TEMPÉRATURE DES EAUX DOUCES

En Europe, certains lacs se congèlent entièrement chaque année, d’autres se congèlent rarement, soit partiellement comme les lacs des Quatre-Cantons et le Léman, soit totalement comme les lacs de Morat, de Bienne, de Zurich, de Zug, de Neuchâtel, de Constance, d'Annecy, de Thoune et de Brienz ; d’autres enfin comme les lacs de Walenstadt et du Bourget, sont réfractaires à toute congélation. La congélation d’un lac sera d'autant plus hâtive ou plus fréquente que le lac est moins profond, que ses talus sont moins inclinés, que son altitude est plus élevée, que sa latitude est plus éloignée de l’équateur, qu’il est dans une région moins protégée contre les vents, que ses bords sont encaissés dans une vallée à parois moins abruptes contre les flancs de laquelle lair atmosphérique se refroidit davantage, qu'il a emmagasiné moins de chaleur dans l’été précédent, qu’il s’est écoulé moins d'années depuis le dernier hiver froid et enfin qu’il ÿ a eu durant l’hiver moins de soleil pendant le jour et moins de nuages pendant la nuit.

Le cas de stratification thermique le plus compliqué a été observé par M. Forel ! sur le lac de Genève les 44 et 15 février 1888. Pendant une abondante chute de neige, l’eau se recouvrit de flocons de neige en masse pressée, formant de grands radeaux inconsistants, mous, flexibles, accumulés en certains points par le jeu des vagues et des courants et qui persistèrent environ 14 heures. T/eau de surface était en ce moment à 5° et par conséquent au-dessus de la température du maximum de densité. Entre les flocons à zéro et la couche à 5e, l’eau devait présenter de haut en bas l’ordre de stratification Oo, 40, 20, 30, 40, 50, 40, c’est-à-dire une stratification inverse recouvrant une straüfication directe. Dans ces conditions, l’équilibre est évidemment instable, mais d’après M. Forel, il est maintenu d’une manière permanente par l’entretien, grâce à la fusion continue de la neige, de la mince couche d’eau à 4° séparant les deux stratifications.

En résumé et d’une façon générale, l’économie thermique d’une masse d’eau douce est le reflet, atténué il est vrai, de l’économie thermique de l'atmosphère qui la recouvre; elle est instable. Les nappes isothermes n'existent pas en réalité et ne sont que des

1 F.-A. Forel, Glaçons de neige tenant sur l’eau du lac Léman, Bulletin de la Société Vaudoise des Sciences naturelles, XXIV, 98.

moyennes de variations à un certain moment; il n’y a donc rien d'étonnant à ce qu’elles ne soient ni horizontales ni à une profondeur constante en un même point. L’eau ne serait immobile que sous un climat absolument uniforme et qui n'existe nulle part à la surface du globe ; sous un climat variable, l’eau est continuellement en mouvement ; il en est par conséquent de même des isothermes. Le mouvement de celles-ci sera différent dans chaque lac particulier parce qu’il est fonction complexe d'éléments divers, le climat, les affluents, les vents, la configuration topographique, car, à supposer toutes choses égales d’ailleurs et à même volume d’eau, un lac profond et un lac plat ne se comporteront évidemment pas d’une façon identique. Le fait du maximum de densité à 4° apporte une nouvelle complication à cet état perpétuel d’instabilité des eaux douces et la distribution verticale de la chaleur, en un point déterminé, est beaucoup plus régulière dans l'Océan que dans un lac.

En se basant sur le mode de stratification thermique et sur les variations annuelles de température, M. Forel classe les lacs de la facon suivante ! :

Aer type : Lacs tropicaux. — Stratification thermique directe.

dre classe. — Lacs de grande profondeur. — Eaux inférieures de température invariable au-dessus de 40. Ex. : lac Léman.

2e classe. — Lacs de faible profondeur. — Eaux inférieures de température variable au-dessus de 40.

2e type : Lacs tempérés. — Siraüfication thermique alternante.

Are classe. — Lacs de grande profondeur.— Eaux inférieures invariables à 40. Ex. : lac de Constance.

2e classe. — Lacs de faible profondeur. — Eaux inférieures variables au-dessus et au-dessous de 4°. Ex. : lac de Morat.

3e type : Lacs polaires. — Stratification thermique inverse.

dre classe. — Lacs de grande profondeur.— Eaux inférieures invariables, au-dessous de 40.

1 F.-A. Forel, Classificalion thermique des lacs d’eau douce, Comptes rendus de l’Académie des Sciences du 48 mars 1889.

tél

2e classe. — Lacs de faible profondeur. — Eaux inférieures variables, au-dessous de 4°.

Distribution verticale de la température au sein des océans. — Dans la pensée que l’eau salée possédait comme l’eau douce une densité maximum à + 4°, on avait d’abord admis que le fond de l'Océan avait partout cette température. Mais cette supposition énoncée par James Ross en 1840-45 et soutenue par Herschell tomba lorsque les physiciens eurent reconnu que l’eau de mer avait un maximum de densité à des températures plus basses que l’eau douce et d'autant plus basses que la proportion du sel contenu était plus considérable. Le véritable début des études exactes de thermométrie sous-marine date de l'invention des instruments précis et protégés contre la pression de Miller-Casella et Negretti et Zambra.

Boguslawski : formule de la façon suivante les lois qui règlent la distribution de la température dans les profondeurs :

I. La température de l’eau de mer diminue en général de la surface au fond, d’abord assez rapidement ensuite très lentement jusqu’à une profondeur commençant selon les localités de 700 à 1 100 m et où règne une température de + 4°. De là elle s’abaisse encore plus lentement jusqu’au fond. Au fond, sous les zones tempérées aussi bien que sous les zones tropicales, dans les grandes profondeurs atteignant 5 500 m, elle est généralement comprise entre 00 et + 20, dans les régions polaires elle descend jusqu’à — 2°,5.

IT. La température de chaque portion du sol sous-marin et de la couche d’eau plus ou moins épaisse qui la recouvre immédiatement et est en libre communication avec l’une ou l’autre des mers polaires est inférieure à celle qui résulterait de la température moyenne d’hiver la plus basse à la surface; elle est à peine plus élevée que celle du fond dans les mers polaires.

HIT. L’abaissement général de la température dans les grandes

profondeurs ne peut résulter des courants froids de surface relativement peu puissants qui, sortant des mers polaires, coulent vers

1 Georg von Boguslawski, /andbuch der Oxeanographie, 1, 243.

l'équateur pour compenser les courants chauds de dérive arrivant des latitudes basses. Cet abaissement est la conséquence d’un mouvement des pôles à l'équateur, puissant mais lent, de toutes les couches d’eau inférieures dont l'épaisseur à partir du fond est d’environ à 660 m. Les eaux profondes froides, aux latitudes basses et même à l’équateur, sont ainsi soulevées jusqu’à la surface.

IV. Plus la communication avec les mers polaires est considérable et libre et plus les températures des profondeurs et du fond sont basses. Dans le Pacifique et locéan Indien, à latitude et à profondeur égales, elles sont en général inférieures à celles de l'Atlantique en communication moins libre avec l'Océan antarctique. De même les portions méridionales des océans sont plus froides que les por-

tions septentrionales parce que la communication avec la mer Polaire

du nord, quand elle n’est pas nulle comme pour l’océan Indien, est beaucoup moins libre que celle avec la mer Polaire du sud.

V. La température du fond, dans les mers polaires, est de — 20 à — 30, dans leur voisinage 0 à — 40,5; aux latitudes septentrionales moyennes et inférieures, à une profondeur variant de 3650 à 5 500 m, de + 40 à + %; sous l'équateur et aux latitudes méridionales, elle est fréquemment inférieure car elle ne dépasse guère 0

et est même souvent plus basse.

VI. Par suite de circonstances physico-géographiques locales et de la forme du relief sous-marin, on constate dans certaines parties des océans des phénomènes différents de ceux énoncés plus haut.

a) Dans les mers polaires et sur leurs rivages, la température à la surface et aux faibles profondeurs est quelquefois inférieure à celle des couches plus profondes; souvent aussi une couche plus froide est intercalée entre deux autres couches plus chaudes.

b) Dans les mers intérieures profondes qui sont comme la Médiierranée, par exemple, isolées de l'Océan par un seuil sous-marin, la distribution de la température depuis la surface jusqu'au fond offre des conditions spéciales. La température diminue depuis la surface jusqu’à la nappe d’eau commune à l'Océan et à la Méditerranée, mais de là jusqu’au fond, elle demeure invariable et égale à la température d’hiver la plus basse. La figure 82 montre une coupe

longitudinale du détroit de Gibraltar 1. Telle est la raison pour laquelle les grandes profondeurs de la Méditerranée et de la mer Rouge sont chaudes tandis

que celles de la mer d’O- au |

khotsk sont froides. étentique D'de Cora HEErrenNÉ re

Fig. 82,

c) On observe les mêmes {z ÿ” phénomènes dans la portion occidentale de l’océan Pacifique et dans larchipel des [5 ‘ Indes orientales dont le 3 fond, à partir d’une profondeur déterminée est isolé de la communication avec POcéan par des récifs ou des élévations sous-marines. De- FF LS puis cette profondeur jusqu'au fond, on trouve en effet une température égale à celle de l'Océan à la même profondeur.

Ces lois de Boguslawski et en particulier les lois n° IIT et IV ne sont point acceptées par tous les océanographes. Personne ne doute que la température basse des portions du sol sous-marin en communication libre avec les mers glaciales ne résulte du froid des régions polaires et surtout des régions polaires antarctiques qu'aucune barrière n’isole des océans; cependant les températures profondes actuelles sont la résultante d’un équilibre général climatérique moyen à la surface du globe datant d’un âge si reculé qu’on pourrait presque en comparer la durée à celle d’une période géologique. Rien n’oblige à supposer l'existence dont on n'a d’ailleurs aucune preuve directe, d’un courant de fond ramenant continuellement les eaux de fond vers les tropiques et les forçant à remonter verticalement à l’équateur malgré leur basse température et malgré l’énorme pression des couches sus-jacentes. Il ne faut pas oublier que le fond de l'Océan est une succession de cuvettes de formes variables, séparées les unes des autres par des seuils. Si done un courant froid de fond se dirigeait d’un pôle vers l’équateur, ses eaux ne tarderaient

! Berghaus physikal. Atlas, II Abt. Hydrographie n° IX, ne 24.

pas à remplir les parties profondes du lit océanique et ces cavités une fois remplies, il n’existe aucune raison pour que leurs eaux enfermées, en équilibre parfait de température, se mettent en mouvement. Tout au plus le courant passerait-il par-dessus la nappe d’eau immobile à une profondeur maximum au-dessous de la surface indiquée par la hauteur au-dessus du fond de la crête montagneuse la plus élevée. En outre, certains faits de solubilité tendraient à ne faire admettre qu’avec la plus extrême réserve ce que l’on a nommé la circulation verticale de l'Océan car, si faible que soit sa vitesse, on a peine à comprendre la formation au sein d’une eau courante de minéraux tels que la christianite ou celle de nodules manganésiens qui sont justement solubles dans l’eau de mer. Leur présence constatée dans les abîmes, sur un sol absolument nivelé ne s’explique qu’en supposant qu'ils se trouvent dans un milieu liquide immobile et saturé des éléments qui se déposent à l’état solide, cristallisé ou amorphe. L'hypothèse d’une circulation verticale profonde est en contradiction avec la succession régulière et par ordre de densités décroissantes du fond à la surface établie par les mesures directes du Challenger, après qu’on a eu soin de mesurer les densités à la température de l’eau in situ et de leur faire subir la correction de compressibilité, fonction de la profondeur. Cette hypothèse ne paraît d’ailleurs pas indispensable pour expliquer l’économie générale d’une circulation à laquelle doivent suffire les phénomènes sinon de surface, tout au moins de profondeur relativement faible *.

La répartition de la température dans ies couches intérieures de l'Océan est profondément modifiée lorsqu'une nappe d’eau en mouvement rencontre un seuil. Ainsi l’eau chaude de l’Atlantique, provenant de la dérive du Gulfstream, heurte la grande chaîne sousmarine qui, de l'Écosse au Groënland, en passant par les Shetland, les Faeroer et l'Islande, barre l'entrée de l’Océan du Nord par la crête Wyrille Thomson qui, en certains endroits, se rapproche à 567 m de la surface *. Elle est alors forcée de remonter au-dessus des

1 Thoulet, De quelques objections à la théorie de la circulation verticale profonde de l'Océan. Comptes rendus Acad. se., t. CX, p. 32%, et Revue générale des sciences pures et appliquées, juin 4890.

* John Murray, The physical and biological conditions of the seas and estuaries about North-Britain, Philos. Society of Glascow, March 1886.

couches froides venant de la mer Glaciale et qui, du côté opposé, sont arrêtées dans leur marche vers le sud-ouest par la même chaîne comme on le voit sur la fig. 83 qui représente une section du sudouest au nord-est de la crête Wyrille Thomson. Le fond en cuvette des fjords de Norvège empêche l’eau d’y geler et fait que la tempé-