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La circulation océanique générale
CHAIX, Emile
CHAIX, Emile. La circulation océanique générale. Le Globe, 1890, vol. 29, p. 1-26
DOI : 10.3406/globe.1890.1746
Available at:
http://archive-ouverte.unige.ch/unige:155876
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CIRCULATION OCÉANIQUE GÉNÉRALE
PAR
M. Ém.ile .CHA.IX
I
CONNAISSANCE DES c'OURANTS.
Les anciens, ne connaissant guère l'océan, ne sa- vaient probablement pas grand'chose sur la question générale qui nous occupe.
Les Arabes avaient remarqué les, courants qui en- tourent Madagascar. Ils n'allaient pas au S. de cette île, ni au S. de Zanzibar, parce qu'il y avait là des courants « qui empêchaient le retour. "
LE GLOBE, T. XXIX, 1890. 1
.•
2 LA CIRCULATION OCÉANIQUE.
Vers le milieu du XVme siècle, les Portugais obser- vèrent le courant de Guinée.
Christophe Colomb, en 1492, remarqua dans PAt- lantique un courant qui l'entraînait « avec les cieux. »
Cinq ans plus tard J eau Cabot et ses trois fils furent précipitamment chassés de la côte .du Labrador par les glaces que le courant polaire leur apportait.
En 1498, Vasco de Gama, pour franchir le canal de Mozambique, dut longer la côte occidentale de Madagascar et non celle du continent, parce qu'il ne pouvait remonter ce · même courant que les Arabes redoutaient.
Celui de Floride (Gulfstream,) fut observé pour la première fois par Antonio de Alaminos en 1512 lors- qu'il pilotait Jean Ponce de Léon à la recherche de la fontaine de jouvence. Ce fut aussi Alaminos qui eut le premier l'idée d'utiliser ce courant pour aller plus vite; il s'y confia en 1521 lorsqu'il ramena en Espagne le seul navire que Fernand Cortez eüt con- servé.
Au XVII·;,c :siède 011 co11:si;a.1,a. a.utuur ùe Ceylan les courants qui changent de direction avec les mous- sons.
Mais jusqu'au grand voyage de Cook en 1768 on se représentait toujours les courants d'une manière plus ou moins fantastique. Les. découvertes du navi- . gateur anglais inaugurèrent une- ère nouvelle en ceci
comme en bien des choses. Depuis lors on constata chaque jour de nouveaux courants et l'on précisa leur place.
Quant aux cartes de la circulation océanique, la
CONNAISSANCE DES COURAN'l'S. 3
première en date qui nous soit connue est celle qu'Athanasius Kircher donne clans son " Mundus subterraneus » publié en 1678 1• Elle est très inté- ressante et assez fantastique. Les océans y sont se- més d' « abimes, » où, selon Kircher, l'eau de la nier s'engouffre 2•
Notre siècle a déjà fourni une foule de cartes d'un grand mérite. Il faut signaler celles des éditions suc- cessives de l'Atlas physique de Berghaus ", celles pu- bliées par les Amirautés anglaise et allemandei puis celle qui a été dressée par lVI. Krümmel pour M. N eu- mayer (Anleitung zn wiss. Beob.J eu 1886 et qui est reproduite clans !'Océanographie de Boguslawski et Kriimmel.
Enfin, les expéditions marines scientifiques per- mettent, grâce aux observations thermométriques profondes, de se rendre compte de la circulation océanique depuis la surface jusqu'au fond. Il existe clans une foule d'ouvrages des coupes verticales de diverses parties des océans; puis Mohn a essayé de dresser des cartes des courants pour diverses pro- fondeurs '.
1 Bibliothèque publique, p. 134.
' Au risque d'être blâmé par quelques lecteurs, l'auteur de cette note a cru devoir indiquer au moins quelques-unes des sour- ces où il a puisé, parce que ces indications sont toujours les bienvenues pour lui-même. Il recommande tout particulièrement à ceux qui désirent étudier sérieusement ces questions, sans avoir le temps de remuer des bibliothèques entières, deux ouvrages allemands excellents, qui lui sont toujours très utiles: Handbuch der Ozeanographie, von Boguslawski und Krümmel, - Lehrbuch der Geophysik, von S. Günther.
' Bibl. pub!.
• Petermann's, Ergéinziingsheft, n• 79, 1885.
4 LA CIRCULATION OCÉANIQUE,
Voilà en quelques mots l'historique de la manière dont on est parvenu peu à peu à une connaissance plus exacte des courants. - Mais il faut ajouter qu'il reste encore beaucoup à faire.
Ces lacunes dans la connaissance actuelle des cou- rants proviennent en grande partie de l'insuffisance des moyens de constatation.
Les moyens directs sont très défectueux.
Un navire détermine sa position de deux manières : astronomiquement, :par l'observation du soleil à. midi, et mathématiquement, par le calcul de la direction suivie et de la vitesse de marche. Si ces deux métho- des ne donnent pas un même résultat, cela provient ou de ce que le bâtiment a été insensiblement dévié de sa course par un courant, ou de simples erreurs.
Pour un navire ordinaire, la détermination astro- nomique de la position est elle-même sujette à des erreurs de
+
6 km.Quant à la détermination mathématique, elle est très sujette à erreur pour un voilier dès qu'il ne marche pas vent-arrière, parce qu'on ne peut pas calculer la dérive ni tous les changements de vitesse.
Aussi une discordance de 10 km. en 24 heures (de midi à midi) entre les deux déterminations est-elle considérée comme n'indiquant aucun courant, et un courant de 20 km. en 24 heures ou om,23 par seconde n'est appréciable que pour un bâtiment conduit avec la précision d'un vaisseau de guerre ou de science.
Dans les endroits peu profonds on a pu faire des observations exactes par un autre moyen : On des- cend jusqu'au fond une sonde un peu lourde et l'on
1 ~
CONNAISSANCE DES COURANTS. 5 attache l'extrémité du fil de sonde à une bouée à la surface; quand le fil est tendu, cela donne un point de repère fixe; on laisse alors dériver un flotteur et l'on observe dans quelle direction et avec quelle vitesse il est entraîné par le courant.
Dans les endroits profonds on profite de ce que le courant est nul ou presque nul à 300 ou 500 m.
On fait descendre jusqu'à cette profondeur une sonde armée de grandes ailes; on attache son fil à une bouée à la surface et cela donne encore un point de repère presque fixe.
Les expéditions scientifiques ont employé pour les grands fonds le même système que pour les endroits peu profonds.
Les épaves, les bouées arrachées dans tel ou tél port, le bois flotté, les graines, les débris d'algues, etc. sont autant d'indices précieux de la provenance des courants océaniques, - quelquefois même de leur vitesse générale.
On a eu l'idée d'imiter ce flottage par la « poste aux bouteilles. »
On jette à la mer des bouteilles contenant l'indica- tion du jour et de l'endroit où elles ont été lancées, avec l'adresse d'une amirauté quelconque. Si quel- qu'un en repêche une, il expédie le· papier qu'elle con- tient, en y ajoutant l'indication de la place et du jour de la trouvaille. Cela donne donc le point de départ, celui d'arrivée et le temps employé à la translation.
On dresse avec cela des cartes très instructives.
Mais il faut lancer une multitude de bouteilles pour que quelques-unes soient repêchées. Mille dangers
6 LA CIRCULATION OCÉANIQUE.
les attendent, outre leur petitesse dans l'immensité des océans. Il y en a même qui sont submergées par le poids des animaux de surface qui viennent coller leurs coquilles à ces rochers flottants, qui sont les bienvenus pour eux.
Le « Blake, » des États-Unis, s'est servi l'été der- nier (1889) de flotteurs nouveaux bien supérieurs aux bouteilles. C'est une baguette de bois, de 2m,60, armée d'ailes de métal à son extrémité inférieure et lestée de manière à obéir bien au courant et à ne res- sortir de l'eau que de om,50 afin d'éviter l'influence du vent. Chaque flotteur est pourvu de 5 tubes conte- nant ses papiers. Il peut donc être pêché et relancé
à, la mer 5 fois, ce qui peut déterminer fort bien la route suivie. Ces flotteurs sont aussi plus visibles que des bouteilles ; mais ils courent également bien des dangers.
Deux moyens indirects de constater avec une assez grande sùreté la présence et d'une manière générale la provenance d'un courant, sont fournis par le ther- momètre et l'aréomètre.
A une latitude donnée, des sauts de température sur une faible distance, soit à la surface soit clans les profondeurs, indiquent clairement la présence d'eau venue de quelque autre région, plus chaude ou plus froide.
Une différence brusque de salinité donne la même indication.
Mais l'observation simultanée des températures et des densités permet de se baser sur des différences même peu frappantes. Ainsi une augmentation ou
HISTORIQUE DES · THÉORIES. 7
une diminution de deux ou trois degrés accompagnée d'une différence de deux ou trois dixièmes pour cent de -salinité, suffisent pour indiquer la présence et la provenance générale d'un courant; même d'un écou- Jement insensible, comme celui qui amène l'eau du
pôle sud jusque sous l'équateur et au delà .
•
II
..
H ISTORIQUE DES THÉORIES.
Dès qu'on a eu connaissance des courants océani- ques, on a cherché leur explication. De là une légion de théories.
Anciennement on a surtout cherché la cause des courants clans des phénomènes cosmiques, comme l'attraction des astres et la rotation de la terre, com- binés on non avec une rupture ~l'équilibre entre les eaux froides et les eaux chaudes. Plus récemment on a étudié le frottement du vent sur la surface des mers.
Comme le développement de ces idées a un certain intérêt, voici, dans un ordre à peu près chronologi- que, le résumé des théories principales.
La première théorie sérieuse est celle de Léonard de Vinci (vers 1500). L'eau est chauffée dans la zone torride; cela cause sa dilatation et son allègement.
De là, courant profond venant des pôles pour rempla-
• •
8 LA CffiCULATION OCÉANIQUE.
cer le poids perdu sous l'équateur, et glissement de l'eau chaude dans la direction des pôles.
Kepler (1618) considère les courants comme une eonséquence de l'attraction de la lune, qui entraîne les eaux vers l'ouest, et de la rotation de la terre, qui laisse continuellement les eaux en arrière aussi vers l'ouest 1•
Varenius (1650) hésite entre l'action de la lune et eelle du vent, toutefois il remarque celle-ci autour de Ce~ylan et ailleurs ; puis il formule l'importante loi de compensation en disant: « Si une partie de l'océan est en mouvement, l'océan tout entier sera en mouve- ment. » Il développe cette idée et l'explique bien, sans en tirer parti '.
Isaac Vossius (1663) met en avant une modifica- tion de la théorie de Kepler : le soleil, et non la lune, surélève l'eau sous l'équateur et l'entraîne vers l'ouest.
Il tire bon parti de la loi de compensation, mais n'éclaircit pas l'action du vent '.
Le Père Riccioli (1672) pense que le soleil, en éle- vant les vapeurs et les entraînant vers l'ouest, attire aussi les eaux pour cumùler le viùe. Toiü e11 111e11tiuu-
1 ... Etsi vero causa hujus motus manifesta est, eadem nimi-
rum qure et fluxus refluxusquc rcciproci, Luna trahcns undas, quoties supra horizontem est, versus occidentem ; .... ipsre tamen circumstantire ... videntur adjungere Lunre etiam inertiam natu- ralem aquarum ad motum, restitantium in occidente, cum _Terra se subducat in orientem ... - Kepleri opera omnia, vol. VI,
p.
180.(Bibl. publ.)
2 Varenius. Géogrnphie générale, édition française de 17 55.
Tome II, chap. XIV, propositions II, VIII, IX, pages 92, 100 et 101. (Bibl. publ.)
3 S. Günther. Geophysik IL - Boguslawski et Krümmel, Ozea- nographie II.
11.::.- ;
"
HISTORIQUE DES THÉORIES, 9
nant la voùte solide du ciel, il ne croit pas à son action. En revanche, il admet que le vent est la cause principale là où il souffle continuellement. Quant aux courants N.-S.-N., ils proviennent de la pente causée par l'abondance des pluies des zones froides et de l'évaporation dans la zone torride 1•
Athanasiits Kircher (1678). fait engouffrer l'eau par le pôle nord, pour être digérée par la terre; et ressortir au pôle sud, afin de recommencer la circula- tion superficielle '.
Kant (1760) rapporte le Gulfstream surtout à l'ac- tion des vents alizés. Mais il ne va guère plus loin dans ce sens et admet que l'eau reste en arrière du mouvement de rotation de la terre, et même que la lune l'entraîne vers l'ouest'.
Au XVIIIme siècle la plupart des savants sont
1 Cause des mouvements « in latitudinem », page 416. - De motu in longitudinem : .... hoc ipso quod venti ab Ortu in Occasum flantes impellunt vela navium, impellunt etiam ... illorsum Oceani superficiem ... Ubi autem venti tales cessant, .... necesse est agno- scere hune motum aliunde ortum quam a ventis, videlicet a motu diurno primi mobilis, non quo aër a soliditate cœli rapiatur, sed quo Sol elevando vapores, ac secum trahendo versus Occidentem, simul etiam ad vacui exclusionem trahat aquarum superficiem ...
- J.-B. Riccioli, R. P., Geographiœ et hydrographiœ reformatœ libri duodicim. Lib. X, cap. III, p. 416. (Bibl. pub!.)
2 ••••• digeritur concoquiturque in semen Naturœ rerumque om·
nium alimentum ... (explication de ce que devient chacune des substances contenues dans l'eau de mer) ... Quod vero indigestum incoctumque superest aquarum, id per Polum antarcticum rejici- tur, repetita circulatione perfectius digerendum concoquendum- que ... .Athanasius Kircher, 11:fondus subterraneus, p. 156. (Bibl.
pub!.)
9 Kant's Werlce, vol. IX (Physische Geographie, édition du Dr Rink), pages 205, 207, 208. (Bibl. pub!.)
10 LA CIRCULATION OCÉANIQUE.
d'avis que l'évaporation de la zone torride creuse uu sillon clans les mers équatoriales et que les eaux·po- laires sont appelées pour le combler.
Franklin (177 5) explique le Gulfstream par un amas d'eau causé dans la mer des Antilles et le golfe du Mexique par les vents alizés et clemanclant un écoulement. Mais il va plus loin que Kant.
Après lui Rennell, J. Herschel, Sabine, Scoresby adoptent cette théorie du frottement aérien. Mais ils sont arrêtés par le fait que cette action ùu vent sem- ble rester absolument à la surface. - Rennell eut le premier l'idée d'utiliser les indications d'un grand nombre de livres de bord, ce qui a été un grancl progrès.
G.- vV JJiuncke (1819) commence par être d'avis que l'attraction de la lune cause une surélévation clans la région équatoriale, ce qui amène un écoule- ment vers les pôles. Plus tard il se rallie à la théorie du vent 1• Il reconnaît, pour les directions méridien- nes, les déviations causées par la rotation de la terre et en donne une explication, aujourd'hui modifiée.
A. cle Humboldt (li:l45) dit qu'il faut chercher plu- sieurs causes à la circulation océanique et non vou- loir l'expliquer par un seul phénomène'.
Fincllay ( 18 51) attaque la théorie de frottement aérien. Selon lui et Arago, l'action ·c1es alizés ne peut pas se faire sentir à plus de 10 mètres de profondeur.
111.-F. Maury (1855) pense que les eaux chaudes
1 Mnnclce's Anfangsgriinde der Natu.rlehre II, § 242. (Bibl.
publ.) et autres ouvrages.
2 Kosmas, vol. I, p. 223; édition 1889.
HISTORIQUE DES THÉORIES. 11
et légères quittent l'équateur où la vitesse de rotation est grande, tandis que les eaux froides et lourdes des pôles y sont justement attirées par cet excès de force centrifuge 1 •
Depuis ce moment, il y a lutte très serrée entre les partisans de la théorie thermiqite et ceux de la théo- rie aérienne. Chacun commence en général par être très entier dans son opinion, puis finit par admettre telle ou telle partie de celle de ses antagonistes.
Il n'est pas possible d'énumérer tous les hommes, de toute nationalité, qui ont travaillé pendant ces trente ans à la recherche de8 causes de la circulation océanique. Nous n'en mentionnerons que quelques- nns, parmi ceux dont les travaux sont très impor- tants.
vV. Ferrel fait à la théorie de frottement aérien des objections sérieuses, qui contribuent grandement à la faire étudier. En outre, il remarque que les dé- viations causées par la rotation terrestre s'observent non seulement dans les mouvements N.-S.-N., mais clans tous ' .
.A.. Miihry est d'avis que 'les courants tropicaux proviennent de l'ascension de l'eau froide du fond à la surface, là où la force centrifuge est la plus grande, et de l'inertie; que les courants sub-tropicaux sont l'effet de la compensation et de la déviation causée par la rotation ; qu'enfin ceux des latitudes plus éle- vées et de direction méridienne sont d'origine ther- mique'.
' Physical geography of the sea, chap. II, § 96.
~. Boguslawski-Krümmel, Ozennographie II, p. 350.
3 Petermann's lliitth. 1874-79-83, etc.
12 LA CIRCULATION OCÉANIQUE.
W.-B. Oarpenter se base sur la différence de den- sité de l'eau chaude et de l'eau froide. Selon lui, l'eau chaude doit, par l'effet de son poids moindre, glisser par-dessus la froide dans la direction des pôles, tan- dis que l'eau polaire lourde vient la remplacer dans le fond de l'océan, sous l'équateur 1• Plus tard, il mo- difie un peu son opinion.
O. Krümmel émet d'abord une opinion voisine de celle de Mühry, puis il se rallie à la théorie aérienne.
Il remarque, ainsi que l'Anglais J. Wilcl, que les cou- rants tournent autour des centres de hautes pres- sions; et il tire bon parti des observations de tempé- rature et de densité'.
A. Woeïkof note que c'est le froid, notamment du pôle antarctique, qui est le grand agent du mouve- ment de convection des eaux de l'océan, ce qui rec- tifie la théorie de Carpenter; puis, par suite de la petitesse des différences de densité pour de grandes distances, il pense qu'il a fallu un temps immense pour établir cette circulation profonde '.
J Droll accuse les causes thermiques d'être im- puissantes à produire des cûurants sensibles\.
Ses assertions sont corroborées par les études de G. Forchhamnier' et de J Buchanan ', qui trouvent
" 1 Journal of the Royal Geogr. Soc., 1871, I, etc., etc.
" Divers articles dans les À.nnalen der Hydrographie, etc., puis Ozeanographie, vol. II.
" Izviestiya de la Soc. de géogr. de St-Pétersbourg, 1883, N° 2, p. 60-76, etc. (Soc. géogr.)
• Philosophical Magazine, 1875, etc.
" Roy. Soc. of London, Philos. transact., 1865, p, 226-242.
(Bibl. publ.)
• Journal of the R. G. S., 1877.
HISTORIQUE DES THÉORIES, 13 entre les eaux polaires et les eaux tropicales des dif- férences de densité. trop faibles pour causer de vrais courants.
L'Américain E. Witte déclare que la bande d'eau froide resserrée entre la côte orientale des États- Unis et le Gulfstream n'est pas un courant superficiel venant du . pôle, mais de l'eau aspirée du fond par la déviation du Gulfstream 1•
J. Hann remarque qu'il faut que le vent souffle pendant un temps fort long dans une même direction pour déterminer un courant dans l'eau.
Enfin, K. Zoppritz, P. Hoffmann et H. JJ!lohn ont fait faire de très grands pas à la théorie de frotte- ment aérien (ou d'adhésion).
Zoppritz a commencé par prouver l'insuffisance de 1a plupart des théories différentes, puis il a définiti-
vement établi la théorie aérienne, en réfutant les objections d'Arago et Findlay et celle de Ferrel. Il prouve que l'air n'est pas impuissant à mettre l'eau en mouvement, et que, grâce à la ".iscosité même minime de l'eau, cette action peut pénétrer à de grandes profondeurs, pourvu qu'elle dure longtemps ' . En outre Zoppritz a donné la démonstration ma- thématique des déviations caul'lées dans tous les mouvements horizontaux par la rotation de la terre '.
Hoft1nann a comparé aux courants tels qu'ils exis-
1 Zeitschrift für wissenschaftliche Geographie I, N° 2, p. 51.
2 Les travaux de Zoppritz sur ces sujets sont dispersés dans un grand nombre de publications. Voir les Annalen de1· Physilc und Ohe1nie, vol. III (2), p. 582 et plusieurs volumes suivants. (Soc. lect,)
3 Verhandlungen cles zweiten cleutschen Geographentags, zu Halle, 1882, page 47.
14 LA CIRCULATION OCÉANIQUE.
tent les donnéés de la théorie de frottement aérien et a prouvé d'une manière remarquable la concordance de cette théorie et des faits 1 •
Enfin fflohn fait la synthèse des courants de la mer de Norvège d'après la théorie aérienne, en se basant sur les lignes isobares et en tenant compte de toutes les circonstances de densité, de température, etc., et il arrive à un résultat exact ' .
III
T HÉORIES ACTUELLES.
Que reste-t-il de toutes ces théories? - Il reste un peu de tout, et surtout la conviction que, comme Humboldt le disait, la circulation océanique a beau- coup de causes diverses et non une seule.
A va.nt d'analyser les théories actuelles il faut faire deux distinctions importantes : 1
°
il y a de véritables courants avec vitesse très se11sible et direction appré- ciable, et il y a des" mouvements lents de progression dont la vitesse est trop faible pour qu'ils puissent êtfe remarqués, mais qui n'en existent pas moins et dont on peut constater indirectement l'existence; - 2° il y a' P. Hoffmann. Zur Mechanik cler JJrieeresstromungen an cler Oberfliiche der Ozeane. 1884. -- C'est nn petit livre tout à fait digne d'être recommandé.
z Petennann's Mittheilungen, Erganzungsheft n° 79, 1885 H. i\fohn. D ie Stromungen cles europüischen Nordmee1·es.
•
THÉORIES ACTUEL'LES. 15
des causes de mouvement qui existent bien certaine- ment et qui, théoriquement, devraient avoir un effet, mais qui n'en ont point pratiqiwment et pement être négligées, parce que les autres causes, agissant sinml- tanément, sont beaucoup plus énergiques.
Cela posé, voici un tableau très succinct de l'état actuel de la question.
Il ne reste plus rien des théories basées sur l' at- traction lunaire et solaire; elles étaient contraires à la logique. Les marées causent bien des courants sur diverses côtes, mais ce sont des courants locaux, qui ne rentrent pas dans cette étude.
Il ne reste pas grand'chose des théories basées sur la rofotion terrestre.
Théoriquement l'eau qui monterait du fond de focéan à la surface sous l'équateur, devrait bien avoir un retard qui l'entraînerait vers l'ouest, mais la len- teur de ces mouvements les rend absolnrnent négli- geables, du moins comme courants '.
En revanche, il est bien constaté que, par suite de la rotation terrestre, tous les mouvements horizontaux de corps libres à la surface de la terre sont déviés - dans l'hémisphère boréal à droite, dans l'hémis- phère ·austral à gauche. Encore a-t-on beaucoup ra-
1 Sous l'équateur le rayon terrestre = 6,378,233 m.; la circon- férence parcourue en 24 heures = 2 " r = 40,075,714 m. En supposant 7000 m. de profondeur à la mer sous l'équateur, r = G,371,233 m. et 2 .. r = 40,031,731 m. L'eau transportée brus- quement de 7000 m. à la surface resterait donc en arrière de 44 km. en 24 h., environ 2 km. à l'heure. Or en montant pendant un temps évidemment très long (voir Croll, Ifaughton, Reynolds, Woeïkof), elle devrait s'accommoder à la rotation équatoriale et arriver it la surface avec un mouvement imperceptible.
~
16 LA CffiCULATJON OCÉANIQUE.
battu de l'importance qu'on attribuait à cette action sur les courants marins pour la remplacer par la: com- pensation •.
' On croyait que seuls les corps avançant dans une direction N.-S.-N. étaient déviés par l'effet de la rotation, parce que, quit- tant une latitude à rotation lente, ils entraient dans une région à rotation rapide, ou vice versa. Zoppritz a prouvé que cette dévia- tion existe pour tous les mouvements horizontaux (voir Verhandl.
cl. zweit. deutsch. Geographentags). La figure ci-dessous pourra rendre cette déviation plus sensible aux non-mathématiciens que ne peut le faire fa figure donnée par Zoppritz ou même celle de Hoffmann, dont le but est la démonstration.
Elle représente une portion de la région du pôle assez petite pour être plane et parallèle au plan de l'équateur, et le corps en mouvement est supposé avoir été lancé au-dessus de la surface ch1 sol et continuer avec nne vitesse toujours égale et abstraction faite de toutes les résistances possibles, de l'air, de la pesan- teur, etc.
Tandis que la ligne du nord, à laquelle nous rapportons tout, forme un angle continuellement changeant avec un point donné de l'espace, le projectile A, dans les conditions supposées, lancé à,
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6 heures clu matin vers l'est, c'est-à-dire dans la direction du soleil,
1
'fHÉORIE8 ACTUKLLES. 17 Il semble aussi qu'il faille abandonner l'idée de Maury, que les eaux polaires soient attirées vers l'équateur parce que la force centrifugP y est plus grande, tandis que les eaux équatoriales cherchent le calme des pôles. Cette tendance doit être pratique- ment voilée même clans les profondeurs par d'autres effets des différences de densité.
Il faut renoncer à l'importance que l'on attribuait au creux produit par l'évaporation clans la zone tor- ride '. Outre que les études récentes prouvent que l'on
se maintiendra toujours clans cette direction et conservera Je même angle avec le méridien de <lépart, par la force de l'iner- tie. A 8 heures la ligne At B, se tr()l1vera transportée en A2 B..
Le projectile se dirigeant vers Je soleil ne continuera pas sa. route vers As, e'cst-à-dfre vers l'est terrestre, mais vers C1, c'est-à.-dfre vers le sucl-est tcrrestt·e. A 10 heures B, C, se tl'ouvnnt transporté en Bs C2, le projectile au lieu de continuer vers d, suivra la ligne C, Dt dirigée vers le soleil ; autrement dit, il marchera vers le sud, - et ainsi de suite.
Même chose pour le mobj.le K. Il continuera d'avancer sur une li'gne parallèle à son mél'iclien de départ. Cela le fera donc dévier, comme le mobile A. vers la droite.
Comme le mouvement de la terre n'est pas saccadé, ces projec- tiles traceront des courbes et non des polygones. Ces combes d'inertie seront atténuée, et diversifiées par les résistances et les différences d'accélération et seront très faibles là où l'impulsion sera continuellement renouvelée. Puis, comme la terre est. une sphère et non un disque, la déviation variera beaucoup avec la latitude. Aux pôles elle est trè8 forte parce qtie toute l'inertie agit llorhiontal.emeut. Dans les latitudes moyennes ln ùéviation a une composa.n.Le vc1·ticale qui sera continuellement détnüte pour l'eau pa1· la. pest\ltleur et diminuei·n d'autant la déviation hol'i- r.ontnlo. Sous l'éq11aleur il n'y a 1>lus que la com11osante verti- 011.le, donc aucune clcvio.tion horizontale.
(Voir aussi Slll' ce Sltjet mie note de feu O. Cellérier clans les .ilrchives des sciences plvysiques et naturelles, vol. IX, 1883, p. 69).
' Sous l'équateur même il ne semble pas qu'il doive y avoir excès tl'éyaporation, puisque les pluies Eont assez abondantes pour
LE GLOBB, 1'. XXIX, 1890. 2
18 LA CIRCULATION OCÉANIQ,UE,
a beaucoup ex°agéré cette évaporation, la pente qui pourrait en résulter ne suffirait pas pour causer un courant sensible. Il est po8sible que l'évaporation ait quelque part dans l'ascension de l'eau profonde sous les tropiques; mais il est certain que son effet su- perficiel est entièrement masqué par celui des vents alizés.
La croyance à une siwélévation des eaux causée par la chaleur dans la zone torride a été renversée par les mesures thermométriques, qui ont prouvé que si l'eau superficielle y est plus chaude, elle se trouve en couche plus mince là qu'à 30° lat. nord, de ma- nière que s'il y a surélévation elle doit être minime.
En revanche la théorie de. r;irculcbt'ion profo1tcle basée sur les ii,ifférences cle clens-ité on de poids, telle qu'elle a été présentée par Carpeute~·, mais modifiée selon W oeïkof, est généralement admise et le mérite.
Seulement ces différences de densité ne peuvent pas produire des courants véritables, mais de lentes pro- g1:ess-ions de grandes masses d'eau. Et à la surface leur effet doit être absolument voilé par toutes les autres causes de mouvement.
A salinité égale, l'eau est plus lourde quand elle est froide et doit tendre à descendre. Or dans les ré- gions polaires, surtout. vers le pôle austral, la mer, là où elle n'est pas protégée par une couche de glace, est exp0sée à l'action d'un air qui atteint -40° et - 50° C. Des quantités considérables d'eau peuvent
qne l'eau s1.1 perfi cicll~ y soit j nstement. moins S[l]ée qu'a illenrs. -- So us les tropiqu es, là oü so ufflent l~s afo:és, c'est antre chnse .
•
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'J'HI~ORIES AC'l'Ufü,LES. IV être refroidies jusque v~rs - 2°,2 C. et descendre avant de se congeler. Or les parties profondes de l'océan Atlantique méridional sont pleines d'eau à - 2° C. et tout l'océan, jusqu'à près de la moitié de sa profondeur, a de l'eau qui ne dépasse pas
+
2° C.et qui contient la proportion d'air que l'eau peut absorber à la surface à - 2° C.
Pour prouver l'origine polaire de cette eau froide, Carpenter a imaginé une expérience, que l'auteur de cette note a reproduite plusieurs fois.
~ "-t.r , = B t l
]) +- C
Dans un réservoir de verre on met en A une plaque de métal ou un tube à vapeur pour échauffer la sur- face et figurer l'équateur, en B. de la glace pour figurer le pôle. On colore légèrement l'eau en B et on la voit descendre en C, couler horizontalement vers D et remonter vers A, pour retou_rner en B, etc.
Dans un de ces essais l'eau avait
+
8° O. en Cet+
11 ° C. à la surface vers A; une autre fois+
9° et+
18°. A la première expérience . cela faisait une différence de poids de û.ll"\24 par litre et le circuit (d'environ 1 m. de développement) était terminé en 8 minutes. A la seconde expérience la différence de poids était de Fr,2 par litre et le circuit était fait en 1 minute environ...
11
.
..-20 LA CIRCULA'l'ION OCÉANIQUE.
Le Dr S. Günther', se basant sur les travaux de.
Lagrange, pense que cette expérience n'est pas con- cluante. En tout cas, cette question demande à être encore étudiée, car les observations thermométriques faites clans les grands fonds prouvent· cette circula- tion.
La nature fournit des différences de température de l'eau qui vont de+ 27° C. à -2° C.; si la sali- nité vient modifier plus on moins l'effet de ces 29° de différence, il en reste toujours quelque chose, ainsi que le prouvent les observations sur la densité des eaux marines.
Un physicien a déclaré, après avoir fait cette expérience avec de l'eau salée, que c'était justement l'eau froide qui s'étendait à la surface. Cette objec- tion repose probablement sur une erreur : l'expé- rience demande des précautions particulières car la glace, tout en refroidissant un peu l'eau salée, la dilue beaucoup, ce qui la rend effectivement beaucoup plns légère. Mais l'air sec, à --40°, ne la dilue pas. ,
Les distances ne constituent pas une difficulté in- surmontable quand on se représeute (JUe les déplace- ments s'effectuent de proche en proche. L'eau à - 2°
déplacera sa voisine à 0°; cela la mettra en contact avec une voisine à+ 2°, qu'elle déplacera à son tour, et ainsi de suite. Il ne faudra, selon W oeïkof, que beaucoup de temps.
Quant au retour superficiel de toute cette eau vers les pôles, il ne doit pas engendrer de véritables cou-
' Geophysik, II, p. 417.
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THÉORIES AC'rUELLES. 21
rants, mais se faire au contraire par l'entremise de courants d'autre origine. En faisant l'expérience pré- citée il suffit de souffler sur le réservoir, non pas pour arrêter toute la circulation, mais pour la mas- quer à la surface même.
La théorie de frottement aérien (ou d'adhésion), entrevue depuis longtemps mais établie tout récem- ment, est très généralement admise aujourd'hui et à bon droit.
Chacun sait q11'en soufflant sur un bassin plein d'eau il détermine une circulation vive à la surface.
Mais ce circuit de la surface ne remue nullement le fond du vase. C'est là, ce qui a longtemps arrêté les progrès de cette théorie. Feàel disait que l'air eu mouvement, avec sa force vive minime, ne pouvait pas créer dans l'eau une force vive qui surpassait bien vite la sienne, et Findlay et Arago assuraient que les particules d'eau n'exerçant presque aucun frot- tement l'une sur l'autre, un mouvement superficiel ne pouvait pas se transmettre aux couches inférieures.
Zoppritz, comme nous l'avons dit, a répondu à ces objections.
La force vive peu considérable de l'air en mouve- ment a pour conséquence qu'il faudra faire passer p. ex. 123 volumes d'air avec une vitesse de 4 m. par seconde pour communiquer à 1 seul volume d'eau une vitesse de 0,50 m. seulement. Mais avec du temps rien n'empêche qu'il passe un nombre suffisant de volumes d'air.
C'est aussi du temps qu'il faut pour faire pénétrer le rnomeinent superficiel dans la profondeur. Puis
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22 LA CIRCULATION OCÉANIQUE.
cette transmission de mouvement dépend de ce qu'on appelle la viscosité des liquides, c'est-à-dire le frot- tement des particules l'une contre l'autre dans l'in- térieur même du liquide.
Si ce frottement est un peu fort, comme clans l'huile, la surface du liquide, mise en mouvement, sera bientôt arrêtée par la couche inférieure immobile, à moins que son mouvement ne soit renouvelé; dans ce cas, la couche voisine sera entraînée ; la 3me couche tendra à la retenir n1ais sera entraînée ài son tour, et ainsi de suite. Si le frottement est nul, c'est-à-dire si les parti- cules peuvent passer l'une sur l'autre sans se gêner aucunement: la surface pourra circuler éternellement sans jamais communiquer son mouvement aux couches inférieures.
La viscosité de l'eau de mer est très faible, mais elle existe, et Zoppritz a pu prouver que, moyennant une longue durée du mouvement superficiel, les cou- ches même très profondes peuvent être mises en mou- vement 1•
1 Le coefficient tle viscosité de l'eau tle mer = 0,0144. La for- mule construite par Zoppritz pour calculer la durée nécessaire du
~ mouvement superficiel ou sa profondeur de pénétration a été simpli- fiée par P. Hoffmann, qui la donne ainsi : V t = 1736. h. -n 1 , où t est la clnrée, exprimée en seconcles, h la profondeur en mè- tres et -n 1 la fraction de la vitesse superficielle qui parvient à pénétrer. Krümmel (.Ozean. II, p. 345) a introduit la vitesse sn- perficielle (vo en mètres par seconde) dans la formule et donne :
- - Vo
V t = 1736. x. - , n où x remplace h de Hoffmann. Il sem- ble qu'il y ait une erreur dans cette équation. En effet,
~
THÉORIES ACTUELLES. 23 En 24 heures les 17 /, 00 de la vitesse superficielle arrivent à 1 m. de profondeur et les '1/, 0 0 0 seulement à 10 m. Il faut 1 an pour que le tiers de la vitesse superficielle arrive à 10 m. de profondeur, et ce ne sera qu'au bout de 239 ans qu'on aura la moitié de la vitesse superficielle à cette même profondeur.
Mais un mouvement semblable, une fois établi, persiste fort longtemps. Aussi le vent peut-il changer de direction pendant quelques jours et faire même rebrousser chemin à l'eau superficielle de la mer saus gêner aucunement le courant profond créé par la lon- gue action d'un vent très prédominant.
Avec un système de soufflets représentant, bien imparfaitement sans doute, les vents dominants sur tel ou tel océan, on peut reproduire tonte sa circu- lation superficielle 1•
Les mouvements de c01npensation ou cl' aspiration sont de la plus haute importance dans la circulation océanique.
1 v'-t-
elle donne : ·-·- = - - - . ; donc plus la vitesse de la couche n 1736.x.vo
superficielle vo sera grande, moins cette vitesse pénétrera.
Pour trouver les résultats que Zêippritz et Hoffmann ont obtenus,
. . Vo V -t- , .
11 faut que la formule s01t : Vx = -1736 . x , ou v,,, serait la frac- tion de la vitesse superficielle qui pénètre à x mètres ( 2_ n Vo ) / Cette fraction variera en raison directe de la vitesse de la cou- che superficielle et de la racine carrée du temps, et en raison in- directe de la pxofondeur, ce .qui est logique.
1 Expérience que l'i.mteur de cette note a eu l'honneur de mon- trer à. !J1, Société de géog1·aphie de Genève, clans sa séance du 27 décembre 1S89, · et dans une conférence p11blique f!l;ite sous les auspices de la même Société.
24 LA CffiCULATION OCÉANIQUE,
Pour constater leur existence on n'a qu'à passer une cuillère dans un bassin contenant un liquide. On voit immédiatement tout le liquide mis en mouvement et des courants circulaires venant combler le vide laissé derrière la cuillère.
Si une expérience faite de cette manière n'est pas concluante pour l'océan, il faut bien cependant ad- mettre les deux faits suivants : si une force quelconque fait avancer quelques particules d'eau, les particules qui se trouvent en avant seront poussées dans le même sens et c~tte poussée se répercutera de proche en proche jusque très loin; pendant ce temps les parti- cules qui sont en arrière seront aspirées pour em- pêcher la formation d'un vide, et cette aspiration se transmettra de proche en proche jusqu'à une grande distance. - Dans des circonstances favorables la poussée et l'aspiration devront se rejoindre et com- pléter le circuit pour rétablir l'équilibre.
Il se présente toutefois des objections.
Ainsi l'élasticité ne doit-elle pas atténuer ce besoin de compensation? - . Dans le cas de l'eau, la com- pressibilité est si faible (0,000045) q1.1e tom; s'accor- dent à la négliger.
Puis le frottement pourrait peut-être mettre un terme aux mouvements de compensation et laisser sub- sister des dénivellations sans écoulement nécessaire.
Cette questfon n'est pas encore düment étudiée. En tout cas le frottement interne, le seul qui entre en question, est assez faible pour permettre des mouve- ments instantanés qui réparent la moindre rupture d'équilibre même éloignée, ce qui empêclie toute solu- tion de continuité durable dans l'eau.
• 1
THÉORIES AC'rUELLES. 25
Quelque faibles que soient l'élasticité et la vis- cosité, les distances semblent devoir imposer une liIµite à écs mouvements de compensation. - Il sem- ble fabuleux que parce que l'on enlève uu mètre cube d'eau sous l'équateur cela fasse avancer l'eau du pôle.
- Il ne faut pas exagérer. Mais un abaissement de niveau à Genève appellerait l'eau de Cologny pour rétablir l'équilibre, cet abaissement à Cologny appel- lerait l'eau de la Belotte, etc., etc. Seulement cette aspiration, partie d'un point et s'étendant de proche en proche sur d'immenses espaces, deviendrait peu à peu inappréciable.
Il est à remarquer qu'un mouvement superficiel semble demander sa compeJ1sation à la surface et que ce n'est que lorsque cette compensation latérale est impossible que la compensation vient de dessous. Les côtes sous le veut fournissent des exemples de ce fait.
Tout courant doit donc avoir son contre-courant, soit à ses côtés, soit plus loin. Et quand deux courants de même direction générale sont plus ou moins paral- lèles sans se toucher, il y aura entre eux un contre- courant très sensible.
Aujourd'hui on reconnaît qu'µne foule de courants océaniques ne sont autre chose que des courants de compensation on d'aspiration; et il est probable que la plupart des déviations attribuées à l'influence de la rotation terrestre devront être attribuées à un besoin de compensation. .
La théorie la plus plausible de nos jours peut, dans ses traits généraux, se résumer comme suit :
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26 LA CIRCULATION OCÉANIQUE.
1
°
Les différences de densité, notamment celles cau- sées par les températures, engendrent, par la simple action de la pesanteur, une. progression lente des eaux polaires vers l'équateur clans les profondeurs des océans,· - mais leur action est apparemment nulle à la surfaèe.2° Les vents do1ninants, tournant régulièrement autour des centres de hautes pressions atmosphéri- ques, causent à la surface de la mer des courants sen- sibles, dont le mouvement pénètre avec le temps à une certaine profondeur et qui sont l'âme de la circu- lation superficielle - sans qu'on puisse expliquer tout par eux.
3° Tout mouvement superficiel ou profond· appelle un mouvement de compensation - poussée et as- piration - et ces mouvements de compensation, lents ou rapides, jouent le second rôle dans la circulation superficielle, expliquent généralement ce qu'on ne peut expliquer par l'action directe du vent et donnent la clef d'une foule d'anomalies apparentes.
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