Observations météorologiques de 1890 prises sur la tour Eiffel

Dès la fin de la construction de la tour Eiffel un laboratoire météorologique fut installé à son sommet, l'intérêt étant grand de savoir si les constatations faites au sol étaient conformes à celles prises à 300m de hauteur. Les résultats furent sans surprise, mais intéressants car ils confirmaient les connaissances de l'époque. La suite de ce texte est repris du livre "La tour de 300m", de Gustave Eiffel, qui reprend lui-même les annales du Bureau central météorologique pour ces données de 1890 et 1894.

Les observations météorologiques comparatives, commencées au Bureau central et sur la Tour Eiffel, dès l'achèvement de la Tour, au milieu de l'année 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 l'on puisse en déduire quelques résultats généraux.

Les résumés des observations précédentes, qui courent sur les années 1889 et 1890 sont accessibles sur le document Observations météorologiques de 1889

Températures

Variation diurne de la température. Nous ne donnons les tableaux détaillés que pour le Bureau météorologique (cour), l'observatoire de Saint-Maur et le sommet de la Tour Eiffel, en omettant les observations pour les deux stations intermédiaires de la Tour.

Au moyen des nombres qui figurent dans les tableaux précédents, il est facile de construire les courbes qui représentent la variation diurne de la température dans les diverses stations et de relever sur ces courbes les valeurs du minimum et du maximum absolus, valeurs qui diffèrent, du reste, très peu de celles qui correspondent aux heures les plus voisines; on obtient ainsi les points extrêmes de la courbe figurative de la variation diurne. Ces extrêmes sont donnés ci-dessous.

La différence du maximum et du minimum donne, pour chaque station, l'amplitude de la variation diurne périodique; ces amplitudes sont les suivantes :

Les valeurs absolues des amplitudes peuvent varier beaucoup, pour un même mois, d'une année à l'autre, suivant l'état général de l'atmosphère. On ne peut donc pas les considérer comme suffisamment bien déterminées par cinq années seulement d'observations. Mais les rapports de ces amplitudes à celles d'une des stations pendant la même période sont certainement beaucoup moins variables que les amplitudes elles-mêmes. Nous avons donc calculé ces rapports en prenant comme point de comparaison la station de Saint-Maur; nous les donnons ici avec deux décimales seulement, la troisième n'ayant évidemment dans le cas actuel aucune signification.

Le rapport des amplitudes de la température à Saint-Maur et dans la cour du Bureau météorologique est constant et égal à 0,90 dans les huit mois, de mars à octobre ; il est un peu plus faible (0,78) dans les quatre autres mois ; la cause de cette différence est dans les conditions particulières de l'installation de l'abri au Bureau.

A la seconde plate-forme de la Tour Eiffel (123 m), le rapport des amplitudes de la température à celles de Saint-Maur reste presque constant pendant toute l'année, mais montre cependant une légère tendance à être plus grand en été qu'en hiver ; cette tendance s'accentue nettement à la plate-forme intermédiaire (197 m), et la variation annuelle du rapport devient très importante au sommet (302 m).

L'amplitude de la variation diurne paraît, d'après les nombres rapportés ci-dessus, décroître suivant une loi plus rapide que l'altitude.

Les tableaux de températures qui précèdent contiennent tous les renseignements nécessaires à l'étude de la variation diurne de la température aux différentes hauteurs. La comparaison des nombres de Saint-Maur et de ceux des trois stations de la Tour Eiffel montre que, dans tous les mois sans exception, l'inversion de température est la règle pendant la nuit dans les couches les plus basses de l'atmosphère.

Les points où les lignes isothermes ont une tangente verticale indiquent les heures à partir desquelles se manifeste l'inversion de température dans les couches basses; à partir de ces points, la température diminue à la fois quand on s'élève et quand on s'abaisse ; nous avons également représenté le lieu de ces points par deux courbes à traits interrompus. En décembre-janvier, l'inversion commence au niveau du sol à 16h05 : elle gagne 80 m à 17 heures, 100 m à 18 heures, et s'élève jusqu'à 125 m entre minuit et 1 heure; puis, la couche où il y a inversion de température diminue progressivement de hauteur ; elle n'a plus que 100 m à 7h10, 50m à 9h35 et s'annule à 10h20; entre 10h20 et 16h05, la température va donc constamment en décroissant quand on s'élève dans l'air. En août-septembre, l'inversion commence au sol à 16h25 et se termine à 7h05 mais elle s'étend beaucoup plus haut dans l'atmosphère ; il y a inversion jusqu'à 200 m à 3h10m et jusqu'à plus de 300 m entre 6h10 et 7h05. Le manque d'observations ne permet pas de prolonger les isothermes au-dessus de 300 m, de sorte que la limite supérieure de l'inversion n'est pas nettement déterminée ; mais, d'après l'allure générale des courbes, elle ne paraît pas dépasser notablement 310m. On pourrait étudier de même les autres époques de l'année ; nous nous bornerons aux deux précédentes, qui nous ont paru les plus intéressantes.

Humidité atmosphérique

Les observations d'humidité atmosphérique ont été faites, au sommet de la Tour Eiffel, à 302 m au-dessus du sol, au moyen d'un hygromètre enregistreur Richard à faisceau de cheveux, dont les indications ont été contrôlées quatre ou cinq fois par semaine au moyen de celles d'un psychromôtre placé à côté. On obtient ainsi directement, toutes corrections instrumentales faites, les valeurs horaires de l'humidité relative; l'humidité relative et la température combinées donnent ensuite les valeurs horaires de la tension de vapeur.

Variation diurne de l'humidité. Les observations hygrométriques de la Tour Eiffel ont été comparées avec celles du Parc Saint-Maur. Cette comparaison montre que la variation diurne de la tension de la vapeur d'eau suit une marche toute différente à la Tour Eiffel et près du sol. Dans les quatre mois de novembre, décembre, janvier et février, la tension de vapeur est sensiblement constante pendant toute la journée à la Tour Eiffel ; l'amplitude de la variation diurne est en effet, surtout en décembre et janvier, tout à fait du même ordre de grandeur que l'erreur probable de moyennes résultant de cinq années d'observations seulement. Pendant les autres mois, la tension de la vapeur ne présente, dans les vingt-quatre heures, qu'un seul maximum et un seul minimum bien nets : le maximum se produit le matin, vers 9 heures, et le minimum le soir, vers 16 heures ou 17 heures, c'est-à-dire à peu près aux mêmes heures que le maximum et le minimum correspondants au niveau du sol ; mais le second maximum et le second minimum qu'on observe respectivement le soir et vers le lever du soleil dans les couches basses disparaissent d'une manière à peu près complète à 300 m de hauleur.

Quant à l'humidité relative, elle a sensiblement la même valeur au Parc Saint-Maur et à la Tour Eiffel, au milieu de la journée, au moment du minimum ; au contraire, le matin, au moment du maximum, l'humidité est beaucoup plus grande près du sol qu'à l'altitude de 300 m, ce qui est tout à fait d'accord avec la loi de variation de la température et l'inversion qui se produit normalement dans les couches basses.

Pour terminer ces considérations relatives à la variation diurne de l'humidité, nous donnons ci-dessous, pour les deux stations, l'amplitude de la variation de la tension de vapeur et de l'humidité relative ; ces nombres ont été obtenus simplement en faisant la différence de la plus grande et de la plus petite des valeurs horaires données pour chaque mois dans les tableaux précédents.

Les amplitudes sont beaucoup plus faibles, en général, à 300 m que près du sol, aussi bien pour la tension de vapeur que pour l'humidité relative ; il n'y a d'exception qu'en mars et pour la tension de vapeur seulement ; l'examen des nombres, qui sont un peu irréguliers pour ce mois, montre que cette exception disparaîtrait dans une période d'observation plus longue.

Variation annuelle de l'humidité. Nous donnons ci-dessous, pour les deux stations, les moyennes mensuelles de la tension de vapeur et de l'humidité relative, déduites des cinq années 1890-1894.

La tension de la vapeur est plus faible dans tous les mois à la Tour Eiffel qu'à Saint-Maur, et cela est vrai non seulement pour les moyennes générales de la période, mais individuellement pour chacun des mois des cinq années. La différence entre les deux stations est la plus petite en hiver (janvier, 0,33 mm) et la plus grande en été (juillet, 1,87 mm). Les deux mois extrêmes sont les mêmes aux deux stations, janvier pour le minimum, août pour le maximum ; les différences entre les moyennes des tensions de vapeur de ces deux mois sont respectivement 4,83 mm à la Tour Eiffel et 6,26 mm au Parc Saint-Maur. L'amplitude de la variation annuelle de la tension de vapeur diminue donc rapidement avec l'altitude.

L'humidité relative est aussi, dans tous les mois, plus faible à 300 m que près du sol. La différence provient exclusivement de la nuit, comme nous l'avons indiqué dans l'étude de la variation diurne. Mais, contrairement à ce que nous avons trouvé pour la température et la tension de vapeur, l'amplitude de la variation annuelle de l'humidité relative est sensiblement la même dans les deux stations, 23,9 à Saint-Maur, 22,8 à la Tour Eiffel. Le mois le plus sec est le même des deux côtés, avril ; le mois le plus humide est novembre à la Tour et décembre à Saint-Maur; mais, comme l'humidité relative varie très peu de novembre à janvier, peut-être le mois le plus humide ne resterait-il plus le même dans une série plus longue. Malgré cette analogie de marche, la différence entre les deux stations est loin d'être constante : elle est minimum en avril (3,9) et prend des valeurs considérables à la fin de la saison chaude : 8,2 en août, 11,3 en octobre et 12,7 en septembre. Ces variations sont absolument concordantes avec celles de la température ; c'est à ce moment, en effet, que la différence de température entre les deux stations est la plus petite, et qu'il arrive même que la station supérieure puisse être la plus chaude en valeur absolue ; comme en même temps la tension de vapeur y est moindre, l'humidité relative peut devenir alors beaucoup plus petite que près du sol.

Vitesse du vent

Variation diurne. Les tableaux suivants donnent les moyennes horaires de la vitesse du vent, par mois, pour la période de six années, 1890-1895, au Bureau météorologique et à la Tour Eiffel. On y a ajouté, pour faciliter l'étude, les valeurs du rapport et de la différence des vitesses observées â chaque heure dans les deux stations.

Le tableau ci-dessus donne, pour tous les mois et chaque heure, le rapport des vitesses du vent â la Tour Eiffel et au Bureau météorologique. Ce rapport suit une marche diurne très régulière. Le rapport des deux vitesses est maximum vers la fin de la nuit et minimum au milieu de la journée. Il présente la plus grande variation en été et surtout en automne. En septembre, en particulier, ce rapport varie de 2,3 (11 heures) à 8,0 (4 et 5 heures); ce dernier nombre 8,0 est la plus grande valeur moyenne du rapport des vitesses du vent dans les deux stations à une heure et dans un mois quelconques.

Variation annuelle. Nous donnons dans les tableaux suivants les moyennes mensuelles de la vitesse dans les deux stations pour tous les mois où des observations régulières ont été faites.

La variation annuelle de la vitesse du vent au Bureau météorologique ne présente pas d'allure très nette : il y a un petit minimum en août, septembre et octobre, et un maximum en février et mars. Cette absence de régularité dans la variation annuelle provient de ce que, par suite des remous locaux produits par l'action solaire, la vitesse moyenne du vent se trouve augmentée d'une manière anormale pendant la saison chaude au milieu de la journée. De la sorte, la moyenne mensuelle se trouve trop forte par suite de causes accidentelles qui n'ont aucun rapport avec la circulation générale. Si l'on considère, au lieu de la moyenne du mois, la moyenne correspondant à la nuit seulement, époque à laquelle ces remous locaux n'existent pas, on trouve que la vitesse du vent est, au contraire, beaucoup plus grande en hiver qu'en été, ce qui est d'accord avec les lois connues de la circulation générale. La vitesse moyenne du vent au Bureau météorologique, de minuit à 4 heures du matin, a, en effet, la valeur suivante dans les différents mois :

La variation annuelle devient extrêmement nette sur ces nombres : il y a un maximum à la fin de l'hiver (février), et un minimum à la fin de l'été (septembre), la valeur du minimum étant moins de la moitié de celle du maximum.

A la Tour Eiffel, où l'importance relative de la variation diurne est moindre, la variation annuelle ressort immédiatement de l'examen des moyennes mensuelles. Le minimum se produit en été et le maximum au milieu de l'hiver.

La vitesse moyenne du vent est presque exactement quatre fois (4,05) plus grande à la Tour Eiffel qu'au Bureau météorologique ; ce rapport varie notablement dans le cours de l'année ; il est le plus petit en juin et le plus grand en octobre. Il suffit, à Paris, de s'élever de moins de 300 m au-dessus du sol pour que la vitesse moyenne du vent passe de 2,15 m à 8,71m; il y a donc d'abord, dans les couches les plus voisines du sol, une augmentation très rapide de la vitesse du vent avec la hauteur. Les observations faites sur les nuages montrent que cette augmentation est ensuite beaucoup plus lente. Pour déterminer la véritable loi d'accroissement de la vitesse avec la hauteur, il ne faut donc tenir aucun compte des observations faites très près du sol, qui appartiennent à une couche dans un état tout particulier et où la vitesse se trouve réduite artificiellement par le frottement. La vitesse des nuages ne peut être utilement comparée qu'à celle que l'on observe à des hauteurs d'au moins 100 m ou 200 m au-dessus du sol.

Fréquence des différentes vitesses du vent. Dans beaucoup d'applications, notamment celles qui concernent l'Aéronautique, on a grand intérêt à connaître le degré de fréquence des différentes vitesses du vent; les observations faîtes dans le voisinage immédiat du sol seraient, à cet égard, très trompeuses, car les observations comparatives à la Tour Eiffel et au Bureau météorologique montrent qu'il y a souvent un vent très appréciable et même fort à 300 m de hauteur, alors qu'il fait à peu près calme en bas. Nous avons donc, au moyen des observations faites pendant les six années 1890-1895, calculé la fréquence des différentes vitesses du vent à 300 m au-dessus du sol. Les résultats de ce dépouillement sont indiqués dans les tableaux suivants :

Le premier tableau donne la fréquence relative, pour 1 000 observations, des vitesses comprises entre 0 m et 2 m, 2 m et 4 m, etc. ; le second indique combien, sur un total de 1 000 observations, il y en a qui donnent des vitesses supérieures respectivement à 2 m, 4 m, 6 m, etc. Ces deux tableaux, qui se déduisent l'un de l'autre, pourront être utiles à consulter dans bien des cas pour les applications.

La fréquence des vents forts, supérieurs à 10 m par seconde, est la plus grande en janvier ; elle diminue régulièrement jusqu'en juin, où elle est minimum, augmente en juillet et août, puis, après avoir diminué un peu en septembre, augmente de nouveau jusqu'à la fin de l'année.

Les vents de tempête, dépassant 25 m par seconde, sont relativement rares ; on ne les observe en moyenne que 19 fois sur 1 000 et exclusivement dans les six mois d'octobre à mars. Mais il importe de remarquer que toutes ces vitesses ont été déterminées au moyen de l'anémo-cinémographe ordinaire de MM. Richard frères, qui envoie à l'appareil enregistreur un contact toutes les fois que le vent a parcouru un chemin de 25 m. Cet instrument ne donne pas ainsi rigoureusement la vitesse en mètres par seconde à un instant donné, mais seulement une moyenne correspondant à un intervalle de temps de quelques minutes. De plus, tous les nombres précédents ont été obtenus sur le dépouillement des vitesses du vent relevées à chaque heure exacte, sans tenir compte de ce qui s'est produit dans les périodes intermédiaires. 11 est clair que la proportion des vents très forts serait notablement accrue, d'une part si l'on avait employé un instrument à indications instantanées, et de l'autre si, au lieu de prendre la vitesse du vent à chaque heure ronde, on avait relevé les plus grandes vitesses notées dans l'intervalle des heures d'observation.

Pour compléter les données relatives aux vents de tempête, nous indiquons ici, pour chaque mois, le nombre de jours où le vent, à un moment quelconque, a dépassé respectivement 20 m et 25 m par seconde Nous rappellerons que la période de six ans considérée comprend en tout 186 jours dans chacun des mois de 31 jours, 180 jours dans les mois de 30 jours et 169 jours en février.

Ces nombres seraient un peu plus élevés s'ils avaient été relevés sur un instrument donnant des indications instantanées. Un anémo-cinémographe à vitesses absolues est en service régulier à la Tour Eiffel; il envoie un contact à l'appareil enregistreur pour chaque mètre parcouru par le vent et les indications s'inscrivent sur une bande de papier qui se déroule à raison de 0,5 mm par seconde. Malheureusement, cet instrument, assez délicat, n'a jamais pu fonctionner d'une façon continue pendant les tempêtes de quelque durée. La vitesse la plus grande qu'il ait enregistrée jusqu'ici est celle de 48 m, le 12 novembre 1894, à 18h13, alors que le cinémographe ordinaire indiquait une vitesse de 42 m comme moyenne de quelques minutes. A ce moment, le cinémographe à indications instantanées a cessé de fonctionner régulièrement, n'envoyant plus ses contacts que par intermittences. Quelques minutes plus tard, 18h18, on pointait au chronographe un intervalle de 2',2 pendant lequel le vent parcourait exactement 100 m, ce qui fait, pendant cet intervalle, une vitesse moyenne de 45,5 m par seconde; il paraît vraisemblable que la vitesse instantanée des coups de vent atteignait alors et dépassait peut-être 50 m par seconde.

Série d'appareils météorologiques

Cinémographe à mesure instantanée

Barometre Tonnelot

Direction du vent

La direction du vent à la Tour Eiffel est enregistrée au moyen d'une girouette Richard, à transmission électrique, qui fonctionne par échelons successifs correspondant chacun à 1/128^e de circonférence ; le manque de transmission d'un contact introduit donc une erreur constante de cet ordre dans l'enregistrement. Pour éviter et corriger ces erreurs, qui peuvent s'accumuler à la longue, la direction vraie du vent est relevée, au sommet de la Tour, au moment des observations directes ; de plus, l'orientation de la girouette est pointée très fréquemment au moyen d'une lunette, du Bureau météorologique même ; enfin le dépouillement a été fait seulement avec une approximation quatre fois moindre que celle dont l'instrument est théoriquement susceptible; la circonférence était divisée en 32 parties en partant du Nord vers l'Est, de sorte que dans tout ce qui suit le chiffre 32 correspond à Nord, 1 à Nord-Est, 2 à N-N-E, 4 à N-E, 8 à Est, 16 à Sud, 24 à Ouest, et ainsi de suite. Nous étudierons d'abord dans ce qui suit la variation diurne du vent à la Tour Eiffel ; nous avons jugé inutile d'entrer dans les mêmes détails pour les observations du Bureau, où la direction du vent pourrait être influencée par les obstacles environnants. A la Tour au contraire, où la girouette esl environ à 300 m au-dessus du sol, l'horizon est absolument libre de tous côtés.

Variation diurne du vent à la Tour Eiffel. Nous avons d'abord relevé le nombre de fois que le vent a soufflé dans chaque direction (de 1 à 32) pendant tous les mois et à toutes les heures des six années observées. Cela donne pour chaque heure un total de 186 observations dans les mois de 31 jours, de 180 dans les mois de 30 jours et de 169 en février. Ce nombre étant certainement trop petit encore pour que les perturbations puissent être éliminées, nous avons réuni dans un même total les directions observées à trois heures consécutives, ce qui donne la loi de variation de la direction du vent, pour huit époques équidistantes séparées l'une de l'autre par un intervalle de trois heures. Ainsi, dans les tableaux qui suivent, les nombres qui indiquent la fréquence des différentes directions du vent à zéro sont la somme des nombres obtenus pour 23 heures, 0 heure et 1 heure; les nombres indiqués pour 3 heures sont la somme de ceux qui ont été obtenus à 2 heures, 3 heures et 4 heures, et ainsi de suite. Le total des nombres relatifs à une heure portée au tableau est ainsi de 558, 540 et 507, selon que l'on considère les mois de trente et un et trente jours, ou le mois de février. Le nombre total des observations de chaque mois est alors respectivement 4 464, 4 320 et 4 056.

On trouvera dans les tableaux donnés par M. Angot, et que nous ne pouvons reproduire en raison de leur étendue, le détail des observations de direction du vent recueillies ainsi à la Tour Eiffel pendant les six années 1890-1895. Nous reproduisons seulement pour exemple les résultats de juillet :

Pour faciliter l'étude de la variation diurne de la direction du vent, il est commode de remplacer chacune de ses 32 directions par leurs composants sur les directions N. et E., S. et O. ; ces directions se ramèneront elles-mêmes aux deux principales N. et E. en tenant compte des signes.

Soit m_p le nombre de fois que le vent a soufflé de la direction p désignée en chiffre dans les tableaux précédents et qui correspond à un angle α = p/32 avec le méridien compté du Nord vers l'Est. La composante Nord n de tous les vents sera donnée par la formule n = Σm_p cos α - p/32 en faisant la somme de tous les produits analogues pour tous les vents dont la direction est comprise entre 0 et 8 et entre 24 et 32.

La composante Est e — Σm_p sin α - p/32 en faisant la somme des produits de 0 à 16.

On calcule d'une manière analogue la composante Sud S. (directions entre 8 et 24) et la composante Ouest O. (directions entre 16 et 32).

Les cosinus sont égaux aux sinus des points symétriques par rapport à 45° ; ainsi, sin 2-3/21 = cos 2-5/32; de sorte que l'on n'a à considérer que les valeurs numériques des cosinus de 0 à 7 divisions, soit 0,9808, 0,9239, 0,8315, 0,7071, 0,5556, 0,3827 et 0,1951.

Quant aux composantes principales suivant le méridien et la perpendiculaire, elles sont :

N = n — s E = c - o

le signe + indique que les composantes principales sont dirigées respectivement suivant le Nord ou l'Est et le signe — qu'elles sont dirigées vers le Sud ou l'Ouest.

La direction du vent par rapport au méridien, l'angle α étant compté de 0 à 360°, est donnée par la formule T_g = E / N. La grandeur R de cette résultante est R = √ N² + E².

Ce dernier nombre, divisé par le nombre d'observations du mois, donnera la valeur relative de la résultante. Cette valeur relative serait égale à l'unité, si le vent avait soufflé rigoureusement de la même direction pendant tout le mots ; elle est en réalité beaucoup plus petite et d'autant plus que la direction du vent a été plus variable. Nous donnons ci-dessous, pour le mois de juillet pris comme exemple, les valeurs de ces composantes et enfin, pour chaque heure,la direction moyenne du vent résultant, comptée de 0 à 360°, à partir du Nord vers l'Est.

Les nombres de ce dernier tableau mettent déjà assez nettement en évidence une variation diurne de la direction du vent : dans presque tous les mois sans exception, le vent tourne en sens contraire des aiguilles d'une montre (de l'Ouest vers le Sud) dans la matinée, puis revient en sens inverse dans l'après-midi.

L'étude des composantes elles-mêmes se fait par les considérations suivantes :

La direction du vent que l'on observe à un moment quelconque peut être considérée comme la résultante de deux actions :

le vent moyen qui soufflerait de la même direction dans toute la journée;
une brise diurne qui change de direction suivant les heures.

Le vent moyen est connu : ses composantes dans les quatre directions principales sont précisément indiquées dans le tableau précédent sous le titre Moyenne. Pour avoir à chaque heure les composantes de la brise diurne, il suffira donc de retrancher, des nombres donnés ci-dessus pour cette heure, le nombre correspondant que l'on trouve dans la colonne Moyenne. Nous donnons ici le résultat de ce calcul pour les deux composantes principales du vent, dans le méridien et dans la direction perpendiculaire :

Non seulement dans ce mois, mais dans tous ceux de mars à octobre, les chiffres analogues à ceux ci-dessus mettent en évidence une variation diurne bien nette (qui se manifeste moins clairement dans les mois de novembre à février, en raison des perturbations dues aux tempêtes).

La figure ci-dessous (fig. 202) donne un exemple de cette variation pour la moyenne de juillet. Dans cette figure, la direction moyenne du vent à un moment quelconque de la journée s'obtient en joignant le point O à un des points marqués : 0 heure, 3 heures, 6 heures,... 21 heures. Ces derniers points se trouvent répartis sur une courbe très régulière ainsi tracée :

Le vent moyen a pour direction M O, déterminée à l'aide des composantes N. et E. prises comme ordonnée et comme abscisses ; puis en portant à partir de M, comme origine, les valeurs ci-dessus des composantes de la brise diurne. Cette direction est dans le cas actuel sensiblement O.-N.-O. Le vent AO à une heure quelconque peut être considéré comme étant la résultante du vent moyen MO et d'une brise diurne MA. La figure montre que dans le ceurs de la journée cette brise diurne décrit, dans le sens direct des aiguilles d'une montre, une rotation complète autour du point M.

La brise diurne a une composante Sud de 5 heures à 16 heures environ, et une composante Nord le reste de la journée. Quant au vent lui-même, il progresse en sens inverse des aiguilles d'une montre de 21 heures à 10 heures du matin du N.-N.-E. au S.-S.-O. environ, et rétrograde de 10 heures à 21 heures du S.-S.-O. au N.-N.-E.

(La courbe décrite par le vecteur MA est moins régulière dans les autres saisons, mais conserve en général le même caractère, au moins pendant huit mois de l'année.)

Si, au lieu de considérer les fréquences du vent, on considère les vitesses, les tableaux dressés par M. Angot montrent que l'on arrive aux mêmes conclusions. On retrouve encore une brise diurne bien nette, qui effectue dans le cours des vingt-quatre heures une rotation du N. vers l'E. Mais de plus cette brise diurne est plus intense en été qu'en hiver ; en outre, la variation de la vitesse résultante R de N. et de E. en été est tout à fait caractéristique : on observe un minimum absolu vers le lever du soleil au moment du maximum de la température, et un autre minimum moins profond vers 15 heures, au moment du maximum de la température; deux maxima se montrent entre 9 heures et midi et vers 9 heures du soir. Il est probable que ces faits intéressants se dégageront d'une manière plus nette et plus précise quand la période d'observation sera plus longue.

Variation annuelle de la direction du vent. On trouvera dans les tableaux suivants le résumé des observations de direction effectuées tant au Bureau météorologique qu'à la Tour Eiffel pendant les six années 1890-1895. M. Angot donne pour chaque mois et pour l'année le nombre total de fois que le venta soufflé dans chacune des 32 directions, ainsi que les quatre composantes de la fréquence suivant la direction Nord, Est, Sud et Ouest, et enfin les deux composantes principales suivant le méridien N. et la perpendiculaire E. Nous relatons pour abréger les observations rapportées à huit directions seulement.

Il résulte tout d'abord des 52 584 observations de ce tableau faites simultanément à la terrasse du Bureau central et au sommet de la Tour, que l'examen des colonnes de rapports pour 100 montre :

Que le nombre des calmes est beaucoup plus grand au Bureau central météorologique qu'à la Tour (14,7% au lieu de 2,8%).
Que le vent le plus fréquent au Bureau central météorologique et à la Tour est le S.-O. (21,8% au Bureau central météorologique et 18,5% à la Tour).
Que le vent le moins fréquent au Bureau central météorologique et à la Tour est le S.-E. (4,7% au Bureau central météorologique et 6,1% à la Tour).
Que le vent du Nord (entre 0 et 6 dune part el 27 à 31 de l'autre) est plus fréquent au sommet de la Tour qu'au Bureau (37,4% contre 30,2%).
Que les vents d'Ouest (entre 19 et 26) ont à peu près la même importance au Bureau central météorologique et à la Tour (34,11% et 33,8%).

Ces derniers se font plus facilement sentir à la surface du sol que les vents du Nord qui restent plutôt dans les hautes régions.

Mais la comparaison des composantes donne des résultats plus précis et encore plus intéressants.

Au moyen des deux composantes principales N. et E. on calcule, pour chaque mois et pour l'année, la grandeur R delà résultante et l'angle « qu'elle fait avec le méridien par les formules:

R = √N² + E², tang α = E / N

Au lieu de la grandeur R, il est préférable de considérer le rapport r = R / p, p étant le nombre total des observations d'où est déduite la valeur R ; r représente alors le poids relatif de la résultante. Ce nombre serait égal â l'unité, si, pendant toute la période considérée, le vent avait soufflé constamment de la même direction; il est toujours nécessairement beaucoup plus petit, mais sa valeur permet de déterminer si le vent résultant calculé a réellement une signification ; il est clair que si la valeur de r tombe, par exemple, au-dessous de 0,1, il n'y a plus, à proprement parler, de vent moyen, et que le vent a soufflé, en réalité, de toutes les directions. Nous donnons ci-dessous les valeurs ainsi trouvées pour r et α.

Dix mois sur douze donnent, dans les deux stations, un vent résultant qui a une composante Ouest très marquée ; février et avril seulement ont un vent moyen compris dans le quadrant N.-E. ; encore, pour février, la faible valeur du poids relatif r de la résultante indique-t-elle que cette résultante n'a pas grande signification et que la direction du vent moyen pendant ce mois est mal déterminée.

En moyenne annuelle, le vent est assez voisin de O.-N.-O. à la Tour Eiffel et de O.-S.-O. au Bureau météorologique, l'angle que forment les directions moyennes dans les deux stations étant de 27°. Une différence de même sens et presque de même valeur se retrouve dans tous les mois, sauf en février.

Cet écart ne peut être imputé aux erreurs d'observation. L'orientation des deux girouettes est contrôlée dans plusieurs directions au moyen de repères très éloignés (monuments de Paris) dont l'azimut a été déterminé directement pour chaque station; de ce fait, l'erreur possible dans l'estimation absolue de la direction du vent ne doit pas, dans les moyennes, dépasser r ou 2°. On ne saurait non plus faire intervenir des influences locales qui se feraient sentir à la station inférieure ; rien dans la situation topographique du Bureau météorologique n'indique la probabilité de telles influences, qui se trouve exclue, du reste, par ce fait que la déviation est sensiblement la même que le vent souffle du N.-E. (avril), du S. (novembre), du S.-O. (janvier et octobre), de l'O. (mars et juillet), ou du N.-O. (mai et juin).

On doit donc admettre comme fait d'observation que le vent éprouve réellement en moyenne, au sommet de la Tour Eiffel, une déviation de 2° environ à droite de celui qu'on observe dans les couches voisines du sol. Le sens de cette déviation est précisément celui qui résulterait d'une diminution dans le frottement ; mais on ne peut encore affirmer que ce soit la cause unique ou même principale du phénomène. Peut-être y a-t-il simplement un effet de la ville qui se traduit, comme nous l'avons indiqué depuis la première année d'observations, par une augmentation locale de température et une diminution de pression pouvant entraîner une déviation des vents inférieurs.

Résumé

Il paraît résulter de la discussion des observations sur la direction du vent par M. A. Angot que :

Comme variation diurne, le vent tourne en sens contraire des aiguilles d'une montre (de l'ouest vers le sud) dans la matinée, puis revient en sens inverse dans l'après-midi;
Comme moyenne annuelle, le vent est assez voisin de O.-N.-O à la Tour Eiffel, et de O.-S.-O au Bureau météorologique, l'angle que forment les directions moyennes dans les deux stations étant de 27°

Ces résultats sont nouveaux et d'un grand intérêt.

Composante verticale du vent

M. Angot n'a pas encore résumé les résultats relatifs à cette composante verticale; il faut les rechercher dans les Mémoires de 1891 à 1894 que nous allons rappeler brièvement; nous reproduirons principalement les conclusions qui sont identiques dans toutes les années.

L'étude des courants verticaux offre un grand intérêt pour la météorologie et il n'a pas encore été fait d'observations de ce genre dans une situation aussi satisfaisante qu'à la Tour Eiffel; aussi M. Angot donne-t-il à ce sujet les tableaux les plus détaillés, dont nous ne rappellerons qu'une faible partie, en laissant de coté les années 1892 à 1893 dont les résultats ne sont pas très différents des années extrêmes.

Mémoire de 1897. La composante verticale du vent a été mesurée au moyen d'un appareil analogue à ceux qu'avaient déjà employés dans ce but le P. Dechevrens et M. Garrigou-Lagrange. Cet instrument se compose de quatre ailettes planes, inclinées à 45" et portées par quatre bras horizontaux en croix, réunis par un axe vertical, autour duquel peut tourner le système. Les ailettes étant inclinées dans le même sens par rapport à l'axe, il est clair que le moulinet doit rester immobile dans un courant d'air horizontal, tourner dans un sens quand le vent a une composante verticale ascendante et dans l'autre sens quand le vent a une composante horizontale descendante. Au moyen d'un dispositif très ingénieux imaginé par MM. Richard frères, et qui est du reste identique à celui de leur girouette, les mouvements du moulinet sont transmis à distance, au moyen de quatre fils seulement, à un cylindre vertical, devant une génératrice duquel descend une plume, qui inscrit ainsi tous les mouvements du moulinet. Le tracé s'effectue de gauche à droite quand la composante du vent est ascendante, de droite à gauche quand la composante est descendante; il se réduit à une ligne verticale quand le moulinet reste immobile. Le moulinet a été taré sur un manège de manière que le déplacement angulaire du cylindre récepteur, pendant un temps donné, peut être traduit immédiatement en kilomètres parcourus par le vent dans le sens vertical. Le moulinet est installé au sommet de la Tour Eiffel, à la même hauteur que les anémomètres (305 m au-dessus du sol).

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, faites en 1889 et au commencement de 1890, ont révélé une cause d'erreur de ce genre : la tige qui porte le paratonnerre de la Tour Eiffel pouvait faire écran tantôt d'un côté du moulinet, tantôt de l'autre, quand le vent soufflait de deux directions déterminées; pour l'une de ces directions, il y avait alors renforcement apparent des vents ascendants, tandis que, pour l'autre, il y avait renforcement apparent des vents descendants.

J'ai fait remédier à cette cause d'erreur en plaçant le moulinet au centre d'un grand cylindre vertical ouvert à ses deux extrémités. Il y a bien à craindre encore les remous que le vent peut produire dans ce cylindre ; mais il n'y a plus aucune raison pour que ces remous introduisent une erreur systématique; du reste, l'examen minutieux des observations n'a révélé aucune erreur de ce genre. Quoi qu'il en soit, on ne peut donner les observations de la composante verticale du vent qu'avec beaucoup de réserves, et il y a lieu de chercher à perfectionner, si cela est possible, la méthode d'observation.

Nous indiquons dans le tableau suivant, pour chaque mois, le nombre d'heures pendant lesquelles la composante verticale du vent a été constamment ascendante, tantôt ascendante et descendante (variable), constamment descendante et constamment nulle; puis le total des chemins parcourus respectivement par les vents ascendants, par les vents descendants, et le rapport de ces deux nombres. Enfin, pour permettre d'apprécier l'importance relative des courants ascendants, nous avons ajouté pour chaque mois la vitesse moyenne, en mètres par seconde, de la composante verticale du vent, et à côté la vitesse moyenne de la composante horizontale, mesurée par le moulinet Richard; le rapport de ces deux nombres est la cotangente de l'inclinaison du vent sur l'horizontale ; nous donnons ce rapport ainsi que l'inclinaison correspondante, exprimée en degrés et dixièmes de degré.

L'examen des tableaux qui précèdent conduit aux conclusions suivantes :

1. Dans tous les mois sans exception, les vents ascendants l'emportent considérablement sur les vents descendants. Le rapport des chemins totaux parcourus par le vent dans ces deux sens varie peu dans les mois compris entre mars et septembre; il est alors en moyenne de 8,6. Dans les mois froids (novembre 1800 exceptée que comprennent les observations, le rapport est beaucoup plus grand; il est en moyenne de 54,2 et atteint même 160 en décembre 1890. Il paraît difficile d'expliquer cette prépondérance des vents ascendants : on ne peut l'attribuer à la température, puisqu'elle s'exagère en hiver. Ce ne peut être non plus un effet local causé par les ondulations du sol, puisque la Tour Eiffel domine de beaucoup toute la région; pour trouver des altitudes comparables, il faudrait aller jusqu'aux limites orientales et méridionales du bassin de la Seine. Ajoutons que cette prépondérance se manifeste par toutes les directions de vents, ce qui exclut l'hypothèse d'une influence de l'orientation de l'instrument par rapport à la Tour elle-même. Tant qu'il ne pourra pas être prouvé que cette prépondérance des vents ascendants est due à un défaut inhérent au mode même d'observation, il faudra donc l'admettre, quelque paradoxale qu'elle puisse paraître.

2. Les périodes pendant lesquelles la composante verticale du vent est constamment descendante ou nulle se présentent surtout pendant la nuit; on en trouve quelquefois pendant le jour, mais en hiver et jamais dans la saison chaude. La durée de ces périodes ne dépasse pas quelques heures, excepté en hiver, par les temps calmes.

3. Les périodes pendant lesquelles il y a alternance de vents ascendants et descendants sont surtout fréquentes pendant la saison chaude, de mars à septembre, au milieu du jour; elles sont même alors la règle. Les vents ascendants l'emportent encore beaucoup, mais ils sont fréquemment interrompus par des alternatives de courants descendants. Ces alternatives sont rares pendant la nuit en été et en tout temps pendant l'hiver. Celles que nous avons indiquées alors dans l'un des tableaux précédents proviennent principalement des heures pendant lesquelles il y a eu changement de régime, où le vent, après avoir été descendant, est devenu ascendant, ou réciproquement; ce ne sont donc pas des alternatives de vents ascendants et descendants proprement dites.

4. Les périodes de vent constamment ascendant ont une durée très variable; elles sont surtout importantes pendant la saison froide, où on les observe parfois sans interruption pendant plusieurs jours, et même pendant plus d'une semaine.

5. Le rapport moyen des composantes verticale et horizontale du vent est très petit, c'est-à-dire que l'inclinaison du vent sur l'horizon est toujours faible; pour les quatorze mois que nous avons considérés, cette inclinaison moyenne est de 40.

Mémoire de 1804. Nous donnons ci-dessous un tableau semblable à celui de 1891.

Comme on le voit par les nombres de la dernière colonne, l'inclinaison moyenne du vent sur l'horizontale est toujours très faible; elle a atteint sa plus grande valeur, 6°, en novembre.

Les conclusions que l'on peut tirer des tableaux qui précèdent sont identiques à celles qu'avait fournies la discussion des années précédentes; il est donc inutile d'y insister, et nous renverrons pour ce point aux Mémoires antérieurs.

Nous terminerons par quelques détails relatifs à la tempête du 12 novembre 1894, qui a présenté une violence extraordinaire à Paris et dans tout le nord de la France. Le centre de la dépression se trouvait aux îles Scilly à 7 heures; il est à Cherbourg vers 18 heures, puis remonte par le Pas de Calais et la mer du Nord; il a passé ainsi à 200 km environ au nord de Paris, où le minimum barométrique a été observé entre 17 heures et 19 heures.

Le tableau suivant donne, en mètres par seconde, la vitesse moyenne pour chaque heure de la composante horizontale et de la composante verticale à la Tour Eiffel; nous y avons ajouté l'indication de l'inclinaison du vent sur l'horizontale et de sa direction.

Pendant toute la durée de la tempête, le vent a présenté une composante verticale dirigée de bas en haut. L'inclinaison du vent, maximum au moment où le centre de la tempête est le plus rapproché (8°,7), est très grande encore et presque la même dans la moitié antérieure du tourbillon. Elle devient très faible au contraire à une certaine distance dans la partie postérieure, où le vent ascendant est alors coupé par de fréquentes alternances de vents descendants, ce qui ne se présentait pas dans la partie antérieure. En avant de la dépression, le vent est donc nettement et constamment ascendant, tandis que tout à fait en arrière il est à peu près exactement horizontal. La vitesse du courant horizontal était, du reste, la même au commencement et à la fin, et la direction a varié seulement de 45°, entre les moments des plus grandes et plus petites vitesses verticales; ces phénomènes sont donc réels et ne peuvent être attribués au mode d'exposition des instruments.

D'autres tempêtes observées antérieurement avaient donné des résultats analogues, mais qui se rapportent tous également à la partie du tourbillon située à droite de la trajectoire.

Voir aussi :

Description de la tour Eiffel