F. PHÉNOMÈNES DE PÉNÉTRATION DE LA LUMIÈRE DANS LES EAUX

Nous étudierons successivement la transparence de l'eau du lac, et un certain nombre de phénomènes accessoires qui se relient à la pénétration des rayons lumineux dans les couches liquides.

L'eau dans la nature, quelque limpide qu'elle apparaisse, n'est pas absolument transparente; elle airête bientôt les rayons lumineux. Ce n'est qu'avec des soins très minutieux et des ai'tilices de laboratoire

TRANSPARENCE DE L'eAU 409

fort compliqués que J.-I.. Soret est ari'ivé à obtenir de l'eau qui parût physiquement pure, qui, pat- exemple, ne laissât pas voir la trace (l'un rayon lumineux concentré par une lentille. Ce qui lui a le mieux réussi pour purifier ainsi l'eau, c'est, après des distillations répétées et compliquées, le i-epos absolu en flacons fermés, prolongé pendant des mois et des années ('). Au bout d'un long temps, tous les corps en suspension se sont ou élevés à la surface, ou précipités sur le fond du vase, et l'eau semble absolument pure.

De l'eau physiquement pure absorberait -elle encoi'e les rayons lumineux ? C'est probable.

L'eau du lac Léman est célèbre par sa transparence. F^lle est, en elïet, bien plus limpide que celle des fleuves et rivières de la plaine, et que la phipart des petits lacs et étangs. Mais elle est loin d'être parmi les plus transparentes, et sa transparence n'est que très relative comme nous allons le voir.

Nous avons étudié la transpai'ence des eaux du lac Léman par trois méthodes différentes :

1" En cherchant la limite de visibilité par la méthode du Père Secchi et par la méthode de la commission genevoise.

2^ En cherchant la limite d'obscurité absolue pour les substances photo -sensibles.

3" En interrogeant les plantes et animaux de la région protonde.

Nous renverrons à une autre partie cette dernière méthode dont l'exposé implique la connaissance des faits de la biologie du lac, et je ne traiterai ici que les deux premières.

A. La limite de visibilité, étudiée par la méthode du Père Secciti.

Pour étudier la transparence d'un corps, le procédé le plus simple est de chercher l'épaisseur de ce corps qui arrête complètement les rayons visuels. Dans le cas spécial de la transparence des eaux,les navigateurs de tous les temps ont fait descendi-e dans l'eau un corps blanc, une assiette de porcelaine et ont noté la profondeur à laquelle elle dispal'ait à l'œil (-). Cette observation élémentaire a été élevée à la valeur

(') (lommunication personnelle de Soret.

(-) Voir rénnmération des études anciennes et modernes faites par cette méthode dans 0. Knïmmel. Bemerkungen ûber die Dnrchsichtigkeit des Meer- Avassers. Ann. der Hydrographie, 1889. II, 62.

d'une méthode scientique par le Père A. Secchi, de Rome, qui, en 1865, fit au large de Civita-Vecchia une campagne pour déterminer, par ce procédé, la transparence des eaux de la Méditerranée. (')

Pour simplifier la description, j'ai introduit la désignation de Méthode du Père Secchi pour l'étude de la transparence des eaux qui cherche la limite de visibilité d'un disque blanc descendu dans l'eau. Ce n'est pas à dire que nous n'ayons pas notablement modifié les dispositions de l'illustre physicien du Collège romain.

J'emploie, ou bien un disque en feuille de zinc, vernie en blanc, de "20'^'" lie diamètre, attachée à une coi'de graduée, ou bien une assiette de faïence blanche, de mêmes dimensions. La plaque de métal est moins fragile ; l'assiette en faïence conserve plus longtemps sa couleur blanche. Quel que soit le disque blanc, je le fais descendre dans feau et je cherche la profondeur à laquelle il disparaît à l'œil en descendant, celle à laquelle il apparaît à l'œil en remontant ; la moyenne de ces deux chiffres me donne la profondeur limite de visibilité.

Pour éviter l'effet d'éblouissement que cause la i-éflexion sur la surface de l'eau d'un ciel trop brillant, il est bon de tenir lui parapluie noir ouvert au-dessus de la tète; en son absence, j'y supplée en penchant assez mon corps en dehors du bateau pour que le disque appai-aisse au milieu de l'image de ma tète, laquelle, mal éclairée, réfléchit très peu de lumière.

L'état de la surface de l'eau a une importance très grande dans l'observation. S'il fait des vagues, ou si seulement le lac est ridé par les petites vaguelettes d'une brise légère, les rayons lumineux sont tellement brisés, réfractés et rétléchis en divers sens, que Ton ne voit pas ou l'on ne voit que mal fobjet qu'il faut suivre sous l'eau. Je cherche donc à opérer autant que possible par un lac calme ; en temps de brise, ou bien j'oriente mon bateau de manière à faire l'observation du côté tranquille, sous le vent, ou bien j'éteins les vaguelettes à l'aide de quelques gouttes d'huile versées à la surface; ou encore, j'utilise la lunette à eau ou le baquet à fond de verre de nos pêches lacustres (-) ; la lame de verre du baquet absorbe une certaine quantité de lumière, et j'évalue à 30'"'" environ la différence de profondeur de visibilité suivant que je me sers ou non de cet instrument.

(1) A. Secchi. Relazione clell' esperienze t'atte a bordo délia pontificia pirocorvetta rinuiiacolata Goncezione per determinare la trasparenza del mare. In A. Cialdi. Sal moto ondoso del mare, p. 258, sq. Roma, 1866.

C^) Voir 1. 1. p. 2.

TRANST'AREXGE DE l'EAU 411

La grandeur du disque a une cei'taine influence sur la profondeur limite de visibilité. Dans ses expériences compai-atives, le P. Secchi a vu la limite être :

pour un disque de 2.37'" de diamèti-e à 35.5'» — 0.43'" — 29.5m

Pour les disques de petit diamètre que j'emploie, cet effet est moins sensible ; je n'ai pas vu de différence appréciable entre un disque de 20''"i et un disque de 35''"i de diamètre, et pour plus de commodité, j'ai choisi en définitive un disque de 20'^'ii qui est moins encombrant en voyage.

Tant que la limite de visibilité n'est pas trop pi'ofonde, comme cela est le cas dans la grande généralité des lacs, la grandeur du disque peut être négligée. Je ne vois pas de raison pour que l'œil distingue mieux une surface large qu'une surface étroite, tant que celle-ci n'est pas l'éduite par la distance à l'état d'un point trop petit. A 20'ii de profondeur, un disque de 20™ de diamètre sous-tend encore un angle de 34 minutes, ce qui est certainement parfaitement discernable. Pour des lacs très transparents, dont la limite de visibilité dépasserait 30'". il serait peut-être prudent d'augmenter la grandeur du disque.

11 est cependant une circonstance (|ui peut obliger à l'emploi de disques de grande surface; c'est si l'on est appelé à faire des observations en eau~ protonde par un temps de vagues. L'image, brisée par les réfractions différentes sm- les diverses facettes des vagues, peut échapper à la vue si elle est trop petite. Mais sur nos lacs, où nous sommes mieux que sur la mer maîtres de choisir un temps propice, cet inconvénient peut èti'e évité, et je ne vois aucune nécessité à prendre un disque plus grand que celui que j"ai adopté.

Quel est l'etïet de l'éclairage? de la hauteur plus ou moins grande du soleil sur l'horizon, de sa présence ou de son absence? Telle est la question importante que nous devons avant tout discuter.

Selon le jour de l'année et l'heure de la journée, le soleil est haut ou bas sur l'horizon ; à notre latitude de 46"27', le maximum de hauteur le 22 juin est 67^'. Or, suivant l'angle d'incidence des rayons sur la surface supposée plane, une plus ou moins gi'ande partie de cette lumière sera réfractée, c'est-à-dire pénétrera dans le lac, une plus ou moins grande partie sera réfléchie et n'aura aucun effet sur l'éclairage des objets logés dans l'eau. Si le soleil était à riiorizon, aucun rayon direct ne pourrait pénétrer dans la surface à laquelle il serait tangent, et tout

l'éclairage de l'eau se ferait par la lumière diffuse du firmament ; si le soleil était au zénith, tous les rayons, ou peu s'en faut, pénétreraient à travers la surface de l'eau à laquelle ils seraient normaux; dans les positions intermédiaires que le soleil occupe sous nos latitudes, il y a d'autant moins de rayons réfléchis, et par conséquent d'autant plus de rayons pénétrant dans l'eau que le soleil est plus élevé sur l'horizon.

11 en résulte que les objets placés dans l'eau doivent être d'autant mieux éclairés que la hauteur du soleil est plus grande ; il est probable, à première vue, que la hauteur du soleil aui'a une influence très notable sur la profondeur limite de visibilité.

C'est ce que les expériences du P. Secchi, dans la Méditerranée, avaient fort bien montré. Dans son expérience II, par exemple, du ■ 21 avril 1865, avec son grand disque de 2.4™ de diamètre, il avait trouvé les limites de visibilité suivantes :

Hauteur du soleil 25"43' limite de visibilité 24.5™

Le raisonnement et l'expérience du P. Secchi attribuant ainsi une grande inlluence à la hauteur du soleil, j'ai été fort surpris des résultats que j'ai d'abord obtenus dans le lac Léman; pendant longtemps j'ai été incapable de constater cette influence de la liauteur du soleil. Je trouvais dans la même journée, pendant l'été de 1874, la profondeur limite de visibilité tellement semblable, quelle que fût l'heure et par conséquent la hauteur du soleil, que j'arrivai à refuser toute action à l'intensité de l'éclairage ('). Je ne trouvais même pas de différence dans cette pj'ofondeur avant ou après le coucher du soleil ; elle était la même 10 minutes avant et 10 minutes après le coucher apparent du soleil.

Je ne citerai ici que deux de ces expériences :

S juillet -1874. devant Morges.

Heure

Haii

item- du soleil

Limite de visibilité

37ol4'