,189 à 0,241?

Acier fondu 0,1298

En raison de cette même capacité pour la chaleur, l'Océan est une réserve de calorique en hiver et ne se refroidit pas notablement sous l'influence des vents froids de la saison. Aussi, à cette époque, la brise de mer est-elle tiède relativement à celle de terre.

Si l'on envisage les deux aspects simultanément, l'Océan est l'agent d'égalisation de la température dans tout le globe. Jamais la différence entre le jour et la nuit n'est considérable à la surface de la mer ; dans la zone torride, l'écart est de 1 0 à 2° ; dans les zones tempérées, de 2° à 3°. Il y a peu de climats, sauf les climats océaniques, où les variations thermiques diurnes soient aussi limitées. L'écart pour toute l'année, sur l'Océan Atlantique, dans la zone équatoriale, ne dépasse pas 5°, 5; sous le 30e parallèle nord, 8°,3 ; sous le 40e, 11° ; sous le 50e, 13u,3 (Loomis).

La chaleur spécifique des gaz est en raison inverse de la pression. L'air, dans les lieux élevés (pression moindre), jouit davantage du pouvoir d'absorber la chaleur des corps à son contact; la chute du thermomètre est d'environ 1° pour 180 mètres d'élévation, sous nos latitudes (Renou). De

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là, le froid des hauts plateaux et des pics montagneux ; de là, le froid qui saisit les aéronautes à une certaine hauteur au-dessus du sol. Il en résulte aussi que la vapeur d'eau, échauffée à la surface de la terre par les rayons du soleil et s'élevant par le fait de la diminution de son poids spécifique, est forcée de constituer des nuages (par condensation) dès qu'elle atteint les régions supérieures de l'air, où le calorique lui est enlevé. C'est là une •ressource pour les régions intertropicales, quand elles possèdent de grandes étendues d'eau ; une bonne partie de la chaleur qu'elles reçoivent du soleil est employée à convertir de l'eau en vapeur ; ce calorique gagne avec la vapeur les hantes régions de l'air, d'où il est transporté ailleurs par les courants atmosphériques, de sorte qu'il ne revient pas à l'état de pluie au sol «d'où il émane.

Moyennes et oscillations thermiques. Températures extrêmes. — L'observation directe, à l'aide de divers instruments dont il va être parlé, a donné la mesure exacte des limites dans lesquelles s'exercent ces diverses influences.

Pour ce qui est de la température, on a cherché à déterminer, en chaque localité : d'une part, les moyennes thermiques annuelles, saisonnières, mensuelles, diurnes; d'autre part, les oscillations également annuelles, mensuelles, diurnes. Les observations se pratiquent avec les thermomètres et les thermographes (enregistreurs).

Deux sortes de thermomètres sont en usage : le thermomètre- fronde, conseillé par Arago, auquel on imprime un >mouvement de fronde assez précipité, pour mettre l'instrument en contact avec une masse d'air rapidement renouvelée ; et le thermomètre fixe, que l'on abrite de diverses façons. A l'Observatoire de Greenwich, les instruments sont placés sous un toit horizontal, assez étendu, surmonté d'un second toit de forme ordinaire. A l'Observatoire météorologique de Kew(Angleterre), ils sont renfermés dans une grande cage dont les côtés sont formés par des lames de bois

disposées en forme de persiennes ; le fond de la cage est complètement ouvert. L'Instruction du War Department, aux États- Unis, conseille également l'installation des instruments dans une cage qui peut être ouverte du côté du Nord, et à une hauteur telle que la boule du ther-

Fi-. 50.

\bris des thermomètres .

momètre soit à lm,30 au-dessus du sol. 11 faut éviter le voisinage des larges sur-

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faces de réflexion, telles que les murailles. La décision ministérielle du 30 octobre 1863 accordait aux hôpitaux militaires français deux thermomètres, l'un à minima, l'autre à maxima, et un psychromètre d'August, disposés sur un cadre en laiton et renfermés dans une boîte recouverte d'un treillage en laiton. Cette, boîte se fixait, à !m,30, sur un support que terminait un petit toit, l'ouverture de la boîte regardant le Nord. A Montsouris, les thermomètres a et 6 ont été placés par Charles Sainte-Claire Deville sous un toit A à double ou triple paroi, de 1 mètre carré d'étendue environ, et légèrement incliné au-dessous de l'horizon du côté du Sud. Deux plaques de tôle un peu écartées B et C, et des arbustes verts disposés à l'entour à l'exception du côté Nord, servent à abriter les instruments et le sol lui-même des rayons du soleil (Voy. fig. 50). Dans les grandes chaleurs de l'été, il est nécessaire de jeter une toile sur la traverse en fer qui, placée au-dessus du toit, sert à relier les deux montants verticaux.

Les thermographes sont des appareils enregistreurs, automatiques. Les constructeurs (Salleron, Bourdon) ont pourvu l'Observatoire de Montsouris de mécanismes extrêmement ingénieux qui tracent eux-mêmes sur un cylindre la courbe des températures du sol, de l'air, l'état psychrométrique, actinométrique. Ces appareils nous ont paru devoir rester jusqu'à nouvel ordre trop spéciaux aux grands observatoires pour que nous les décrivions ici.

Le meilleur procédé pour obtenir la moyenne journalière est de noter la température de tout le nychthémèrc heure par heure et de diviser par 24 la somme de toutes les observations. Le plus souvent, on se borne à trois observations par jour, à des heures un peu variables dont l'expérience indique le choix, par exemple 7 heures du matin, 2 heures et 9 heures du soir ; on divise la somme par 3. Quelquefois même, on se contente d'une seule observation, à une heure fixe, déterminée empiriquement comme approchant très fort de la température moyenne du lieu; dans nos pays, c'est à 9 heures du matin que se fait cette observation unique. Elle est avantageusement complétée par l'observation du maximum et du mininum, que les thermomètres construits pour ce but donnent, sans indication de l'heure à laquelle le point extrême a été atteint.

A l'aide des moyennes journalières, on obtient aisément les moyennes mensuelles et annuelles. L'écart entre la moyenne du mois le plus Iroid et celle du mois le plus chaud e^ïY oscillation annuelle. L'écart entre la moyenne du jour le plus froid et celle du jour le plus chaud de chaque mois constitue l'oscillation mensuelle. Enfin, X oscillation diurne est représentée par l'écart qui existe entre le minimum et le maximum de chaque jour. On fait encore, pour un mois, la comparaison de la moyenne des minima avec la moyenne des maxima, et, pour une année, le rapprochement de la température du jour le plus chaud avec celle du jour le plus froid.

Les moyennes thermiques sont d'un grand intérêt puisqu'elles permettent d'apprécier par comparaison la somme de calorique reçue en divers lieux par an, par mois, par jour. Cette quantité, dans de certaines conditions, marque précisément les limites dans lesquelles est circonscrite l'extension de divers fléaux épidémiques. Mais, en général, lorsqu'il s'agit des effets immédiats des climats sur les individus, la connaissance des oscillations, de leurs limites et de leurs allures, prend la première place. Les

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moyennes ont justement pour résultat de masquer, dans la thermalité des lieux, les écarts, les surprises, les variations brusques ou profondes, qui ont une si grande influence sur l'homme en santé et plus encore sur les malades.

Circonstances qui influent suivies températures locales. — Trois circonstances principales délerminent le degré et le régime thermiques de chaque localité, savoir: la latitude, l'altitude, le voisinage des eaux ou l'humidité atmosphérique. Quelques autres ont une influence secondaire: le voisinage des forêts, la conformation de la surface du sol, sa constitution, les vents régnants, la luminosité du ciel, etc.

Latitude. — C'est l'élément capital. Si rien d'autre ne venait modifier les conséquences naturelles de l'irradiation solaire, tous les points de l'équateur terrestre auraient la plus haute température moyenne sur le globe et auraient la même température ; les degrés qui représentent les moyennes thermiques à la surface de la terre iraient en décroissant de l'équateur au pôle, avec la même régularité mathématique que les degrés de latitude vont en augmentant. Dans la réalité des choses, cette régularité n'existe qu'en puissance et Yéquateur thermique n'est qu'une ligne rapprochée, mais distincte, de l'équateur géographique ; de même que les lignes, réunissant les points d'égale température, au-dessous de la moyenne équatoriale thermique, non seulement ne se confondent pas avec les parallèles géographiques, mais ne sont nullement parallèles les unes aux autres.

Bien plus, il a paru impossible de tracer à la surface du globe les lignes qui réuniraient les points d'égale température moyenne, ou les isothermes réelles. De Humboldt, en 1817, a substitué à ces courbes des isothermes fictives, passant par les points qui auraient la même température moyenne annuelle, s'ils étaient à une altitude nulle.

L'équateur thermique est l'isotherme de 28 degrés ; il est presque entièrement au nord de l'équateur terrestre et ne passe au sud que dans l'espace qui sépare la pointe de la presqu'île de Malacca de l'extrémité nord de la Nouvelle-Guinée. Les isothermes plus faibles s'écartent encore davantage ties parallèles, quelquefois de 12 à 13 degrés, ou plus de 300 lieues. Elles s'en écartent moins dans l'hémisphère sud que dans l'hémisphère nord, parce que les mers dominent dans le premier.

Il est constant que, dans l'hémisphère nord, les lignes isothermes s'inclinent en général vers le sud, à mesure qu'on avance à l'est, dans le continent. Tonte la partie orientale de l'Allemagne, à partir du Weser, est beaucoup plus froide que la région occidentale: Clèves présente une température plus élevée de 4° que celle du terrain carbonifère de la Silésie (environ 52° latitude N. de part et d'autre). Naples et Pékin, sous la même latitude, ont pour moyenne, la première 16°, 4-, la seconde 12°, 7; La Rochelle et Odessa, sur le même parallèle géographique, 11°, 6 et 9°,1 ; New-Archangelsk et Nani (Amérique), la première à l'ouest, l'autre à l'est, à la même latitude, 6°, 9 et3°,8. Leslignes isothermes de laFrance, comprises entre 9 eModegrés, sont disposées sur la carte comme les rayons d'un éventail, divergents et relevés du côté de l'ouest, s'abaissant et se rapprochant à l'est. L'isotherme

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de 10 degrés, qui passe près de Paris (48°, 50' lat. N.), vient d'Irlande (53° lat. N.) et aboutit en Crimée (42° lat. N.). A latitude égale, les côtes de la Californie et de l'Orégon jouissent d'un climat beaucoup plus doux que celui du Japon et de la Mandchourie.

Les causes qui adoucissent le climat des rivages occidentaux dans les deux continents du nord sont les courants atmosphériques et maritimes. Tandis que les vents polaires prédominent sur les côtes américaines du Labrador, du Canada, sur celles delà Sibérie dans l'ancien monde, les vents équatoriaux soufflent plus fréquemment sur les rivages opposés. En outre, des courants tièdes coulent dans l'Atlantique (Gulf-Stream) et le Pacifique boréal (Kuro-Siwo) au-dessous de ces vents de sud-ouest et les deux courants superposés dégagent constamment leurs effluves de chaleur sur les terres qu'ils baignent de leurs ondes. L'Europe est surtout favorisée sous ce rapport ; les Iles Britanniques et les côtes occidentales de la France bénéficient remarquablement de l'attiédissement de l'atmosphère par les courants marins et aériens : c'est à eux que l'Irlande doit d'être « l'émeraude des mers » et notre Bretagne de conserver en pleine terre des arbustes des pays chauds, tels que le laurier-tin ( Viburnum tinus) et de posséder, à RoscofF, le plus beau figuier du monde (El. Reclus).

La latitude influence aussi les oscillations annuelles et saisonnières. Sous l'équateur, les variations annuelles sont faibles ; la plus basse température est entre novembre et mars, ou entre juillet et septembre. Dans la zone équatoriale, il y a deux maxima et deux minima. C'est en s'éloignant des tropiques que l'écart annuel s'accentue et que la division de l'année en saisons devient possible et rationnelle . Dans l'hémisphère nord, le minimum de température se présente en janvier, décembre, ou février ; le maximum en juillet et août.

Altitude. — L'air s'échauffant par le rayonnement du sol, les couches inférieures de l'atmosphère sont les plus chaudes et la température diminue naturellement à mesure qu'on s'élève. D'ailleurs, l'air raréfié est plus apte à absorber le calorique. Selon Renou, dans nos climats, la température décroît de 1 degré pour 220 mètres d'élévation en hiver, pour 140 mètres en été, soit pour 180 mètres en moyenne. Les observations faites en ballon concordent avec celles des explorateurs de montagnes sur le fait général. Helmholtz et Mùhry adoptent la moyenne de 200 mètres pour un abaissement d'un degré. Glaisher, à 10,000 pieds d'élévation en ballon, trouvait une dépression de 1 degré F, pour 417 à 455 pieds de hauteur (1° C. pour 228 à 249 mètres).

On a donc pu dire avec raison que gravir une haute montagne équivaut à passer par des latitudes de plus en plus septentrionales : Bravais et Ch. Martins ont retrouvé sur le sommet du Faulhorn des plantes identiques à celles qu'ils avaient récoltées au Spitzberg ; la succession des grands végétaux sur le versant septentrional de laGrimsel (Suisse) rappelle exactement la succession de ces mêmes végétaux le long des côtes de la Scandinavie. Mais l'isolement ou l'entourage des hauteurs modifient les données moyennes ; sur le Ventoux, par exemple, cime avancée et isolée

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des Alpes, les climats superposés sont plus rapprochés que dans les chaînes continues. Studer évalue à 400 mètres la hauteur moyenne à laquelle passe l'isotherme de dix degrés dans les massifs alpins ; l'isotherme de 5 degrés planerait à 1300 mètres ; celle de zéro à 2,200 mètres. Aux hauteurs plus considérables, l'intervalle pour 1 degré de diminution de température grandit généralement. Dans les Alpes, la limite des neiges perpétuelles est à 2,708 mètres ; dans les Pyrénées, à 2,728 mètres. La température moyenne des plaines aux mêmes latitudes est respectivement 11°, 2 et 15%7 (Kaemtz). La limite des neiges perpétuelles est beaucoup plus élevée sous les tropiques.

Voisinage des eaux. — Indépendamment de ce qui a été dit de l'effet des courants marins, chauds ou froids, les propriétés intrinsèques de l'eau (lente à s'échauffer et à se refroidir) assurent à l'atmosphère des pays situés au voisinage des mers une grande égalité de température. Cette circonstance très considérable est la raison de la distinction des climats en ■climats marins, remarquables par leur égalité, et en climats continentaux, variables et susceptibles d'extrêmes thermiques très accentués. Monach, l'une des Hébrides, a pour moyenne de janvier 6°, 1 et pour moyenne de juillet 12°, 8 ; écart 6°, 7; tandis que Moscou a pour les mois correspondants— 10°, 9 et +19°, 2; oscillation 30°, 1. A Yakoutsk, la différence entre les extrêmes pour une série d'années est de plus de 72°. — A Reikiavick (Islande), l'écart entre les plus grands froids et les plus grandes chaleurs n'est mesuré que par la distance de -f- 8°,1 a — 16°, soit 24°, 1, tandis que cet écart absolu est, à Moscou, de 63°.

Cette loi de l'influence des grandes collections d'eau n'est pas absolument applicable à notre littoral méditerranéen qui, en raison de circonstances surajoutées et d'une action différente, possède un climat tout à fait à part, le climat méditerranéen. Le tableau ci-dessous permet de faire, sous le point de vue actuellement en question, des comparaisons d'un certain intérêt. «