CHAPITRE II

Analofïies avec le phénomène de la grêle. — Sur la formation de

la grêle.

200. — Les effets mécaniques et calorifiques produits, sur des masses aqueuses ou des surfaces humides, par des décharges d'électricité dynamique de haute tension (143 à 14S) peuvent jeter un jour nouveau sur le mode de formation de la grêle (^).

Le phénomène de la gerhe de globules aqueux (fig. 49 et 50) (143) qui jaillit, lorsqu'un puissant courant électrique vient frapper la surface d'un liquide, montre qu'un effet analogue peut se produire lorsqu'un nuage ou un courant aérien électrisé pénètre dans une autre masse nuageuse à l'état naturel ou moins fortement électrisée.

Les nuages ne sont point, il est vrai, des masses liquides proprement dites, mais ceux des régions élevées sont composés, comme on le sait, de très fins et de très légers cristaux de glace, dont la cohésion est moins grande

(1) Comptes rendus, t. LXXXI, p. 616, et 1. LXXXII, p. 314. 11 octobre 1875 et 31 janvier 1876.

que celle de la glace ordinaire et qui peuvent être considérés comme équivalant à peu près à une masse liquide suspendue dans l'atmosphère. On conçoit donc que les décharges électriques puissent y produire un effet analogue à celui qu'elles produisent sur un liquide et que l'eau de ces cristaux de glace, liquéfiée et pulvérisée sur les points où éclatent les décharges, soit lancée en gerbe de globules, comme dans notre expérience.

De plus, en raison de la basse température de l'ensemble du nuage lui-même ou des régions élevées dans lesquelles le phénomène se produit, ces globules peuvent être congelés instantanément et donner naissance à des grêlons (*).

(1) Si l'expérience de la gerbe était produite, avec une tension plus élevée, sur de l'eau ordinaire, dans une enceinte à très basse température, les gouttelettes projetées seraient évidemment solidifiées, et on aurait une reproduction artificielle plus complète du phénomène naturel.

Les difficultés de réalisation de cette expérience étant assez grandes, en raison du volume qu'il faudrait donner à l'enceinte refroidie, nous en avons fait une analogue, en opérant à la température ordinaire, et en prenant une solution saline concentrée (nitrate de potasse), chauffée près du point d'ébuUition, de manière à ce que les gouttelettes projetées par la décharge électrique puissent se solidifier rapidement par le refroidissement à la température ambiante.

Le courant électrique étant amené à la surface de cette solution contenue dans un vase placé sur un support, élevé de deux mètres environ au-dessus du sol, pour avoir une certaine hauteur de chute et donner aux gouttelettes le temps de se solidifier, la gerbe s'est produite, et nous avons obtenu ainsi, par voie électrique, une grêle artificielle de nitrate de potasse.

201. — Suivant la plus ou moins grande agrégation ou densité de ces nuages, et selon la quantité d'électricité en jeu, les effets calorifiques ou mécaniques produits par le flux électrique peuvent alterner, se mélanger ou se substituer les uns aux autres, de même que nous avons vu, dans les expériences décrites plus haut, le flux électrique, selon qu'il rencontre une masse aqueuse ou une surface simplement humide, déterminer, soit un effet mécanique tel que la projection de l'eau à l'état liquide, soit un effet calorifique traduit par une abondante production de vapeur (144) fig.51.

Lorsque les effets calorifiques dominent dans l'action d'un courant électrisé au sein d'une masse nuageuse, l'eau n'est plus alors seulement pulvérisée, mais vaporisée par le flux électrique, et cette vapeur, immédiatement condensée en gouttelettes liquides, au sein du nuage froid, peut donner encore, dans ce cas, naissance à des grêlons (').

202. — Nous avons donc été conduit ainsi à considérer la grêle comme résultant de la congélation, dans les hautes et froides régions de l'atmosphère, de Veau des

(1) Il semble, au premier abord, qu'une matière aussi divisée que la vapeur d'eau ne pourrait produire que des grêlons infiniment petits. Mais il faut considérer qu'avant la congélation, la vapeur passe nécessairement par la liquéfaction, et que, si elle est produite brusquement et en abondance, elle peut se condenser rapidement en gouttes d'un certain volume contre les portions froides du nuage, de même qu'elle se condense en gouttelettes contre la surface interne du couvercle d'un vase plein d'eau portée à l'ébuUition.

nuages 'pulvérisée et vaporisée par les décharges électriques.

203. — L'intensité des phénomènes électriques que présentent généralement les orages à grêle, pendant lesquels les éclairs se succèdent d'une manière incessante et forment comme la décharge continue d'un puissant courant d'électricité dynamique à haute tension, montre l'importance du rôle que doivent jouer les effets mécaniques et calorifiques dont il s'agit dans la production de la grêle.

Lors des violents orages de grêle qui sévirent, en Suisse et en France, du 7 au 8 juillet \ 873, huit à dix mille éclairs se succédaient par heure, en formant comme un immense incendie (^).

On se représente l'énorme quantité de chaleur et de vapeur d'eau que peut produire, au sein des nuages, un tel torrent d'électricité, quand on voit la quantité de va-

(1) Sur deux orages de grêle, etc., par M. D. Colladon [Comptes rendus, t. LXXXI, pp. 104, 446 et 480). « Les phénomènes électriques, dit M. Colladon, étaient très remarquables sur les parties centrales du nuage à grêle ; les éclairs se succédaient avec une telle rapidité, de minuit à une heure, que l'on comptait en moyenne 2 à 3 éclairs par seconde, ce qui ferait 8,000 à 10,000 par heure.

« Partout où cet orage a passé, on a comparé la lueur de

ses éclairs à celle d'un immense incendie, tant la clarté paraissait permanente. »

— Pendant un violent orage de grêle qui eut lieu, le 25 juillet 1877, dans les Hautes-Alpes, «... les éclairs illuminaient le ciel d'une lueur ininterrompue; les détonations se suivaient sans intervalle. » Note de M. Le Capian. Bulletin de l'Association scientifique de France, p. 367, 9 septembre 1877,

peur qui se dégage dans les expériences citées plus haut.

204. — Les mouvements violents qui se produisent au milieu des nuages d'où tombe la grêle, la transformation rapide des cirrhus en nimbus, appuient aussi cette manière de voir ; car les nimbus apparus subitement ne peuvent provenir que de la vaporisation rapide et de l'eau condensée d'une partie des cirrhus.

Les déchirures multipliées des nuages à grêle, leurs formes déchiquetées, s'expliquent également bien par l'effet des décharges électriques, si l'on se reporte aux effets que produisent des courants de haute tension sur des matières humides (160). .

205. — Le vent violent qui accompagne presque toujours les orages à grêle peut être attribué à la raréfaction que produit le courant électrisé vaporisant brusquement les masses humides qu'il rencontre sur son passage et à l'afflux de l'air environnant qui vient combler instantanément le vide formé.

206. — Le bruissement qui précède ou accompagne la chute de la grêle est dû à la pénétration du flux électrique dans le nuage et à la pulvérisation ou vaporisation qui en résulte, de même que le bruissement produit par le passage d'un courant de haute tension, dans un liquide ou sur une surface humide, est dû à la projection en gerbe des globules aqueux ou à l'émission rapide des jets de vapeur (144-157).

207. — Les éclairs, avec ou sans tonnerre, qui accompagnent les orages à grêle, proviennent de ce que, dans cette colhsion entre deux masses humides et d'une grande

mobilité de formes, c'est tantôt l'une qui pénètre plus ou moins profondément l'autre, — de même que, dans l'action d'un courant de haute tension à la surface d'un liquide, l'écoulement se produit sous forme de sillons lumineux accompag^nés d'un simple bruissement, quand le liquide est rendu fortement négatif par une électrode complètement immergée, tandis que des étincelles bruyantes se produisent, si le liquide étant, au contraire, fortement positif, la décharge a lieu sur l'électrode négative (135-136).

208. — On s'explique encore, par les mêmes analogies, comment la grêle peut se produire, sans manifestations électriques apparentes, et devoir néanmoins son origine à la présence de l'électricité.

On obtient, en effet, dans nos expériences, une production de vapeur, même sans phénomènes lumineux, lorsque la quantité d'électricité fournie par le courant de haute tension est faible. De même, il peut y avoir dans l'atmosphère, sans éclairs visibles, sans bruit de tonnerre perceptible, production de vapeur et congélation dans les régions froides, sous forme de petite grêle, lorsqu'il y a une faible quantité d'électricité en jeu.

209. — L'intervalle de temps, quelquefois très court, que dure la chute de la grêle sur un même point, s'explique par la courte durée des décharges électriques ellesmêmes (*) et par le vent violent qui accompagne la nuée orageuse et l'entraîne rapidement sur d'autres points.

(1) Nous avons pu constater, à Paris, où les orages de grêle n^'ont

210. — La chute de la grêle en bandes quelquefois si étroites que, dans un même lieu, dans le même quartier d'une ville, des points séparés l'un de l'autre par une faible distance n'en reçoivent point de traces, alors que la partie médiane seule est frappée {^), — s'explique par la vaporisation et la congélation de l'eau autour des sillons mêmes tracés par les éclairs, toujours plus développés en longeur qu'en largeur.

[ Quant aux longues et larges bandes de grêle qui couvrent une grande étendue de pays, elles résultent naturellement de la translation même des nuées orageuses sous l'action du vent qui les accompagne. La largeur de la bande correspond à celle du groupe de nuées, et sa longueur à la distance parcourue.

211. — Les bandes de pluie comprises entre deux bandes de grêle peuvent résulter de ce que la masse interne des nuages froids dans lesquels s'opèrent les décharges étant réchauffée par la fréquence des éclairs, l'eau pulvérisée ou vaporisée ne fait que se condenser sous forme de pluie dans la partie médiane, tandis que la congélation peut avoir lieu encore sur les parties latérales et se continuer sur tout le parcours.

généralement qu'une très courte durée et une intensité relativement faible, des chutes de grêle qui ne duraient pas plus d'une demi-minute à une minute et succédaient presque exactement à l'apparition des éclairs et aux coups de tonnerre (en date du 28 mars, du 3 et du 25 mai 1876).

(1) On a pu le constater également, à Paris, dans le cours de l'année 1876,

212. — Les intermittences et recrudescences qu'on observe, soit dans la chute de la grêle, soit dans les coups de vent qui l'accompagnent, sont tout à fait analogues à celles qu'on observe dans nos expériences, quand le courant électrique débouche sur une surface humide (145), et peuvent s'expliquer de la même manière.

Quand le nuage électrisé a réduit en vapeur une portion du cirrhus dans lequel il pénètre, il se passe un instant avant qu'il ne rencontre une nouvelle masse à vaporiser ; mais le reste du cirrhus comble aussitôt le vide formé; une nouvelle décharge se produit, par suite, une nouvelle projection de vapeur ou d'eau pulvérisée et la formation de nouveaux grêlons.

213. — La forme ovoïde ou en pointe des grêlons, leurs aspérités ou protubérances peuvent être attribuées à leur origine électrique; car, dans l'expérience de la gerbe (143-144), les globules ont aussi une forme ovoïde, et l'étincelle d'où ils jaillissent a l'aspect d'une couronne à pointes de flamme. Dans d'autres expériences où le courant agit sur une pâte humide qui conserve la forme résultant de l'action qu'elle a subie, on observe des cratères bordés de protubérances à pointes multiples tout à fait caractéristiques du passage du flux électrique (160),

214. — La lueur quelquefois émise par les grêlons est due vraisemblablement à l'électricité. Bien que, dans nos expériences, on ne puisse distinguer si les globules aqueux ont une lueur propre ou causée par la réflexion de l'étincelle, il est probable que le flux électrique leur comniunique une courte phosphorescence, puisque, avec

une tension plus grande, l'air humide lui-même devient incandescent (138).

215. — La structure interne des grêlons est variée, comme on le sait ; les uns présentent une structure rayonnante à partir du centre, et semblent avoir été formés d'un seul jet; les autres ont un noyau blanc opaque, recouvert de couches de glace alternativement opaques et transparentes.

La formation des premiers peut s'expliquer, ainsi que nous l'avons dit plus haut (200), par la production d'une gerhe électrique de globules aqueux immédiatement congé lés sous le volume même qu'ils ont au moment où ils sont projetés, ou par la vapeur d'eau produite sous l'action calorifique des décharges, condensée en grosses gouttes, et congelée aussitôt dans l'enceinte du nuage à basse température (201).

Dans nos expériences, plus la quantité d'électricité fournie par le courant de tension est g-rande, plus les globules projetés sont gros ; de même, dans la nature, les plus gros grêlons sont produits dans les orages oii les manifestations électriques présentent le plus d'intensité (^).

(1) Dans les orages en Suisse déjà cités, « le volume des grêlons, dit M. E. Plantamour, atteignait des proportions rares dans nos latitudes, et un vent violent d'Ouest les transformait en véritables projectiles, brisant tout sur leur passage; ceux de la grosseur d'une noix, d'un œuf de pigeon, et même d'un œuf de poule n'étaient pas rares. Le lendemain, on en ramassait de 6 centimètres dans leur plus grande

dimension; il y en eut même de près de 1 décimètre Pendant la

chute, il y avait plusieurs éclairs par seconde, le ciel était embrasé... » (Bibl. univ. de Genève, t. LIX, p. 339. 1877).

216. — La structure des grêlons formés de couches alternativement opaques et transparentes semble attester un développement successif au sein des nuages.

Cet accroissement de volume a été attribué à diverses causes qui peuvent être prises toutes en considération : — soit à un mouvement oscillatoire des grêlons, comme l'admettait Volta, quand la disposition des groupes nuageux s'y prête ; — soit à leur chute même au travers d'une grande épaisseur de nuages, ainsi que l'a admis M. l'abbé Raillard (^) ; — soit, d'après MM. Saigey, Daguin, Fron, Faye, Secchi, etc., à leur gyration prolongée, sous l'influence des tourbillons qui accompagnent ordinairement les orages à grêle, et qui ont été observés par Lecoq, et par MM. de Tastes, Severtzow, Buchwalder, etc.

Ces tourbillons peuvent soutenir, en effet, les grêlons, pendant un certain temps, dans les nuages, et contribuer à accroître leur volume.

Mais, pour expliquer leurs couches alternativement opaques et transparentes, nous avons pensé qu'on pourrait s'en rendre compte par des vaporisations et des congélations successives, jointes au mouvement gyratoire (^).

L'opacité du noyau neigeux qui forme ces grêlons semble attester, en effet, le saisissement et la congélation subite de la vapeur d'eau ; car on sait que c'est le caractère des cristallisations rapides de donner lieu à des cris-

(1) Annuaire de la Société météorologique, p. 129. 1865.

(2) Bulletin de l'Association scientifique de France, p. 49. 31 octobre 187o-.

taux enchevêtrés non transparents. Ce premier noyau formé, la gyration au sein de l'humidité du nuage produit tout autour une couche de glace formée plus lentement, et par conséquent transparente. A la suite d'une nouvelle décharge électrique, une autre émission de vapeur a lieu, et en même temps qu'il en résulte de nouveaux grêlons, ceux qui tournent encore peuvent se recouvrir d'une seconde couche de vapeur qui se congèle brusquement à l'état neigeux, et ainsi de suite (^).

217. — Quant à la cause de la formation de ces tourbillons de grêle, les expériences que nous avons décrites sous le nom de spirales électrodynamiques (138) (fig. 65 et 66), et que nous invoquerons plus loin (221), pour expliquer le mouvement gyratoire des trombes et des cyclones, nous ont conduit à l'attribuer a l'action magnétique du globe.

L'apparition de la grêle se lie, en effet, comme on vient de le voir, à la présence dans les nuages de grandes quantités d'électricité dont les décharges constituent de véritables courants électriques, de courte durée, il est

(1) Cependant, on peut objecter que le R. P. Sanna-Solaro a obtenu artificiellement de petites masses d'eau congelées en une seule fois, sans addition successive de nouvelles quantités d'eau, et présentant néanmoins des couches concentriques alternativement opaques et transparentes.

Il en résulterait que le mouvement tourbillonnaire n'est pas absolument nécessaire pour rendre compte de ce genre de structure de grêlons. Mais alors leur formation rentrerait simplement dans le cas précédent que nous avons expliqué (215).

vrai, ou intermittents, mais ayant tous les caractères d'un flux puissant d'électricité dynamique.

Or, les courants électriques peuvent tourner sous l'influence d^une action magnétique, et avec d'autant plus de rapidité qu'ils traversent des conducteurs plus mobiles. Quand ces courants rayonnent en tous sens, au sein d'un liquide, comme dans l'expérience dont il s'agit (1S8), le mouvement gyratoire produit sous l'influence d'un aimant^ et rendu visible par un tourbillon de poudre semi-métallique détaché de l'électrode, s'effectue en spirale avec une rapidité extraordinaire.

Les colonnes d'air nuageuses ou humides, fortement électrisées et mobiles dans tous les sens, doivent donc prendre de même un rapide mouvement gyratoire en spirale, sous l'influence du magnétisme terrestre, et entraîner en tourbillons la grêle qui accompagne les décharges.

218. — Ainsi, l'électricité nous parait intervenir dans la production de la grêle par la variété de ses eff"ets, soit mécaniques, soit calorifiques, soit magnéto-dynamiques. Le rôle des vents et des courants d'air est sans doute important ; ils entraînent, divisent ou rassemblent, sur leur passage, les masses nuageuses électrisées; ils mettent en présence celles qui sont fortement chargées d'électricité et celles qui le sont moins; ils les élèvent vers les régions froides de l'atmosphère ou facilitent autour d'elles l'abaissement de température nécessaire à la congélation ; ils les dirigent aussi, suivant la configuration

du sol, vers les points où l'on observe que la grêle apparaît de préférence. Mais ce sont là des causes concourantes qui préparent seulement les conditions favorables à la production de la grêle, tandis que Télectricité est, selon nous, la cause efficiente qui, par sa présence même dans les nuages et par la puissance instantanée de ses décharges, détermine la formation subite et la chute du météore (^).

(1) Comptes rendus, t. LXXXII, p. 316. 3i janvier 1876.