HÉKH ACTIONS SUR EAU CHAUDE

Ces miraiies étaierit donc dans des conditions anormales. Tout antre explication étant exclue pai' les circonstances de temps et de lien, j'attribuai la production de^ce mirage à une stratification de l'air en couches inégalement humides, de richesse en vapeur d'eau croissante de haut en bas.

Depuis cette époque, j'ai fréquemment observé en été, sur le Léman et ailleurs, des mirages très semblables à nos mirages d'hiver, mais se produisant dans les mêmes conditions qu'à Zoug, c'est-à-dire dans un air plus chaud que la surlace du lac. Pendant Tannée 1889, j'ai noté le phénomène jusqu'à 37 t'ois.

Je mesurais la température de l'eau du lac au bout du débarcadère de Morges. Cela me donnait, il est vrai, la température littorale, et non la température pélagique ; mais la seconde est normalement en été plutôt plus basse que la première, et sous ce rapport la correction de l'erreur que je pouvais commettre aurait probablement exagéré l'anomalie des conditions du mirage (•). Je mesurais en même temps la températui-e de l'aii- au tliermomètre de la colonne météorologique du quai de Morges. J'avais là, il est vrai, une cause d'erreur assez grave; en effet, c'était de l'air de terre-ferme et non de l'air lacustre, de l'air peut-être plus chaud que l'aii" sus-jacent au lac. Mais cette erreur, probable dans certains cas, était nulle dans d'auti-es cas assez nombreux. Ainsi fort souvent, quand je constatais ces mii-ages siu- eau froide, le vent soufflait en rebat, venant du large sur la terre ferme ; le thermomètre était donc baigné dans un air lacustre qui nous apportait la températiu-e du plein lac. Ainsi encore, dans quelques cas où ces mirages étaient bien prononcés, je suis sorti en péniche jusqu'à quelques kilomètres au large, ou bien j'ai lait ime course en bateau à vapeur, voire même une travei-sée jusqu'en Savoie, et j'ai constaté qu'en plein lac il y avait de même des conditions anormales pour la production du mirage, à savoir superposition d'un air plus chaud sur un lac plus froid. Enfin la différence énorme de température que j'ai constatée parfois, jusqu'à G ou 7 degrés en mai et juin 1889, exclut toute idée d'erreur d'observation, suffisante pour expliquer le phénomène. Quelque erreur partielle que j'aie pu faire dans les lectures thermométriques, il est impossible qu'en les additionnant on puisse

(') ("/est ce que j'ui pu véiùtler [pour les observutions des mois de juillet et août. où je disposais des températures pélagiques mesurées par les capitaines de bateau à vapeur. L'anomalie a lo plus souvent été exagérée, jamais elle n'a été annulée.

satisfaire aux (> à 7 degi-és et plus ([ui i-établitai(^ut les eoiulitious nécessaires du iiiiiage classique.

Je vais donnei- quelques exemples de mes obseivations de 1889 qui iiKiutrci'oiit les conditions du [ilu'uomène. Toutes les lectures ont été laites à midi :

Date.

24 mai-s 4 aviil

13 mai 31 »

21 juin

9 juillet 11 »

17 août 24 »

24 sept.

j Tempérât, de l'air

Température du lac.

littoral.

littorale.

pélagique.

ly.t)

Différence

Etat du lac et du ciel

Kebat, grand -beau

id. gris

Yauderon, gris-bleu

Calme, grand -beau

Rebat id.

id. orageux.

id. grand-beau

id. id.

Sud ois l'ai b le. Averses

Calme, grand-beau

Rebat id.

Je conclus de ces faits et de ces chiffres (}ue dans un air plus chaud que l'eau sous-jacente. il peut y avoir apparition d'im mirage semblable ou analogue au mirage (riiiver.

Je ne suis pas le seul qui ait fait ces constatations. J.-L. Soret, que j'avais consulté sin- mes observations de Zoug, dans sa note du ."■) juillcl 1888. les décrit en ces termes (') : « Au mois de juin 1888, à Evian, il a observé le mirage ordinaire lors même que, tout au moins pour certaines de ces journées., la température de l'aii- dût être supél'ieure à celle de l'eau... 11 est possible que ce fait se rattache à l'état hygrométrique de Tair. » Dans Tété de 1889, MM. Ch. Duloiir. à Morges, et A. Delebecque, à Thonon, avertis par moi île ces anomalies, ont répété ces observations et les ont entièrement confirmées.

Je suis donc autorisé à al'lirmer que quehiue chose île très analogue au mirage classique des autem-s, au mirage du désert, à ce que j'appelle le mirage des réfractions sur eau chaude, peut apparaître sur le lac

0) Archives do (icnrve. XX. :!ir2. ISSS.

HÉFHACTIOXS SUK EAU CHAUDE 535

lorsque Fair est sii|)('i-p()S(' à iiiio cjiii plus Iroide : (jiie par conséquent cesmii'ages sur eau froide existent bien réellement.

— Etudions maintenant les conditions de ce mirage sui- eau Iroidiet les particularités qu'il présente.

A. Le mirage sur eau froide succède sans interruption au mirage suieau chaude. Dans la matinée des joui-s d'été où je l'ai observé, les circonstances du mirage normal étaient parfaitement représentées; l'aiiétait plus froid que l'eau et nous avions siu' le lac les réfractions normales sur eau chaude. Bientôt, sous l'action du soleil, l'air se réchauffait, arrivait à être aussi chaud que l'eau, puis plus chaud. Nous aurions attendu à ce moment suppression des réfractions d'abord, puis changement de type et apparition des réfractions sur eau froide. Mais, et c'est ce qu'il y a d'anoimal, \e mirage persistait, sans modifications sensibles, les réfi'actions ne transformaient pas leur type. Ce mirage sui' eau froide n'est donc pas autre chose que la prolongation ou la persistance du mii-age sur eau chaude après que la tempéi-ature de l'air s'est élevée.

B. Nous avons montré, par les observations citées, que le mirage suieau chaude peut persister sur l'eau froide alors que la température de l'air est de 3", de 5 et même de 7*^ plus élevée que celle de l'eau. Admettons (]ue par des erreurs d'obsei'vation, de correction des thermomètres, et surtout par les conditions de la localité où se faisaient les lectures thermométriques, cette difîérence doive être réduite de 2 ou 3 degrés dans les régions du lac où s'opéraient les réfractions — toujours est-il qu'il est incontestable (pie la persistance du mirage peut se continuer non seulement dans un air de même température que l'eau sous-jacente, mais même dans un air plus chaud de plusieurs degrés que l'eau de sinlace du lac.

C. Si je prolonge l'observation dans l'après-midi, je vois le plus souvent le type des réfractions changer presque subitement; en un quart d'heure, en quelques minutes, le mirage a disparu et nous nous trouvons en présence des réfractions sur eau froide que nous décrirons bientôt. Ce changement est très rapide ; j'ai plusieurs fois été témoin de cette transformation ; elle a lieu d'abord sur une partie seulement du lac, puis elle gagne successivement toute l'étendue de l'horizon visible ; c'est ce qu'on appellerait en style de théâtre un changement à vue.

D. Le mirage sur eau froide n'a jusqu'à présent été observé que par

iiji temps (le calme ou do biises légères, i-ebat, morget on vent sudois très faible. Je ne l'ai jamais noté par des temps de tiiande bise, de grand siidois, ou de grande vaudaire

E. La grandeiii- (bi iiiiiage sur eau froide peut être assez foite. Sans que j'aie fait des mesures d'angles, je puis cependant dire que je lui ai vu toutes les grandeui^s que l'on observe dans le mir-age normal iFliiver.

Une seule fois, le 9 juillet 1894 à midi, j'ai essayé d'appréciei' l'intensité de ce mirage sur eau froide (voyez p. 530) : température de l'air •26.5", température du lac 21", airs de rebat. Je visais la pointe de la Venoge, distante de 2300'» du fjuai de Alorges oii j'étais en observation. La tangente /* partie de la Venoge aurait passé, s'il n'y avait pas eu de l'éfraction. à -43''|» au-dessus de l'eau à Morges. Oi-en réalité je n'ai'rivai à li-ouver la baiiteui' //', oii le point visé était sur la ligne de l'horizon, qu'en plaçant mon (cil à '2.'-25i".

Ce jour- là /('

ce ([ui est évidennnent un rapport assez élevé.

F. Quant aux caractères accessoires qui accompagnent le mirage sur eau chaude, rappi'ochement du cercle de l'horizon, abaissement de l'horizon apparent, exagération de la courbure apparente de la nappe d'eau et dentelures des vagues à l'horizon, je les ai reconnus au mirage sur eau froide. Le 3 juillet 189-4 à l'2'', par une température de l'air de 27.5", le lac étant à environ 22", les mirages sui- eau froide étaient très nets ; il soiifllail un petil lohat et j'ai vu très clairement les dentelui'es des vagues ; j'ai même aperçu des deux côtés du bateau à vapeur qui venait de St-Sulpice à Morges les vagues soulevées, suspendues en l'air connue colles (|ue j'ai dessinées fig. 138, p. 522. Le lendemain, dans des conditions analogues, j'ai reconnu le rac("oui'cis.sement ('Vident du cercle de l'horizon. Le cercle (l(^ fliorizon passait à 2300'" iin.iiiil j'avjlis l'ceil à 2.25'|| au-dessus de Teau. Or à 2'" de hauteur de r(eil, la ligne de l'horizon, sans réfraelion. |)ass(M'ail à [dus de 5''|||. Le 10 juillet, par des conditions assez semblables, j'ai noté ({ue la ('oinl)ure apparente du lac était évidennnent très aggravée; il soufllail un petit sudois.

C. Dans les mii'ages siu- eau Iroiile. j'ai constaté souvent une forte asyméti'ie de l'image réiléchie ; celk'-ci est fortement i-(Vhiiie en hauteiu" et j'ai plusieui's fois dessiné sur mes notes l'aspect d'objets dont le

mirage n'avait que le '/» on le '/i de la liauteiir de Tiinage vraie. La ligure 14'2 repi-osente comme exemple une bar(|iie du Léman avec ses voiles en oreilles dont le mii-age n'est point du tout égal à l'image vraie.

Ce qui vérilie bien cette réduction de l'image réfléchie du mirage, c'est son plus grand éclat; elle apparaît plus brillamment éclaii-ée que l'image vraie ; la même somme de lumière se répartissant (pig. 142.) Muage sur sur une surface plus petite, cette apparence de plus ^^" froide. Asymétrie

de l'image du mii-age.

grande illumination confirme l'impression, très nette en certains cas, de compression de l'image réfléchie. Cette observation a été répétée par MM. Ch. Dufour et Delebecque.

La réduction en hauteur de l'image réfléchie s'observe quelquefois dans le mirage sur eau chaude. Woltmann, Biot, Hubbart, Bravais l'ont déjà noté; mais dans ce cas, la réduction m'a semblé beaucoup moins forte et moins fréquente que dans le mirage sur eau fi'oide. Cette différence dans la hauteui" de l'image réfléchie est le seul caractère qui me pai'aisse difîérencier ces deux ordres de mirages.

H. Cette réduction considérable de l'image réfléchie dans le cas du mirage sui- eau froide pouri'ait faire confondre le phénomène avec celui que nous avons déciit sous le nom d'images de Ch. Dufour, soit la déformation d'un objet à l'horizon qui se réfléchit sur la surface sphéroïdale de la nappe lacustre (p. 509).

11 est cependant facile de les séparei-, et je suis sûr de ne pas faire erreur en les décrivant comme deux choses bien distinctes. J'ai en efïet observé ce mirage sur eau froide par des temps de brises assez fraîches pour agiter très nettement la surface de l'eau.

D'une autre part j'ai constaté, et M. A. Delebecque a vérifié ce détail, que tandis que le mirage était fort bien visible loi-sque l'œil était près de la surface de l'eau à 1 ou 2"' au-dessus du lac, il disparaissait lorsque l'on s'élevait à 5"', 10'", '•20"i au-dessus de cette nappe. Cette image est donc bien un mirage et non pas un phénomène de réflexion.

— Comment expliquer ce mirage sureau froide, cette persistance du mirage dans le milieu des joui-s d'été alors que les rapports de température entre l'air et l'eau devi-aient l'avoir l'ait cesser, et semblei'aient exiger l'appai-ition des réfractions siu- eau froide?

Deux solutions se présentent à ce problème, fune et l'autre avec ses difficultés. Les voici telles que je les comprends :

538 OPTInLi:

1" La première hypothèse, dans laquelle je me rencontre avec l'opinion de J.-L. Soret. cherche Texplicatioii dans des ditïèi-ences d'humidité. Il iaudi-ait admetti-e une str-atification des couches aériennes diversement chargées de vapem- (rpaii. (rinimidité croissante de haut en bas. On sait en effet que la vapeui' d'eau a un pouvoir de rétraction plus faible que celui de Tair. Un air plus humide doit donc réfracter les rayons liunineux plus laiblement qu'un air sec; pai- conséffuent un air stratifié suivant ime humidité croissante doit agir- dans le même sens (|u'un air stratitié suivant une chaleur croissante.

Il serait donc admissible (priui air i)lns hiunide à la surface de l'eau que dans les couches supéi'ieui'es pi'oduisit les mêmes phénomènes optiques qu'un air stratifié thenniquement dans l'ordre inverse.

J'ai soumis la question à mon ami le professeur Ed. Hagenbach. de Bàle, et voici la l'éponso qu'il m'a donnée ( K) mai 1889) :

« Le problème peut se traiter par le calcul en faisant ime série de suppositions pour la température de l'air.

Prenons de fair à 2" C. Admettons (|u'au contact du lac il soit salure d'humidité, tandis que les couches plus élevées soient très sèches, avec une humidité relative de 0.30.

La tension de la vapeur d'eau sera

dans faii- saturé, à 1.00 d'humidité relative 5.3""" — sec, à 0.30 — 1.0

dillérence 3.7

soit 0.005 de la pi-ession atmospliéri(|ue.

L'indice de réfraction de l'air est l.OOO'iO

— de la vapeur d'eau est 1.000 'i()

difféi-ence ~aOÔ003

Donc une quantité de 0.005 de vapoui- d'eau diminuerait l'indice de

réIVaction de l'air de O.OOO 00( ) 15

D'im autre côté une élévation de température de 1" ('-. dimiiiuerail l'indice de réfi-action de l'aii- de 0.000 OOl

Donc dans ce cas une diminution de 0.00000015 dans findice de réiraction de l'air, due à la .stratitication (riiumidiié serait égale à faction d'une stratification thermique où la différence de température serait de 0.15".

Par le môme calcul poiu- de fair plus chaud, en atlmeltant les mêmes différences d'humidité (saturation de l'air à la surface de l'eau, 0.30 d'humidil('' rclalivc dans les couches su|x''i'ieures), felfcl siu' findice de ri'l'raction d(^ fair serait égal :

HEFHAt.TIO.NS SUK EAU i:iIALI)K

|)oiii- de fair à 10" à une dilleience de température de O.'iG" — à t>0" — — 0.48^'

Cet efl'et est donc d'autant plus Ibrt (juo la tenipéfatui-e de l'air est plus élevée. »

Ainsi donc, d'après ces calculs de Hagenbach, l'eiret d'inie stratification d'humidité croissante de haut en bas a lieu, au point de vue des réfractions, dans le même sens que celui d'une stratification thermique de l'ordre inverse, chaleur de l'aii- croissant de liant en bas. Seulement cet effet est excessivement faible. Dans les conditions où nous avons observé nos mirages sur eau froide, par des températures de 10 à 20", l'efTet extrême de la stratification d'humidité ne peut dépasser celui de différences de température de V' à V^ degré. Or nous avons vu que les différences entre la chaleur de l'air et celle de l'eau atteignent par- Ibis % 4 ou 6 degrés et plus. Cette explication semble donc insuffisante.

2^ hypothèse, f^a stratification thermique de l'air dans l'ordre inverse (avec les couches plus chaudes au-dessous des couches plus froides) qui existait dans la matinée alors que l'air était plus froid que l'eau, persisterait malgré le réchaufïement de l'air à une température supérieure à celle de l'eau.

Poiu' cela il faudrait :

d'une part que les différentes couches d'air, sous l'influence des i-ayons solaires, élevassent leur température d'une quantité à peu près égale ;

d'une auti'e pai't que l'action de l'efroidissernent des couches inféi-ieures au contact de l'eau restée plus froide fût nulle ou très lente.

En d'autres termes, il faudrait que le réchaufTement de l'air par action solaire dépassât en intensité ou en vitesse le refroidissement des couches inférieures par l'efTet du contact avec l'eau froide.

Nous aurions par exemple les stratifications successives que voici :

Air

Eau

.Mirage

Mirage

Réfra(

'fions

sur eau chaude

SUl

• eau f[-oi

le.

eau f

•oide

Est-ce possible? Est-ce admissible? Est-ce conciliable avec ce que nous avons vu de la rapidité prodigieuse de la production du mirage dans les réfractions sur eau chaude dans les cas de bise souillant sur le lac au Tond du golfo do Moi'ges ? (Voir page 526.)

.le soumets le problème, sans avoir la pi'étention de le résoudre, aux malties dans l'étude des rélractions et mirages.