HKFRAC.TIONS NORMALES ET ANORMALES

langue courante, ces termes aux r-élractions extraoïrlinaires, en dehors (le la réfi'action normale.

Ces phénomènes sont nombreux, compliqués, divers; leur observation est difficile, leur description malaisée ; leur théoi-ie complète jiécessiterait des développements mathématiques dans lesquels je ne puis ni ne veux entrer. Je dois cependant essayei- d'en donner une idée; je chei-oherai à décrire les principales apparitions qui sont fréquentes sur la nappe du Léman et (jui ont occupé depuis longtemps déjà les physiciens de Morges, de Lausanne et de Genève. Pour rester lidèle au plan de mon livre, je m'efforcerai d'expliquer, pour autant que je le saurai, les phénomènes, en m'en tenant aux notions de la physique élémentaire.

I. Le fait fondamental qui est à la base de tous les phénomènes de réfraction est la déviation que subit le rayon lumineux en traversant des couches de densité variable.

En passant de couches plus denses dans des couches moins denses, ou inversement le rayon lumineux déciit

une courbe dont la concavité regarde les couches les plus denses. Si la densité d'une atmosphère va en augmentant du haut au bas, fig. 130, un rayon lumineux qui la traverse suivra une trajectoii'e à con- (^avité inféiieure. Le rayon A B ai-rivera en D ; un rayon DE arrivera en B. Inversement, dans une atmosphère dont la densité croît de bas

en haut, les rayons lurai- (Fif,'.181.1 Réfractions dans une atmosphère de densité lieux sont déviés suivant croissante de bas on haut.

une courbe k concavité supérieure, iig. i'M. Un rayon AE ar-i-ive en C, un rayon DC arrive en A.

Nous attribuons à un objet la direction qui est donnée par la tan-

(Fis;. 130.) Réfraction dans une atmosphère do densité <;ri lissante de haut en bas.

51() OPJIQLE

geiite à la eoiii-be (jue décril le fayoïi lumiuoiix. loi'S de son entrée dans noire (ril. Si Td'il est placé en D, lig. 1;}0. il voit B dans la dii'ection 1)K : s'il est en B, il voit D dans la tlirection BF. De même dans la lig. 1:31, si V(v\\ est en A, il voit C dans la direction AE ; sMl est en C, il voit A dans la dii-eetion CF.

II. L'air atmosphériqne est compi-essihle ; sa densité, indépendamment de toute cause disturbante, chaleur ou humidité, augmente de haut en bas, le poids des couches supeiposées s'additionnant à mesure que ces couches sont plus épaisses. Si l'air avait une température et une humidité unifoi-me, les i-ayons Imnineux qui le traversent décriraient des courbes à concavité inlérieiu-e.

Les couches de l'atmosphère étant des siu-faces sphéroïdales, tout rayon lumineux, même horizontal, même tangent à la terre, traverse successivement des couches de densité difïérente; il est nécessairement réfracté.

Du lait général de l'accroissement de haut en bas de la densité de l'atmosphèi'e, tout rayon lumineux, dans une direction rapprochée de la tangente, décrit une ti'ajectoire à concavité inférieure dont la courl3ui-e est à peu près égale au douzième de celle d'im des grands cercles de la sphère (Bravais). C'est la réfraction normale.

III. L'indice de l'éfi'action (') de l'air est l.OOU'iO. celui de la vapeur d'eau l.OUO'Ji; par consé(iuent de l'air cliai'gé d'hinnidité est moins réfringent que de l'air sec. Les couches atmosphériques en contact avec le lac étant plus luunides, leur pouvoii- de réfraction est amoindri, et la courbure des rayons lumineux (|ui les ti'aversent est diniiiniée. Cette action des diflerences d'Iiuinidih'^ est ti'ès faible; elle peut le plus souvent être négligée.

IV. La temj)ératine modifie la densité de l'air. Plus l'air est cliauil, ])lus il est dilaté, moins il csl dense.

Par le fait du contact avec une surface opaque comme la terre, lortement réchauirée par le rayonnement solaire, les couches inférieures de l'air sont en généi'al plus chaudes que les couches plus élevées; il y a le plus souvent slcalilication tlu'i-nii([ue inverse (-) dans laquelle

(I) A la tr'uiiiénituro de G» et sous U.76'" de pi-ossion.

(-) Nous gardons ici la terminolo^fie qui nous a été si commode pour la stratification de l'eau. Une stratification d'ordre direct, (stratification directe) est celle dans laquelle les couches les plus chaudes sont superposées aux couches les plus froides; une stratification inverse est celle dans laquelle les couches

RÉFRACTIONS NORMALES ET ANORMALES ■'Al

les couches les plus froides sont supetposées aux couches les plus chaudes. 11 en résulte que la densité des couches inférieures est en général moins forte qu'elle le serait si la tempéi'ature de l'air était urjiforine. 11 en l'ésulte cfue la l'éfraction normale est moins importante que si la pression agissait seule pour déterminer les variations de densité de l'air. La courbure des i-ayons lumineux est moins prfuioncée.

Cet effet de la tempéi'ature peut être si puissant (lu'il arrive à dépasser l'effet de la pression atmosphérique. Si la stratitication thermique est très serrée, comme cela a lieu pour un rayon rasant un corps très chaud, la courbure peut avoir lieu en sens inverse, et le rayon décrit une courbe à concavité supérieure.

Au contraire, si la stratitication thermique est directe, c'est-à-dire si les couches inférieures sont plus froides que les couches supérieures, les deux elTets. augmentation de la densité par la pression, augmentation de la densité par la température, s'additionnent, et la déviation du rayon lumineux, suivant une courbe à concavité inférieure, devient très forte; elle peut presque atteindre la courbure du grand cercle de la terre. Je n'ai jamais vu qu'elle la dépasse.

Or ces deux faits peuvent se produire à la surface d'une nappe d'eau telle qu'un lac. Ou bien l'eau est plus chaude que l'atmosphère susjacente ; par son contact avec l'eau, l'air se réchauffe en couches d'autant plus chaudes qu'elles sont plus près de la surface liquide ; la stratification de l'air est inverse, et alors les rayons lumineux rasant le lac décrivent une courbe à concavité supérieure (voir lig. 180, p. 515). (Mi bien l'eau est plus froide que l'air, l'air en contact avec le lac est sti-atilié en couches dont la température décroit de haut en bas; la stratification est dii'ecte et la concavité de la ti'ajectoii'e lumineuse regarde en bas avec une courbure exagérée (voir tîg. 131, p. 515).

De là deux classes générales de phénomènes de réfractions. Nous les désignerons d'après leur cause généi'atrice et nous les appellerons :

plus chaudes sont au-dessous de couches phis froides. Il y a bien daus l'apiilication à l'atmosphère de cette terminologie rationnelle l'inconvénient d'une confusion possible avec ce que l'on appelle l'inversion de la température dans laquelle les couches supârieures de l'air sont plus chaudes que les inférieures ; il y a, dans ce cas, inversion de l'état habituel de la stratification thermique de l'atmosphère; mais en réalité, cette inversion est un retour à l'état normal ; les gaz les plus chauds sont, indépendamment de leur compression, plus légers que les gaz plus froids. Il suffit, je l'espère, d'être averti de cette distinction, ]iour (ju'aucune confusion ne soit à redouter.

518 OI'TIQUK

liéfractioiis sur eau chaude: pai- ce terme je condense lu phrase phis explicite de : i-éfractions dans une atmosphère superposée à une eau plus chaude que l'air.

riét'ractioiis sur eau lididc pnur réfraclirms sur une eau plus froide que l'air.

Dans ces deu.x groupes,nous pouvons avoir à distinguei- deux ordres de faits :

a) Les phénomènes de réfraction consistant simplement en un déplacement des objets considérés.

h) Les phénomènes de mirage, apparitions iriniages secondaires des objets considérés, ou d'images sans réalité.