HÉFHACTIOXS SUR EAU CHAUDE

l'eau, plus seiTée devra être la coui'bure de la trajectoire réfractée qui arrivera à notre œil, plus aussi la tangente à cette courbe fera un angle plus fort avec le rayon direct. Par conséquent les divers points AB de l'objet visé paraîtront dans leur mirage A' B' d'autant plus bas au-dessous de l'image vraie qu'ils seront eux-mêmes plus haut au-dessus de l'eau. A' image de A appai-aitra au-dessous de B' image de B parce que A est situé lui-même plus haut que B. Par conséquent l'image réfractée sera symétrique, renvei'sée au-dessous de l'image vraie. F^lle apparaîtra comme une image réfléchie. Elle forme le mirage.

Le mirage est donc l'apparition au-dessous de l'image vraie d'une image symétrique, renversée au-dessous de celle-ci. On dirait d'ime image formée sur un miroir, ou sur une nappe d'eau calme.

C'est en ces termes que j'essaie de donner, indépendamment de toute formule et de toute expression mathématique, je ne dirai pas l'explication, mais la description populaire des réfractions sui- eau chaude et du mirage.

Quant à sa théorie scientilique, je i-envoie aux nombreux mémoires qui ont aboi-dé et épuisé la question, comme ceux de Monge (^), Biot(-), Bravais (^), .1. Macé de Lepinay et A. Perot('), etc.

Tant de maîtres ont traité ces problèmes qu'il nous reste peu de chose à glaner pour des observations originales sur notie lac. Voici cependant le petit contingent que nous pouvons appoi'ter à ces études :

1. Le mii'age accompagne toujours les réfractions sur eau cliaude. Il semble en êti-e un symptôme nécessaire. Je ne l'ai jamais vu manquer lorsque les conditions de sa production, superposition d'un air plus froid sur un lac plus chaud, sont repi'ésentées, c'est-à-dire pour le Léman pendant les trois quarts de l'année. Le mirage est d'apparition très fréquente.

Les réfractions sur eau chaude et le mii-age qui en est le phénomène symptomatique le plus apparent, ont lieu sui- le lac avec plus

(1) Sur le phénomène d'optique connu sous le nom de Mirage. Description de l'Egypte, 1799. t. I.

('^) Sur les réfractions extraordinaires qui s'observent près de l'horizon. Mémoires de l'Institut de France. X. 181<t.

(3) Annuaire météorologique de la France, IV, 2i7, Paris 1853.

('•) Annales de Chimie et de Physique. XXVIII, 1892.

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d'évidence que sur une surface terresli'e (iuelcon([ue. I.a parfaite régularité de la nappe aqueuse en iviid l'ohservalicm plus facile que sur une plaine avec ses accidents inévitables.

Je n'ai pas vu de plus beaux mirages, ni dans la plaine de la Crau, entré Arles et Mai'seiJIe. ni dans le Saliai-a de P>iskrab. que ceux que nous pouvons admirer chaque jour d'hiver sur le Léman.

Les réfractions sur eau chaude ayant lieu chaf|ue fois que l'air est plus Iroid que le lac. il en résulte que le mirage est presque constant dans ran-ièi-e-automne et dans l'hiver pendant toute la journée, au printemps et en été pendant la matinée seulement. Cela résulte de ce (pie nous avons dit des rapports de températui-e de l'aii' et de l'eau du lae. C'est le type de réfraelion de beaueou|) le plus rr('(|uent sur le Léman

2'j Les mirages sont appai'ents sur le lac ([uel que soit l'état d'agitation de l'air: j'en ai constaté par les bises les plus violentes, par les lacs les plus loininentV's ('). L'inunobililé de l'image l'étléchiedu mirage fait alors un contraste frappant avec la turbulence des Ilots qui s'entrechoquent près de nous. On dirait la juxtaposition d'un lac d'huile à l'horizon, au-dessus el au-delà de la l'égion où s(''vit la tempét(\

3" On iK^ peu! (|u'("'lre étonné de la ra[)idité avec la(|uelle la stratilication thermique nécessaire pom- la production du mii'age s'établit sur le lac. Ouand, en hiver, il souffle un vent de bise, si je vaism'établir au iond (lu golfe de Morges dans le jai-din de la IJIanchorie, si je i-egarde dans la direction de la Venoge, mon rayon visuel traverse de l'air qui ai-rive directement de la teri'e ; il n"a jias cheminé plus d'ime centaine de mètres sur le teri'itoire du lac. C'est de l'air de tei're ferme, par cons(''(|uenl de l'air (|iii. jusipi'à sou arrivée au lac, a été en contactavec un sol plus froid (pie la lempéi-ature moyenne de l'air, sur de la neige glacée, par (wemple : cet air n'avait donc en rien la stratification thermique inveise (|ni produirait les i-(''fra(iions du mirage. (-)

Et cependant les réh-actions d'hiver el le mirage y sont déjà évidents et i)i'illan1s.

(') l'enciaiil que je corrij,'eais les ('■i)reiivès de ce chapitre, j'ai cependant constaté l'absence C(jniplrle de tout inira'^'e [lendant la bise t'urieuse du l"'' octobre 1894. A 'Ji' dans lo direction sons le vent, la pointe du Eoiron vue de :MorRes ne montrait jias trace de niiraj^'O, ni("'nie sur le niiinii' que j'ai)aissais à quelques centinu''tres de l'oan ; el cependant je voyais la ligne d'iiorizon entre l'objet visi"' et inui. Teni]ii''rature de l'air '.i.^", température du lac 12.1)".

(•-) .l'ai vu des mirages dans ces condilimis entr'autres le 2 décembre ISSU, à 14'', bi température de l'air étant — l.-i", celle du lac |- (1.4°, la bise étant très forte et le ciel sori'in.

RÉFRACTIONS SUR KAU (.IIALDI-: 5i27

Si jioiis (loniKdis à la l)ise imc vitesse de 5'", de lO'" par seconde, et si nous coiistatoiis (|iie le Irajet de l'air sur le lac n'a été que d'une centaine de mètres au plus, nous arrivons à la notion très étonnante, presque incroyable, ([u'il a sulli de 10 ou "20 secondes de temps pour que l'air ait ])ris sur le lac la stratification therini({ue nécessaire à l'établissement du mirage. Cela est conlbime, mais en l'illustrant d'une manière instructive, avec ce que nous savons de la décroissance rapide d'un cour:iiil d'air ([ui se meul sur luje surface solide, rugueuse; cela indique probablement l'adhérence à Teau d'une couche d'air déjà réchaidlée par un contact prolongé, qui avance avec une vitesse beaucoup plus lente que les couches d'air superposées, emportées pai- la violence de la bise.

4<J Les réfractions sur eau chaude et le mirage sont visibles sur le lac dès que le cercle d'horizon apparent est moins éloigné que la côte opposée. Ils ne deviennent bien évidents que lorsque le cei'cle de l'horizon n'est pas ti-op distant, et que par conséquent les objets situés au-delà de ce cercle sont encore suftisamment nets. Il en résulte (jue les phénomènes de mirage ne sont faciles à constater que lors([ue l'œil de l'observateur est à une faible hauteur au-dessus de la nappe du lac, quelques mètres à peine.

On peut cependant voir le mirage d'une station même assez élevée. Ainsi le 16 octobre 1894 à 15'', de la terrasse de Clùgny. sur Morges. à 75'" au-dessus du lac. j'observais de superbes mirages dans la direction de Montreux. Chillon et Villeneuve, à la distance de 35'^'". L'aiiétait d'une transparence admirable et sa température ti-ès fraîche donnait de bonnes conditions des réfractions sur eau chaude.

50 Comme nous l'avons dit, en cas de réfraction sur eau chaude, le cercle de l'horizon apparent est notablement rapproché ; il s'en suit que les mirages se manifestent en hiver sur des objets qui en l'absence de réfraction eussent été bien en deçà de ce cercle.

C'e.st ainsi qu'en hiver (observation du 14 décembre 18<S'.)) j'ai pu constater des mii-ages sur la pointe du lioiron. distante de 1600"' de la gi-ève du Parc de Morges, quand mon œil était à ti.'i"' au-dessus de la nappe du lac. A cette hauteur visuelle, le cercle de l'hoiizon normal passerait à 52{)'2i" de l'observateur (^') ; en réalité ce ioui--là le cercle de

(') Pour calculi'r cette ilislanc(\ je me sers siiupleinent de la rorninle doum'-e à la page 6 de ce vuluiiie; je n'y fais pas intervenir la valeur de, la réfraction normale. Celle-ci augmenterait encore la distance de l'horizon réel, et la différence signalée entre cello-ci et l'horixiin ajiparent serait encore plus forte.

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riiorizoïi ci|)|)aiviil passait en deçà de 1600'": il y avait donc i-approchement de plus de 3.3 pour la distance de ce cercle d'horizon.

5" 11 n'e.st pas besoin d'une surface d'eau bien étendue poin- voir le mirage ; il suffit d'abaisser l'œil près de la nappe aqueuse et alors le mirage devient apparent, même à de comles distances; dès que la branche ascendante de la trajectoire réfractée peut se relever poui' arriver à l'œil, il y a pi-oduction du mirage.

Dans mes études de janviei- 188i>. j'ai cherché, à l'aide d'un miroir argenté que j'abaissais progressivement jusqu'à la surface de l'eau si je pouvais trouver une limite à ces mirages et je n'y suis pas arrivé. A 10''". à 5'"' au-dessus de l'eau, par unbeaujour d'hiver, le mirage e.st dans toute son évidence; je l'ai suivi avec cerliludc jusqu'à ti''", et même à 1''"' au-dessus de la nappe d'eau. Plus bas je n'ai pu obtenir une observation certaine, cai' même dans les calmes les plus parfaits, il y avait toujoui's assez de lionlo poiw (|ue la vague vint moiiiller le miroir à 1'"' au-dessus du niveau moyen de Toau. et altérer la pui'eté de l'image.

Lorsque le rayon visuel est ainsi presque à Heur d'eau, la tangente va couper la surface du lac à un bien court éloignement; des feuilles mortes que je jetais sur l'eau et qui flottaient à dix mèti'es de distance me semblaient être sui- la ligne de l'horizon apparent. C'était il est vrai une illusion duc au rapprochement du cercle d'horizon par la réfraction siu" eau cliaude; cai' à l*"'" au-dessus de la nappe d'eau, en l'absence de [•éfractions, la tangente devrait passeï- à 357"' de distance de l'observateur.

G» La giandeur du mirage, c'est-à-dire l'angle formé pai- le plan caustique avec le plan de l'hoi-izon apparent, a été étudiée sui- le lac Léman par Louis Dufour('). Il l'a mesurée de sa station de Villeneuve et lui a liouvé des valeurs variant de 3 à 4, à (i minutes de degré; dans le cas le plus exagéré, il a constaté un angle de -ir4'2". Cette grandeui' n'e.st pas la même pour divers objels situés à des distances inégales.

Dans la règle, le mirage est plus grand jjour des objets éloignés que pour des objets rapprochés; la dilférence n'est du reste pas très lorle. .J'en donnerai im exemple tiré des observations de L. Dul'our :

(') L. IhifoHv. Des températures de l'air et des mirages à la surface du lac Léman. Bull. S. V. S. X., Y, 26 sq. Lausanne 1858.

RÉrRACTIOiNS SUR EAU CHAUDE 529

8 octobre

icSV

Villeneuve.

localité visée,

distance.

grandeur du miraj^e.

Clafens

Basset

Vevev

Exceptionnellenient, la difîéieiice est en sens invei'se, et les objets les plus éloignés semblent moins relevés au-dessus de la ligne d'horizon iippai'ent. Exemple de L. Du four :

8 octobre icS,">4. 8''. Villeneuve, localité visée. distance. grandeur du mirage.

Vernex 4600>" 7'30"

Clat-ens 5220 7'50"

Basset 5900 6' 0"

St-Saphoi-in 12920 4'48"

Du feste la grandeur du mirage varie avec la liauteur de l'œil audessus de la nappe d'eau. Dans plusieurs séries d'observations oii il déplaçait la hauteur de l'œil de 1.8'" à 0.75"^. L. Dufour a toujours vu la grandeur du mirage augmenter à mesure qu'il se rapprochait de l'eau. J'en citerai im exemple : La pointe du Basset, à 5900'» de Villeneuve, le 5 octobre 1854 à 8''30'i^''i, paraissait soulevée au-dessus de l'horizon apparent :

pour l'a-il à 1.75'" de l'54"

Entin L. Dul'our a encore constaté que la grandeur du mirage est très variable ; en suivant le même objet, de minute en minute, il voyait le soidèvement du plan caustique au-dessus de l'horizon apparent tantôt augmenter, tantôt diminuer, de plusieiu's secondes de degré, de pIusieLu\s minutes même :

.5 octobre 1854. L'œil étant à Villeneuve à 75''"i au-dessus de l'eau, la pointe du Basset distante de 5900"i, apparaissait soulevée :

à 8i'45'^'" de 4'12"