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En dehors de la girouette et des anémomètres dont nous venons de résumer les données, on a installé au sommet de la Tour Eiffel, en juillet 1889, un moulinet destiné à réhide de la composante verticale des vents. Cet instrument, désigné par la lettre B sur la figure 14, se compose de quatre ailettes planes, inclinées à 45° et mobiles autour d'un axe vertical. Par sa construction même, ce moulinet reste immobile dans un courant d'air horizontal, tourne dans un sens quand le vent a une composante verticale ascendante, et dans l'autre sens quand le vent a une composante verticale descendante. Toutefois, l'observation de cet instrument présente de grandes difficultés; il peut tourner même dans un courant parfaitement horizontal, si la vitesse du vent n'est pas rigoureusement la même aux deux extrémités du diamètre du moulinet, et il suffit pour cela du plus petit obstacle. Les premières observations, obtenues en 1889, ont révélé une cause d'erreur de ce genre, due à la présence de la tige centrale qui porte le paratonnerre.
VIL — Examen d^ensemble des observations de 1889.
M. Angot a résumé, dans un article paru dans la Nature du 25 janvier 1890, l'ensemble de ses observations de 1889. Nous le reproduisons ci-dessous, en raison de son intérêt, bien qu'il y ait quelques répétitions par rapport à Texamen détaillé qui vient d'être exposé :
« Ce qui frappe tout d'abord dans l'observation du vent, c'est la force tout à fait imprévue qu'il possède déjà à joo m de hauteur. Les cent une premières journées d'observation qu'on a recueillies entre le milieu de juin et le i" octobre, dans la belle saison, ont donné une vitesse moyenne de 7,05 m par seconde, ou plus de 25 A/n à l'heure. Pendant la même période, un instrument identique à celui de la Tour Eiffel, placé sur la tourelle du Bureau central météorologique à 21 m au-dessus du sol, et à une distance horizontale d'environ 500 m de la Tour, indiquait seulement une vitesse moyenne de 2,24 m, c'est-àdire un peu moins du tiers de ce qu'on observait au sommet de la Tour. On savait bien que la vitesse du vent augmente avec la hauteur; car, près du sol, les mouvements de l'air sont gênés et retardés par le frottement contre toutes les aspérités, collines, maisons, arbres, etc. ; mais on n^admettail pas jusqu'ici une loi de variation aussi rapide. Ce fait a une très grande importance pour les études relatives à la navigation aérienne; il importe, en effet, de savoir pendant combien de temps en moyenne la vitesse du vent reste au-dessous de telle ou telle valeur, contre laquelle peut lutter avantageusement la machine du ballon dirigeable. Or, pendant la période que nous avons étudiée, la vitesse du vent à 300 m a été pendant 59 p. 100 du temps supérieure à 8 m par seconde, et pendant 21 p. 100 supérieure à 10 m.
« Les observations anémométriques de la Tour Eiffel ont mis en évidence un autre fait encore plus imprévu que la grandeur même de la vitesse du vent : c'est la manière dont cette vitesse varie régulièrement dans le cours de la journée.
« Les deux courbes en traits pleins de la figure 1 3 donnent respectivement pour la Tour Eiffel et le Bureau météorologique la loi de variation diurne de la vitesse du vent. Au Bureau météorologique, comme du reste dans toutes les stations basses, la vitesse est la plus faible vers le lever
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du soleil ( 1,6 m à 5 heures du matin) et la plus forte au milieu du jour (4,1 m à I heure du soir). A la Tour Eiffel, au contraire, la plus petite vitesse (5,4 m s'observe entre 9 et 10 heures du matin, et la plus grande se produit au milieu de la nuit (8,8 m à 1 1 heures du soir). C'est presque exactement ce qui se passe au sommet des montagnes, comme au Puyde-Dôme et au Pic-du-Midi, où la vitesse du vent est maximum pendant la nuit et minimum au milieu du jour, suivant ainsi une marche inverse de celle des régions basses. Celte inversion est encore mise plus nettement ^n évidence par la courbe pointillée de la figure 1 j , qui donne pour chaque instant le rapport des vitesses du vent à la Tour Eiffel et au Bureau météorologique. Ce rapport est le plus grand et égal à 5 entre 2 et 4 heures du matin ; le plus petit est égal à 2 entre 10 heures du matin et 3 heures du soir; sa variation diurne présente exactement la forme caractéristique de celle de la vitesse du vent sur les
montagnes.' C'est certainement la première fois que l'on signale une variation semblable à une hauteur aussi faible dans l'atmosphère.
« Au point de vue de la vitesse du vent, considérée soit dans sa grandeur absolue, soit dans sa variation diurne, la Tour Eiffel se rapproche donc beaucoup plus des stations de montagnes que des stations ordinaires. Il en est de même pour la température. En admettant, comme d'ordinaire, une décroissance de r pour 180 m d'altitude, le thermomètre devrait être constamment plus bas au sommet de la Tour de i,°6 qu'au niveau du sol, dans la campagne des environs de Paris, à l'Observatoire du Parc Saint-Maur, par exemple. Nous avons pris cette station comme terme de comparaison au lieu d'un point situé dans Paris même, plus près de la Tour, parce que la température de Paris n'existe pas, à proprement parler; elle est absolument artificielle et peut varier de plusieurs degrés suivant l'emplacement des instruments, l'état du ciel, la direction du vent, etc.
<c La tigure 14 donne, pour chaque mois, la différence moyenne
Martin
Fig. i3. — Variation diurne de la vitesse du vent sur la Tour Eiffel et au Bureau météorologique.
Juil.
Juil.
Août
Sept.
Oct.
jho
Août
Sept. Oct.
Nqv.
Fig. 14. — Différence de températures entre la Tour Eiffel et Paris.
entre la Tour Eiffel et le Parc Saint-Maur, non seulement pour la température moyenne (ligne du milieu j, mais pour la température minima de chaque jour (ligne supérieure) et pour la température maxima (ligne inférieure).
« Dans tous les mois sans exception, au moment du maximum diurne, la température, au sommet de la Tour, est plus basse qu'au
pied; la différence est même beaucoup plus grande que la valeur théorique r,6 que nous avons indiquée et qui est représentée sur le diagramme par une ligne ponctuée; les journées sont donc relativement froides au sommet.
Par contre, les nuits (minima, ligne supérieure) sont très chaudes : non seulement la différence entre le sommet et la base n'atteint pas i%6, mais c'est le sommet qui est le plus chaud en valeur absolue. Au sommet de la Tour, les journées sont donc relativement fraîches et les nuits chaudes; l'amplitude de la variation diurne de la température est beaucoup moindre que près du sol.
« La cause principale de ces différence est la faiblesse des pouvoirs absorbant et émissif de l'air, qui s'échauffe très peu directement pendant le jour et se refroidit aussi très peu pendant la nuit : la variation diurne de la température, à une certaine hauteur dans l'air libre, doit donc être petite; elle devient plus grande dans les couches inférieures de l'atmosphère, auxquelles se communiquent par contact les variations de température considérables que subit le sol. Dans les 200 ou joo premiers mètres d'air à partir du sol, la décroissance de la température est ainsi très rapide le jour et très lente la nuit, où même il fait normalement plus chaud à une certaine hauteur que près du sol, quand le temps est calme et beau. Ces considérations sont vérifiées de la manière la plus complète par les observations de la Tour; dans les nuits calmes et claires, en particulier, la température y est fréquemment de 5"* à 6° plus haute au sommet qu'à la base.
« Des différences analogues ont été observées fréquemment dans les
observatoires de montagnes; mais elles y sont beaucoup moins marquées. C'est que, dans ces stations, la masse de la montagne exerce encore une influence considérable, tandis qu'à la Tour Eiffel on est réellement dans l'air libre. C'est ainsi que l'amplitude de la variation diurne de la température à la Tour Eiffel, à 336 m au-dessus du niveau de la mer, est presque égale et même plutôt inférieure à celle que Ton observe au sommet du Puy-de-Dôme, à 1.470 m.
« La marche annuelle de la température au sommet de la Tour (ligne du milieu, fig. 14) paraît, autant qu'on peut en juger d'après cinq mois seulement d'observation, suivre les mêmes lois que la variation diurne; la température moyenne semble plus basse que la normale pendant la saison chaude, et plus élevée, au contraire, pendant la saison froide.
« En dehors de ces causes régulières, des causes accidentelles peuvent produire des différences de température encore plus remarquables entre le haut et le bas de la Tour EiffeL Au moment des changements de temps, la modification se manifeste parfois complètement à 300 m de hauteur plusieurs heures et même plusieurs jours avant de se produire près du sol. Le mois de novembre dernier en a fourni un exemple frappant.
« Du 10 au 24 novembre a régné, sur nos régions, une période de hautes pressions, avec calme ou vents très faibles venant généralement de l'est, et température basse, surtout dans les derniers jours; c'est seulement dans la journée du 24 que le vent passe Sud-Sud-Ouest et devient fort; la température remonte, le ciel se couvre et le mauvais temps commence. Or, à la Tour, la température était encore basse le 21 avec vent faible du Sud-Est, lorsque, vers 6 heures du soir, le vent prend brusquement de la force et tourne au Sud, puis se fixe au Sud-Sud-Ouest; en même temps, la température, au lieu de baisser, comme elle aurait dû le faire normalement, remonte de plus de 8° jusque vers 2 heures du matin le 22, comme on le voit sur la figure 15, qui reproduit les courbes des thermomètres enregistreurs installés au sommet de la Tour et à la base (pilier Est). Depuis ce moment, la température est restée haute au sommet, de sorte que, dans tout l'intervalle compris entre le soir du 21 et le matin du 24, il a fait constamment beaucoup plus chaud en haut de la Tour qu'au niveau du sol. Le changement de régime s'est donc manifesté
à 300 m de hauteur plus de deux jours avant de se faire sentir dans les régions inférieures. Ce qu'il y a de plus remarquable, c'est que rien absolument en bas ne pouvait indiquer ce changement; depuis le soir du 21 jusqu'au malin du 24, le ciel a été constamment d'une pureté parfaite, sans aucun nuage, et un calme complet régnait en bas, alors qu'en haut de la Tour soufflait un vent chaud du Sud-Sud-Ouest, animé d'une vitesse de 6 à 8 m par seconde.
« Les observations de température, aussi bien que celles de la vitesse du vent, montrent ainsi, d'une manière tout à fait imprévue, à quel point les conditions météorologiques à joo m seulement de hauteur
6^'n__MlJi SS. 4!g 6*^17., Hidi 6*i
Vérvfîrtdî 72 Hownibre 6^rw. Midi e^s.
?3 Nevêmbre 1 Dimanche 2h Novembre
Fig. i5. — Marche de la température au" sommet et à la base de la Tour Eiffel
du 20 au 24 novembre 1889.
peuvent différer de celles que Ton observe près du sol. Malgré son altitude relativement faible, la station météorologique de la Tour Eiffel est donc des plus intéressantes; c'est la première qui nous donne réellement des observations faites dans Tair libre, en dehors de Tinfluence du sol, et il est probable qu'elle réserve encore aux météorologistes plus d'une surprise et plus d'un enseignement. »
§ 3. — Observations de 1890 à 1894.
« Les observations météorologiques comparatives, commencées au Bureau central et sur la Tour Eiffel, dès l'achèvement de la Tour, au milieu de Tannée 1889, ne sont devenues réellement complètes qu'à la fin de la même année; elles comprennent donc actuellement cinq années
entières, période assez longue déjà pour que Ton puisse en déduire quelques résultats généraux.
« Les résumés des observations ont été publiés, chaque année, dans le tome I (partie B) des Annales du Bureau central météorologique ; on a donné aussi régulièrement, dans le tome II des mômes Annales^ le détail quotidien des huit observations trihoraires au sommet de la Tour. »
