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Phénomènes physiques des hautes régions de l’atmosphère

Alfred Cornu, la Revue Scientifique — 15 février 1896

Mis en ligne par Denis Blaizot le dimanche 12 juin 2011

La cause première et décisive de presque tous les phénomènes physiques ayant pour siège l’atmosphère terrestre est la chaleur solaire. L’atmosphère peut donc être considérée comme une immense machine thermique dont le foyer est le soleil ; la chaudière est figurée par le sol ou les nuages échauffés par ses rayons, et le condenseur par le rayonnement vers l’espace interplanétaire.

Les moyens dont disposent les physiciens et les météorologistes pour étudier les diverses régions de l’atmosphère sont très limités : ils sont obligés de se contenter le plus souvent d’observations très indirectes et de procéder par induction. En effet, les phénomènes les plus intéressants se passent dans les hautes régions, c’est-à-dire à des hauteurs presque inaccessibles. Le but de cette lecture est de vous montrer par quelques expériences que les physiciens météorologistes commencent à s’approcher beaucoup de l’explication véritable des phénomènes naturels. Vous verrez, en effet, que, dans certains cas on arrive non seulement à obtenir une image exacte de ces phénomènes, mais souvent à en produire une véritable synthèse par l’emploi de procédés tout à fait analogues à ceux qui fonctionnent réellement dans la nature.

Je commencerai par énumérer les moyens en usage parmi les météorologistes pour étudier les différentes régions de l’atmosphère.

La méthode la plus directe repose sur l’emploi de l’aérostat : l’aérostat ou ballon permet effectivement de porter les instruments de mesure au sein même des couches atmosphériques qu’on veut étudier. Malheureusement le moyen est difficile, coûteux, et même dangereux ; il n’est donc employé que d’une manière exceptionnelle. Les ascensions aérostatiques les plus fructueuses ont été celles de Gay-Lussac (1804), de Glaisher (1862) et, récemment, de M. Berson, de Stassfurt (1894), qui s’est élevé à plus de 9 000 mètres.

Les faits les plus importants observés en ballon étaient fort inattendus. En voici le résumé :

  1. Il existe très fréquemment des nuages formés de cristaux de glace : ils constituent les cirrus qui flottent à des hauteurs très grandes
  2. La direction des vents change à diverses hauteurs
  3. La température ne diminue pas toujours régulièrement avec l’altitude : on rencontre souvent des couches froides et des couches chaudes alternativement.

La seconde méthode directe pour étudier l’atmosphère est la création des observatoires de montagne, autant que possible sur des pics isolés. Dans ces observatoires, on vérifie journellement la réalité de ces inversions si imprévues des vents et de la température à diverses altitudes.

Quant aux nuages de glace, ils sont trop élevés pour être atteints directement par les observatoires de montagne.

Il sera probablement intéressant pour. vous de connaître les principaux observatoires de montagne créés en France.

Projection des photographies des observatoires suivants
Lieu Altitude(mètres) Région
Pic du Midi 2 800 Pyrénées
Mont Ventoux 1 900 Provence
Puy de Dôme 1 900 Auvergne
Tour Eiffel 330 Paris

Ce dernier observatoire, grâce à la légèreté de sa construction tout à jour, peut être considéré presque comme un ballon captif, permanent et fixe, à 300 mètres au-dessus du sol.

Halos. — Nous avons dit que les observatoires de montagne n’atteignent pas la région des nuages glacés (6 000 à 10 000 mètres d’altitude) : on serait donc condamné à ne jamais les observer qu’en ballon. Heureusement ces cristaux de glace se révèlent par un phénomène optique qu’on aperçoit même du niveau du sol, le Halo. C’est un cercle brillant de 22° environ de rayon, qui entoure le soleil ou la lune ; il présente une teinte rougeâtre à l’intérieur et légèrement bleuâtre à l’extérieur. On l’explique, ainsi que beaucoup d’apparences du même genre, par la réfraction de la lumière de l’astre à travers les aiguilles glacées : en effet, les cristaux de glace sont des prismes hexagonaux dont les faces sont de deux en deux inclinées de 60°. Ces cristaux, disséminés dans l’air et orientés dans toutes les directions, réfractent la lumière, mais les rayons réfractés ne peuvent dépasser l’oblique de 22° que leur impose le minimum de déviation découvert par sir Isaac Newton : la limite des rayons réfractés est donc un cône de 22° autour de la ligne qui va de l’œil à l’astre.

Expériences imitant le halo [1]. — On fait naitre des cristaux dans un milieu transparent constitué par un mélange de liquides appropriés ; on reproduit ainsi exactement le mélange des couches chaudes et humides de l’atmosphère avec les couches froides qui font naître les cristaux glace.

A cet effet on place dans une cuve de verre une solution aqueuse saturée d’alun de potasse, et à travers cette cuve on fait passer un faisceau lumineux projetant d’une ouverture circulaire figurant le soleil sur ciel obscur. Puis on ajoute un quart du volume total d’alcool rectifié ; l’alun, insoluble dans l’eau alcoolisée, se précipite en cristaux très petits qui flottent au sein du liquide. L’image du soleil se trouble d’abord comme dans un brouillard, mais bientôt un cercle brillant et légèrement irisé se dessine et figure très exactement l’apparence du halo : l’expérience est brillante et instructive.

Ce phénomène est bien connu des gens de la campagne : c’est un signe certain de pluie lorsqu’il apparaît pendant une journée chaude, même lorsqu’aucun autre indice ne fait prévoir de perturbation météorologique.

Alternance et inversion des températures. — Dans les observatoires voisins situés à des altitudes très différentes, comme celui du Puy de Dôme et celui de Clermont, on constate très souvent l’existence de courants chauds dans les régions supérieures. C’est à des inversions successives de même nature que M. Amsler, de Schaffouse, attribue ce beau phénomène connu en Suisse sous le nom d’Alpenglühen et lui consiste dans une nouvelle illumination des sommets neigeux des Alpes, plusieurs minutes après que le coucher du soleil les a rendus obscurs.

Projection d’une photographie des sommets de l’Oberland bernois, la Jungfrau, le Mönch, l’Eiger ; la vue étant arise de Saint-Beatenberg, près du lac de Thoune. Imitation pittoresque du phénomène par un verre coloré et les diaphragmes convenables.

L’explication de M. Amsler est fondée sur le changement du sens de la courbure de la trajectoire des rayons lumineux, suivant que l’air du fond des vallées est plus chaud ou plus froid que celui des régions élevées.

Avant le coucher du soleil, le sol, échauffé par la chaleur solaire, imprime à la trajectoire une courbure analogue à celle du mirage SAMB (fig. 25), c’est-à-dire convexe vers la terre ; le soleil en s’abaissant en S’ fait que l’ombre du sommet A se projette sur le sommet B oui devrait désormais rester dans l’ombre, puisque le soleil continue à s’abaisser, et que le dernier rayon est S’ AM’ B’. Mais si dans l’intervalle l’air de la vallée se refroidit suffisamment, la trajectoire prend une courbure inverse S’’ AM" B’’ et le sommet B se trouve de nouveau illuminé.

Réalisation expérimentale de l’inversion des courbures des trajectoires lumineuses. — Avec un peu de précaution, on arrive il superposer dans une cuve transparente de 20 centimètres d’épaisseur trois couches de liquide dont la composition est indiquée ci-contre (fig. 26). Un miroir mobile LL amène un faisceau de lumière par l’ouverture S d’un diaphragme. Ce faisceau envoyé sous diverses Inclinaisons se réfléchit soit sur la couche inférieure de chlorure de zinc (dense, mais moins réfringente), soit sur la couche de glycérine diluée (plus légère et aussi moins réfringente que la couche intermédiaire).

Un peu de fluorescéine illumine la trajectoire des faisceaux et rend bien visible leurs courbures ; on arrive ainsi à représenter l’Alpenglühen avec quelques dispositifs accessoires.

Scintillation des étoiles. — Ce phénomène est aussi une preuve des alternances de température et de mouvement des couches d’air dans les hautes régions. L’analyse spectrale montre que la scintillation est produite par une disparition suivant une marche quasi régulière (en accord avec la variation de distance zénithale de l’étoile) des couleurs successives du spectre.

Imitation du phénomène. — On l’obtient par une expérience très brillante eu projetant avec une lentille L (fig. 27) l’image d’une ouverture lumineuse O sur une petite boule argentée B de 3 à 4 centimètres de diamètre, posée sur un velours noir. On a ainsi l’aspect d’une étoile fixe, d’un éclat remarquable.

Mais l’ouverture lumineuse O est percée dans un carton sur lequel se projette l’image, spectrale d’une fente F dispersée par un prisme à vision directe P. À vrai dire, le carton CO n’est pas au foyer du spectre, lequel foyer se forme plus loin dans le plan de la lentille L. Il en résulte que l’image irisée de la fente sur le carton offre en son milieu une région blanche : c’est là qu’on place l’ouverture O. Aussi la lumière projetée sue la boule B est-elle parfaitement incolore. Mais le faisceau, au sortir de l’ouverture, s’épanouit en spectre sur la lentille de projection L qui la recompose en H, comme dans une célèbre expérience newtonienne.

Alors, en déplaçant un grillage à larges mailles devant la lentille L, on enlève certaines radiations et l’étoile B paraît colorée.

Une demi-lentille divergente D, de même foyer que L, annule son effet, et le spectre de l’étoile avec les bandes artificielles crées par le grillage apparaissent sur un écran blanc à côté de la Boule. C’est l’Imitation de l’analyse spectrale de la scintillation lies étoiles.

On voit par ces quelques exemples que l’étude des phénomènes optiques de l’atmosphère, aidée par l’analyse et la synthèse physiques, peut et doit apprendre beaucoup sur les phénomènes calorifiques des régions inaccessibles [2].

Phénomènes dynamiques de l’atmosphère. — Les phénomènes étudiés jusqu’ici sont dus a des états d’équilibre presque complets dans les couches atmosphériques : on pourrait les appeler statiques. Mais l’action calorifique du soleil, combinée à l’action refroidissante du rayonnement dans l’espace, peut produire dès phénomènes de mouvement-présentant tous les degrés d’intensité, depuis les plus faibles jusqu’aux plus violents : nous les appellerons phénomènes dynamiques.

Ils se manifestent sous des formes très diverses :

  1. Sous forme d’énergie mécanique : vents, tourbillons, cyclones, trombes, etc.
  2. Sous forme d’énergie calorifique qui se traduit par la formation des nuages, de la pluie, de la grêle, correspondant à des changements d’état de l’eau, l’élément continuellement variable de l’atmosphère
  3. Sous forme d’énergie électrique : éclairs, tonnerre etc.

En fait, c’est la transformation de l’énergie solaire en énergie mécanique qui est le phénomène fondamental : il entraîne tons les autres. C’est la seule transformation que, pour abréger, je considérerai ici.

Le phénomène mécanique le plus simple qui se produit dans l’atmosphère est le vent. Le vent a pour origine une différence de pression entre deux points plus on moins éloignés : on sait depuis Pascal que la pression de l’air est mesurée par le baromètre. On pourrait donc penser, d’après cette propriété, que la direction du vent est toujours déterminée par les indications de cet instrument ; c’est-à-dire que le vent doit aller du point où la pression barométrique est la plus forte au point où la pression barométrique est la plus faible.

Eh bien, il n’en est presque jamais ainsi : la direction réelle du vent est toujours oblique sur cette direction théorique. Ce fait est connu seulement depuis très peu d’années ; ce sont les cartes météorologiques générales — imaginées il y a trente ans par Le Verrier — si répandues aujourd’hui, qui ont mis ce fait hors de doute.

La direction du vent semble tourner autour du point de la carte où se trouve la pression minimum en sens inverse des aiguilles d’une montre ; ou bien dans le sens direct autour du point de pression maximum. Tel est le sens du phénomène dans l’hémisphère boréal : c’est l’inverse dans l’hémisphère austral. En un mot, le mouvement le plus ordinaire de l’atmosphère est un mouvement giratoire, ce qu’on nomme un tourbillon.

Il y a longtemps que le mouvement tourbillonnaire de l’air a été aperçu : nous le voyons se produire bien souvent autour de nous ; la poussière, les feuilles mortes sont soulevées par le vent en tourbillons semblables aux remous de l’eau dans les rivières. Les marins connaissent les cyclones, les trombes, dont ils redoutent les dangereux effets. Sur le continent américain, on observe aussi des ouragans terribles nommés tornados. Ces mouvements giratoires paraissaient ne convenir qu’à ces grandes perturbations orageuses ; mais à mesure que l’on poursuit dans le détail l’étude de l’atmosphère, on reconnaît que ce genre d’ébranlement se rencontre dans toutes les manifestations de l’air déplacé. On en conclut que le mouvement tourbillonnaire est l’état en quelque sorte normal de l’air agité ; on ne peut guère exercer d’efforts sur une masse gazeuse sans y développer des rotations plus ou moins rapides qui tendent à conserver en régime permanent.

Preuves expérimentales. — Toutes les fois qu’on produit un jet de gaz rapide, il se forme un ou plusieurs tourbillons à côté du jet. Le tourbillon prend la forme d’un anneau si la colonne projetée est bien cylindrique ; témoins les couronnes de fumée qu’on observe après l’explosion des canons des fusils, etc.

Répétition de l’expérience bien connue des belles couronnes de fumées produites en frappant le fond en toile d’une caisse remplie de vapeurs de chlorhydrate d’ammoniaque et offrant une ouverture circulaire à la paroi opposée : on les rend visibles en les lançant dans l’alignement d’un faisceau de lumière électrique.

Origines des mouvements giratoires de l’atmosphère. — Presque toutes les causes générales qui agissent sur le mouvement de l’atmosphère sont des influences giratoires : une fois le mouvement amorcé, il continue de lui-même et va parfois en s’exagérant. En premier lieu, on doit citer le mouvement de rotation de la terre qui apporte toujours une petite composante de rotation pour un déplacement d’une masse gazeuse en latitude ou en altitude. En second lieu et comme cause décisive, la chaleur solaire, qui échauffe l’air près du sol ou près des nuages ; comme la force ascensionnelle du gaz échauffé ne peut pas être uniforme sur toute la surface exposée au rayonnement du soleil (tant à cause de la nature du sol que de son relief), il y a rupture d’équilibre en certains points, et des colonnes gazeuses tendent à s’élever. On se trouve ainsi dans le cas des Jets cités plus haut et par conséquent dans les circonstances favorables à des girations autour d’axes horizontaux, Une fois la giration établie, les causes qui l’ont déterminée l’entretiennent, et l’augmentent.

L’existence de tourbillons à axe horizontal, dans les orages à grêles (en particulier dans celui du 20 mai 1893, à Pittsburg), a été observée par un météorologiste américain, M. Frank. W. Very, et lui a fourni une très ingénieuse explication de la formation de la grêle. En effet, un tel tourbillon, s’il a des dimensions suffisantes, transporte l’air chaud et humide de la surface du sol, dans les régions élevées et froides. La vapeur se condense, se congèle, et les cristaux de glace sont entraînés dans le mouvement giratoire : ils montent et descendent alternativement en suivant les spirales du tourbillon et s’accroissent à chaque passage dans les régions inférieures chargées d’humidité. Cette explication rend compte de toutes, les particularités qu’on observe dans la chute des grêlons ; structure zonée ; température très basse ; bruit spécial avant la chute : manifestations électriques qui les accompagnent, car le tourbillon de grêle est une véritable machine électrique à influence.

Reproduction artificielle des phénomènes giratoires naturels. — Les phénomènes produits par la rotation rapide de l’air sont tout à fait imprévus par la singularité des forces mises en jeu. Les lois ordinaires de la mécanique, auxquelles, l’expérience journalière nous a accoutumés, paraissent entièrement différentes de celles auxquelles semblent obéir les mouvements tourbillonnaires ; et cela ne doit point nous étonner. Nous avons réduit la mécanique à ses éléments les plus simples : le point matériel, la force constante, le mouvement rectiligne ; grâce à ces simplifications, nous avons bien saisi le mouvement de projectiles sphériques, celui d’un pendule, la rotation d’un volant, etc. Mais dès que le corps solide devient complexe comme forme, lorsque le mouvement qu’il peut prendre comporte à la fois une translation et une rotation, notre imagination se le représente mal ; si, à cette complication de forme se joint la résistance du milieu ambiant, alors nous n’avons plus aucune idée de l’effet résultant probable ; témoin le boomerang. Quant aux mouvements des fluides, ils sont pour nous si difficiles à prévoir que nous sommes toujours surpris. lorsque nous manœuvrons un vase plein d’eau ; dès que la masse de liquide est un peu considérable les mouvements tumultueux que nous y faisons naître sans le vouloir nous amènent toujours à faire quelque maladresse.

On conçoit alors dans quelle impossibilité nous nous trouvons pour prévoir les mouvements de l’atmosphère dont la masse est immense, car chaque mètre cube pèse 1300 grammes ; si l’énergie dépensée pour mettre en mouvement de pareilles masses est considérable, inversement la stabilité du régime est énorme, puisqu’il faut attendre la. dissipation de’ cette énergie par les résistances passives, presque toujours réduites aux frottements sur la surface terrestre.

Nous ne chercherons donc pas à analyser les forces mises en jeu dans les mouvements giratoires de l’air ; je me bornerai à répéter devant vous quelques-unes des belles expériences de M. Ch. Weyher, lequel a bien voulu venir lui:même me prêter son concours et disposer les appareils placés en ce moment sous vos yeux.

Voici une sphère composée de dix palettes circulaires, mise en rotation rapide autour de l’axe AB (fig 28) : l’air entraîné dans la rotation produit un mouvement tourbillonnaire général, symétrique par rapport au plan de I’équateur. De tous les côtés l’air est aspiré par la sphère tournante, ainsi qu’on en peut juger par les fumées ou les fragments de papier qu’on en approche. Cet air est expulsé sur la circonférence équatoriale et seulement dans le plan presque mathématique de cette circonférence ; voyez, en effet, ces couronnes de papier qui se maintiennent concentriquement à l’équateur suivant une disposition qui rappelle l’anneau de Saturne : la tension du papier et son frémissement montrent bien que c’est la répulsion par le souffle équatorial qui les maintient.

On pourrait croire dès lors que cette sphère tournante ne peut produire que des répulsions équatoriales ; mais la complexité des filets tourbillonnaires déjoue les prévisions les plus évidentes. Approchons un léger ballon à une petite distance de la sphère, il est vivement attiré et se met à tourner avec rapidité autour de la sphère motrice dans le plan équatorial ; un second, un troisième lancés de la même manière le suivent avec des vitesses diverses et représentent des satellites ; la figuration planétaire est donc complète.

Ce paradoxe d’une répulsion, transformée en attraction par le changement de forme du corps présenté, se résout aisément en considérant la résultante des actions aspirantes et répulsives sur la surface du mobile. Sur la plus grande étendue angulaire autour de la sphère tournante, c’est l’attraction tourbillonnaire qui domine. On le prouve aisément en plaçant au-dessous de cette sphère un bassin plein d’eau chaude ; si l’air de la salle est bien calme, on voit peu à peu la vapeur s’agréger en un filet tourbillonnant depuis la surface de l’eau jusqu’à la sphère tournante. C’est l’image d’une trombe marine. L’importance de ce phénomène a conduit M. Weyher à le reproduire sous une forme plus frappante et en mettant en jeu une quantité d’énergie mécanique beaucoup plus considérable, rappelant mieux celle qui constitue ce phénomène naturel.

L’excitation du mouvement giratoire (qui, dans la nature, a sa source aux régions supérieures de l’atmosphère) est produite par un moulinet placé à 3 mètres au-dessus d’un réservoir d’eau de 4 mètres de diamètre (fig. 29). Lorsqu’on met en rotation le moulinet (400 à 500 tours par minute), le tourbillon aérien gagne peu à peu la surface de l’eau qu’on voit s’agiter en formant des spirales centripètes et en produisant un cône liquide de plusieurs centimètres de hauteur ; au-dessus de ce cône s’épanouit une gerbe de gouttelettes qui retombent en tourbillonnant. Cette attraction à distance est encore plus frappante lorsqu’on chauffe légèrement l’eau ; la vapeur forme alors un tube creux dont on distingue la partie vide par sa teinte sombre et sa régularité géométrique ; il s’élance de la surface de l’eau vers le moulinet en soulevant les objets légers, comme des brins de paille flottant sur le liquide.

Telle est l’expérience faite en plein air dans la grande usine de la Société Weyher et Richmond en 1887. Avec l’appareil réduit placé sous vos yeux (fig.30), nous pouvons la répéter dans des conditions aussi concluantes. Le moulinet à palettes est placé au haut de cette caisse de 2 mètres de hauteur fermée d’un côté par une glace ; l’eau, légèrement chauffée et contenant un peu de savon, est placée dans un bassin au fond de la caisse ; Je mets le moulinet en marche, vous voyez aussitôt l’agitation de l’eau se produire, les bulles de savon, se précipiter autour du pied d’une colonne de vapeur ; bientôt la colonne prend la forme décrite ci-dessus et présente exactement l’aspect des trombes naturelles ; au bas, le buisson, c’est-à-dire cette gerbe de bulles et de gouttelettes ; en haut, la forme évasée du tube creux de vapeur. Un léger ballon placé à la surface de l’eau est d’abord amené au centre et rendu captif à son pied ; en accélérant la rotation (ce qui augmente la puissance du tourbillon), le ballon est enlevé par la trombe dont il suit le fuseau quelquefois sur toute sa hauteur.

Le mouvement hélicoïdal de ce ballon léger, de même que l’aspect du fuseau nébuleux, montrent bien la constitution de la trombe ; on reconnaît des enroulements superposés de veines hélicoïdales, allant les unes en montant, les autres en descendant : c’est un va-et-ment perpétuel entre le moulinet supérieur et la surface de l’eau. Comme toutes les veines tournent dans un même sens, si celles qui montent décrivent des hélices à droite, celles qui descendent décrivent des hélices à gauche (fig. 31). C’est faute d’avoir reconnu ce double mouvement d’ascension et de descente que s’éternise le malentendu entre les partisans des trombes ascendantes et ceux qui soutiennent qu’elles sont seulement descendantes.

Le mouvement ascensionnel des ballons légers entraînés par la trombe montre bien les vitesses ascendantes ; il est plus difficile de mettre en évidence la région descendante invoquée dans certaines théories comme existant exclusivement, parce qu’elle occupe dans l’expérience réduite un espace très petit ; elle est confinée dans l’intérieur même de la gaine nébuleuse, qui par sa couleur sombre en dessine le vide central : je vais pourtant vous la montrer à l’aide d’’un artifice très simple. Portons au haut de la trombe un corps émettant de la fumée ; nous voyons aussitôt cette fumée aspirée, gagner l’intérieur de la gaine, s’enrouler en un cône effilé et descendre Vers la surface de l’eau. C’est exactement ce qu’on voit dans la nature lorsque, dans une trombe marine, les nuages descendent sous forme d’un fuseau qui vient se greffer au centre du buisson formé par l’eau à la surface de la mer bouillonnante. Il est d’ailleurs possible de réaliser cette trombe marine dans les conditions identiques à celles qui se rencontrent dans la nature, et l’expérience en a été faite ; Il suffit de disposer dans un coin de la salle d’une petite chaudière dont on amène la vapeur par un tuyau dans le haut de l’appareil de la figure 30. Le tourbillon aérien saisi alors ce nuage artificiel ainsi créé dans le haut et en étire la vapeur en une gaine creuse dont la pointe effilée descend se greffer au centre du buisson à la surface de l’eau. Bien entendu, dans cette seconde expérience, cette eau n’a pas été chauffée au préalable. Ce fuseau, c’est la partie pour ainsi dire inoffensive de la trombe ; la partie terrible est invisible, elle est formée par la gaine d’air qui tourbillonne autour de ce fuseau. Dans l’expérience mise sous vos yeux c’est l’inverse ; la gaine tourbillonnaire est bien visible grâce à la vapeur qu’on lui fournit, le fuseau intérieur reste sombre ; c’est par l’introduction de la fumée qu’on en vérifie l’existence et la forme [3].

Il resterait à vous montrer qu’on peut, avec un dispositif analogue, reproduire un cyclone avec toutes ses particularités : variations de pression au passage du météore, minimum barométrique, calme central, brusque saute de vent, œil de la tempête, etc., c’est ce que réalise aussi M. Weyher. Mais le temps nous manque.

Nous allons compléter en décrivant avec quelques détails cette expérience qui reproduit si fidèlement l’ensemble des phénomènes cycloniques, En, réalité un cyclone n’est autre chose qu’un immense tourbillon aérien ; il ne diffère de la trombe marine que par les proportions et principalement par le rapport entre la hauteur et le diamètre ; dans une trombe marine, le diamètre est très petit par rapport à la hauteur, tandis que dans le cyclone, c’est le contraire qui a lieu. Mais, dans les deux cas, le mouvement général est le même : les veines aériennes descendent tout autour pour remonter ensuite sur des spires intérieures et sur un diamètre plus ou moins grand, mais en laissant, comme dans la trombe, une région centrale libre et dans laquelle ou peut également retrouver le mouvement descendant.

« Voici donc un tourniquet plat (fig. 32) d’environ 1 mètre de diamètre monté à l’extrémité d’une potence d’environ 2 mètres de rayon : grâce à cette disposition, il est possible de faire voyager horizontalement le tourniquet au-dessus d’une grande table dans laquelle sont fichées un très grand nombre d’épingles munies toutes à leur tête d’un brin de laine de quelques centimètres de longueur, et formant ainsi autant de pavillons qui vont nous indiques les directions du vent en chaque point traversé par le cyclone. Le centre de la table est percé d’un trou communiquant par le dessous avec un baromètre sensible qui va, lui, nous indiquer les variations de pression atmosphérique au passage du météore.

« Nous mettons en rotation le tourniquet après l’avoir amené au-dessus de l’une des extrémités de la table ; vous voyez aussitôt tous les pavillons situés au-dessous indiquer les directions du vent. Ceux qui occupent le centre du tourbillon restent flasques et couchés inertes sur la table, leurs extrémités dirigées l’une vers l’autre. Ils indiquent à merveille le calme central.

« Les pavillons entourant ce calme central forment une circonférence ; ils accusent un vent violent les raidissant tous dans une direction légèrement centripète et ascendante. Dans la rangée suivante, les bouts de laine se disposent encore suivant une circonférence, mais indiquent à peine la direction centripète et pas du tout celle ascendante, puis, à mesure que nous jetons les yeux sur des pavillons plus éloignés du centre, nous les voyons s’infléchir vers la table et indiquer le vent descendant ; au contour extérieur, les laines prennent des directions centrifuges ; c’est de l’air qui s’échappe de tous côtés sur les confins du cyclone.

« Faisons à présent voyager celui-ci horizontalement en obligeant la potence à tourner sur son pivot ; vous voyez alors le calme central se dessiner à chaque instant à une place nouvelle, ainsi qu’il est facile d’en juger par l’aspect des pavillons occupant le centre et qui s’abattent subitement en se couchant inertes sur la table. Par contre les pavillons immédiatement circonvoisins se relèvent vivement ressaisis par la tempête, et ceux qui, tout à l’heure, étaient orientés dans un sens, se retournent d’un coup en sens inverse et permettent d’ observer avec toute sa netteté la brusque saute de vent qui se fait au sortir du calme central.

« En faisant voyager le cyclone avec une vitesse suffisante, les pavillons permettent aussi de se rendre compte du côté dangereux et du côté maniable d’un cyclone, suivant qu’on regarde le demi-cercle dans lequel le vent tourbillonne dans la même direction que le sens de translation ou la direction opposée. Les variations de pression sont indiquées par le passage du cyclone au-dessus du trou percé dans la table et communiquant avec le baromètre ; vous voyez l’aiguille baisser peu à peu et indiquer le minimum précisément au moment où le centre du cyclone au-dessus du trou, puis remonter lentement.

« Un thermomètre suffisamment sensible placé au centre du cyclone permet d’y constater une élévation température.

« Dans les grands cyclones, lorsque, sur un navire, pénètre dans le calme central, non seulement on y trouve une accalmie générale, mais encore on peut y voir briller le soleil ou les étoiles au travers d’une grande déchirure des nuages qui s’est faite au zénith : c’est l’œil de la tempête.

« Pour s’expliquer ce fait, il suffit de remarquer qu’un cyclone n’est en définitive qu’une trombe marine d’un énorme diamètre et dans l’immense gaine de laquelle souffle la tempête d’un mouvement descendant, en entraînant au niveau de la mer l’ouragan et les nuages des régions supérieures ; mais, comme dans la trombe, le noyau central l’este libre et laisse apercevoir un ciel découvert.

« La réalisation de cet œil de la tempête réussit également avec de la vapeur ou des fumées en prenant les précautions nécessaires à l’expérience.

« Enfin, puisque le centre d’Un cyclone est libre de vapeur d’eau (du moins à l’état visible), tandis que dans la gaine enveloppante règnent la tempête et la nuit, n’est-il pas évident qu’un hygromètre placé dans cette gaine nuageuse indiquera un degré d’humidité supérieur à celui du noyau central ?

« En résumé, on peut voir que, si petite que soit l’échelle des expériences en comparaison de ce qui se passe dans la nature, néanmoins ces expériences reproduisent avec fidélité et avec toutes ses particularités le grand météore naturel [4]. »

Les expériences que vous venez de voir suffiront, je l’espère, à vous montrer combien ces synthèses expérimentales sont complètes et comment elles reproduisent dans les moindres détails les phénomènes naturels.

Je conclurai en vous faisant simplement remarquer combien la météorologie gagne en ampleur et en certitude à devenir une science expérimentale,

A. Cornu de l’Institut.


[1Voir Comptes rendus de l’Académie des sciences, t. VIII, p. 429, Sur la reproduction artificielle des halos et des cercles parhéliques, par A. Cornu.

[2Voir la conférence faite par M. A. Cornu à l’Association française, le 23 février 1889, sur les Phénomènes optiques de l’atmosphère (Revue Scientifique, 1e série, 1889, p. 290).

[3Dans l’analyse du phénomène naturel de la trombe, il y a lieu de remarquer, sous peine de croire à quelque contradiction, que ces divers tourbillons, les uns terribles, les autres inoffensifs, se présentent dans un espace très petit, et qu’il est difficile de les distinguer comme dans l’expérience ci-dessus. Mais lorsque le mouvement tourbillonnaire, au lieu d’être limité à un cône étroit, s’étend sur une vaste région et forme un cyclone, ces diverses régions se séparent nettement : le cœur du phénomène offre alors ce caractère inoffensif signalé plus haut ; c’est le calme central ou l’œil de la tempête. On reviendra plus loin sur ce point important.

[4Toute la partie mise entre guillemets a été ajoutée au compte rendu de la conférence à l’Institution royale. A. C.

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