A. RAYONS LUMINEUX
L'action lumineuse des rayons du soleil, la seule source éclairante qui agit efficacement dans nos lacs, se traduit à nous par les impressions de notre rétine. Nous pouvons dans cette étude considérer deux points de vue:
L'intensité de la lumière.
La qualité de la lumière, sa couleur.
Intensité de lu lumière. Les rayons lumineux en traversant l’eau sont absorbés, tellement que, si la couche d’eau est assez épaisse, elle devient tout à fait opaque. L'œil
() Je désigne par l’abréviation Mat. suivie d’un chiffre romain les renvois aux paragraphes de mes ,Matériaux pour servir à l'étude de la faune profonde du lac Léman“, dont on trouvera la table des matières détaillée à la fin de l'index bibliographique.
qui cherche à percer les profondeurs du lac ne pénètre que jusqu’à quelques mètres dans l’eau; en avant de la région littorale, qui est encore accessible à notre vue, règne la réoion obscure, l’eau bleue, comme on l'appelle sur nos lacs, là où nous ne distinguons plus le fond.
Pour étudier cette absorption de la lumière et les variations de son intensité j'ai utilisé la méthode déjà employée par tous les navigateurs qui ont voulu se rendre compte de la limpidité des eaux; elle a été mise en jeu avec toute la précision du physicien par le P. À. Secchi, en 1865, dans la Méditerannée (xnr). L'on fait descendre dans l’eau un disque blanc, attaché à une ligne de sonde, et l’on mesure la profondeur à laquelle ül disparaît à l'œil en descendant, celle à laquelle il commence à devenir visible en remontant: la moyenne de ces deux chiffres est ce que j'appelle la limite de visibilité (Mat. XXVIII). Voici cette profondeur limite de visibilité dans les divers mois de l’année, d’après 46 expériences que j'ai faites en 1874 et 1875, en plein lac devant Morges.
Mois d'été :
mai 8.2 m. août 5.3 m juin 6.9 septembre 6.8 juillet .6 Mois d'hiver :
octobre 10.2 m. février 15.0 m.
novembre 11.0 mars 15.4 décembre 11.5 avril 11.3 janvier 14.5 en moyenne : les 7 mois d'hiver, octobre à avril 12.7 m. les 5 mois d'été, mai à septembre 6.6 moyenne annuelle 10.1 maximum observé le 10 mars 1875 à midi 17.0
D’après cela la limite de visibilité est à peu près deux fois plus profonde en hiver qu'en été.
Ajoutons encore que la transition entre le régime estival, où l’eau est presque opaline, et le régime hivernal, où elle est limpide, se fait le plus souvent brusquement, rapidement, en quelques jours; la transition printannière, dans laquelle l’eau claire de l'hiver s’obscurcit et se trouble, est en général un peu moins rapide.
Quelles sont les causes de ces variations dans la limpidité de l’eau ?
Les recherches de Wild (cxLvrr1) ont montré que la température de l’eau y est pour quelque chose; plus l’eau est chaude, plus elle absorbe une forte fraction de la lumière. Mais l'observation des faits du lac prouve que le facteur le plus important, qui trouble les eaux de l'été et les rend peu transparentes à la lumière, réside dans les poussières
en suspension dans l’eau. Ces poussières forment un brouillard qui arrête les rayons lumineux. Les observations suivantes m'ont fait conclure à cette importance des poussières aquatiques:
a) En été l’eau est beaucoup plus transparente en plein lac que près des bords; elle est le plus opaque au fond des golfes.
b) En été l'intensité de l'éclairage a très-peu d'influence sur la profondeur limite de visibilité ; que le soleil soit à l’horizon ou au méridien, qu'il brille dans un ciel serein ou qu'il soit voilé par les nuages, la limite de visibilité reste, à peu de chose près, la même.
c) La profondeur limite de visibilité est très-nettement marquée en été; quand un objet s'enfonce en sombrant dans le lac, il s'éteint à la vue, non pas progressivement et insensiblement, mais presque subitement. (?). É
En réunissant ces faits avec ce que nous apprend la physique générale, je conclurai :
1° La lumière est absorbée par l’eau et pénètre dans le lac en quantité d'autant moins grande que la profondeur est plus considérable.
20 La pénétration de la lumière a lieu d'autant plus bas pour le même éclairage:
a) que l’eau est plus limpide et contient moins de poussières ;
b) que l’eau est plus froide.
3° L’éclairage varie d’un jour à l’autre et d’un instant à l’autre ; il est d'autant plus puissant que :
a) l’astre éclairant est plus haut sur l'horizon;
b) le ciel est plus serein et l’astre moins voilé par des nuages ;
c) la surface du lac est moins agitée par les vagues.
La grande différence de régime dans la transparence des eaux entre l'été et l’hiver, différence qui est en sens inverse de l'intensité de l’éclairage, provient essentiellement des poussières aquatiques en suspension dans l’eau; elles sont toutes de nature organique (?). J’attribue la plus grande abondance, en été, de ces poussières aquatiques, au plus grand développement de la vie organique, soit dans le lac, soit dans ses affluents, soit sur la terre; la vie étant plus active, les débris de la vie sont plus nombreux, et les poussières organiques se trouvent en plus grand nombre dans le lac.
(‘) Une très-belle série d'expériences sur la transparence de l’eau a été commencée en 1884 par une commission spéciale de la Société de physique de Genève, sous la présidence du professeur L. Soret. Ces recherches ont étudié dans le port de Genève la limite de visibilité d’un corps éclairant regardé horizontalement à travers les couches supérieures de l’eau. Les résultats, jusqu’à présent publiés (exzvn) semblent parfaitement d'accord avec ce que j'avais trouvé sur la nature de l’opacité de l’eau, dûe essentiellement à des poussières en suspension dans le liquide.
(?) Je ne parle pas ici du trouble causé par les vagues ou par un torrent débordé, qui salit le lac à son embouchure, et souvent fort loin de cette embouchure; ces poussières minérales, plus lourdes que l’eau, ne tardent pas à se déposer, et n’altèrent que très-temporairement la limpidité du lac.
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Il est aussi un fait concomitant qui explique la plus grande abondance des poussières en suspension pendant l'été que pendant l'hiver, c’est la stratification des densités, résultat de l’échauffement des couches superficielles de l’eau. L’eau ne garde en suspension entre deux eaux que les poussières ayant exactement la même densité qu'elle. Toutes
celles qui sont plus lourdes, tombent au fond, celles qui sont plus légères viennent à la
surface. Or en été, par suite de la stratification thermique, qui occasionne une stratification des densités de l’eau, dès la surface où les eaux sont les plus légères au fond où elles sont les plus lourdes, entre ces deux extrêmes de densités, il y a une foule de poussières qui trouvent une couche dont la densité est égale à la leur, et qui peuvent ainsi rester en suspension; en hiver au contraire, par suite de l’uniformité de la température au fond et à la surface, il n'y a dans l’eau du lac qu’une seule densité, et par conséquent une seule classe de poussières capables de flotter entre deux eaux.
Ces deux causes (!), plus grand développement de la vie organique en été, et plus grande diversité des densités de l’eau, expliquent la plus grande abondance des poussières flottant dans l’eau, et par suite la moins grande transparence du lae pendant l'été.
La lumière étant absorbée à mesure qu’elle pénètre plus profondément dans l’eau, il doit arriver un point où toute la lumière est absorbée et où règne l'obscurité absolue. Nos lacs sont-ils assez profonds pour que cette région obscure soit atteinte ?
Nous avons constaté que dans le lac Léman un objet blanc éclairé disparaît à l'œil sous une couche de 17m. d’eau au maximum. Le rayon lumineux, réfléchi par l’objet blanc, est revenu à l'œil après avoir traversé au moins 17 m. d’eau en descendant et 17 m. d’eau en remontant, total 34m. Pouvons nous en conclure que la profondeur de 34m. dans les beaux jours de fin d'hiver, soit la limite absolue de la pénétration de la lumière dans notre lac; autrement dit, qu'un animal, vivant à la profondeur de 35 m., soit dans l'obscurité absolue, l'obscurité impénétrable d’une caverne ? Je ne le pense pas. Il est probable qu'à cette profondeur, et bien plus bas encore, il doit pénétrer, pendant le jour du moins, une certaine quantité de lumière, qui doit éclairer ces régions comme le crépuseule, ou la demi-lumière, demi-obscurité de nos nuits de la surface de la terre. Pendant la nuit la lumière n’est pas assez intense pour permettre de distinguer les objets éloignés ; notre œil ne sépare pas des masses très-peu éclairées et qui ne se différencient
(©) J'ai déjà réfuté ailleurs (xerx) l’opinion fort généralement répandue que l’opacité des eaux de l’été serait due aux eaux laiteuses des torrents glaciaires. Ces eaux sont trop froides pour rester à la surface du lac; les eaux du Rhône, en été, ont une température qui varie de 6° à 12°; pendant ce temps la couche supérieure du lac est entre 15° et 25° de chaleur; sans parler du limon minéral qu’elles tiennent en suspension, par le fait même de leur température plus froide, les eaux du Rhône sont plus lourdes que celles du lac; elles descendent donc le long des talus du delta du fleuve, jusqu’à une profondeur de 40 à 60 ou 80 mètres, et s’y étalent en nappe horizontale entre deux eaux. Elles ne se mêlent donc pas à la couche supérieure des eaux du lac et n’interviennent en rien dans ce trouble de l’été qui rend invisible tout objet plongé à quelques mètres de profondeur.
