ANNÉE
11 n'y a pas une marche parfaitement régidière dans ces chiffres; cela tient à ce qu'il ne représentent qu'un trop petit nombre d'observations ; une seule année pour plusieurs mois, deux années tout au plus, et dans
chaque mois deux ou trois observations seulement. Les circonstances accidentelles jouent un rôle trop important et, pour obtenir une courbe régulière, il faudrait un beaucoup plus grand nombre d'observations réparties sur plusieurs années.
Quoi qu'il en soit, il est deux faits qui sont très apparents dans l'ensemble de ces chiffres :
1'^ Le premier, en vérification des études antérieures, est la périodicité annuelle qui est visible dans toutes les séries ; les eaux de l'hiver sont beaucoup plus limpides que celles de l'été. Les moyennes des saisons se résument ainsi :
Hiver, limite de visibilité, 14.6™
Printemps, — 10.5
Eté, — 6.8
Automne, — 9.0
Moyenne annuelle, 10.2'»
Ou si je les répartis, comme je l'avais fait pour ma station de Morges, en deux saisons :
Saison d'hiver, d'octobre à avril, hmite de visibilité 12.5™
— d'été, de mai à septembre, — 7.3
La variation annuelle est incontestable; elle est bien marquée dans toutes les stations.
2^ La variation régionale est très nettement indiquée dans les chiffres de notre tableau. Les eaux sont plus claires à mesure que l'on avance sur la longueur du lac. Les stations les plus rapprochées des bouches du Rhône ont les eaux les plus opaques; plus on s'approche du Petit-lac, plus les eaux deviennent limpides. Cela est visible dans chaque saison; cela est surtout évident dans les moyennes annuelles :
Meillerie, limite de visibilité moyenne, 9.0™ Pully, — — 9.7
Evian, — — 10.4
Thonon, — — 1L3
Xernier, — — 11.0
Les faibles différences entre les chiffres d'Evian et de Morges, de Thojion et de Xernier, qui auraient dû être en sens inverse pour satis-
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l'aire à la loi générale, s'expliquent facilement si Ton tient compte de la grossièi'eté de la méthode et de rimportance énorme qu'y a le l'acteur de l'équation personnelle de l'observateur.
— Un certain nombre d'observations isolées compléteront l'étude des vai'iations régionales de la transparence du lac.
a. Quelques observations ont été faites dans l'été de 1891 pai- M. le Di' H. Scliardt, dans les eaux du golfe de Territet, près Montreux. 11 a trouvé pour la limite de visibilité :
en juillet, (moyenne de 3 observations) 4.0™ en septembre, 1 observation G.5'"
Si je compare ces chiffres aux moyennes mensuelles de la station de Meillerie qui m'a donné en juillet 6.0"! et en septembre 7.2'", il apparaît que les eaux sont encore plus louches à Montreux qu'à Meillerie. Montreux étant plus près, à 5'^"', des bouches du Rhône, cela est conforme à notre loi.
h. Quelques obsei-vations sui' la limite de visibilité ont été faites dans diverses régions du lac par la commission de la Société de physique de Genève, chargée de l'étude de la transparence des eaux {}). J'en extrairai les observations faites dans les environs de Genève, ce sont les seules que nous ayons dans cette région du lac. Voici les moyennes de la limite de visibilité étudiée par divers observateurs :
le
'■ juillet
devant Bellevue
creux de Genthod
août
Gentliod
ss Malagnv p. Genthod
Les observations de Nernier, la station la plus voisine, à l'entrée du Petit-lac, n'ont donné pour les moyennes de juillet et d'août que 7.2 et 6.7™; les observations de Bellevue et de Genthod à IGi^'» aval de Nernier, nous olTrant dans les mêmes mois une limite moyenne de visibilité de 7.8 et 12.4'", indiquent une beaucoup plus grande transparence de l'eau dans les environs de Genève. — Je me permets de réclamer de mes amis de Genève une confirmation expérimentale et délinitive de ce fait intéressant.
(') Méin. soc. phys. et lilst. nat. de (îenève XXIX, X» 11, tableau IV, p. 17.
Le maximum de transparence constaté sur le Léman, l'a été par moimême le 21 lévrier 1891, à i.b^'^^ au large d'Ouchy où j'ai trouvé pour la limite de visibilité une profondeur de 21'". M. A. Delebecque était arrivé au même chiffre le 31 janviei- de la même année entre Thonon et la Drance.
Variations locales.
11 y a de grandes difïerences dans la transparence de l'eau dans certaines localités de situation spéciale. Sous ce rapport, il y a lieu de considérer les causes de pollution de l'eau et les causes de clarification.
Des conditions favorables à une clarification rapide de l'eau sont évidemment la situation sur une côte largement ouverte au large, ou mieux sur un cap saillant, tandis que dans un golfe enfoncé et resserré les eaux se renouvellent mal et restant plus ou moins stagnantes.
Parmi les causes de pollution du lac, il y a d'une part les rivièi'es et ruisseaux qui, en temps de crue, amènent des eaux chargées de matières terreuses, des eaux troubles, des eaux grises. D'une autre part, il y a les égouts des villes et villages qui jettent dans le lac des eaux contenant des matières organiques en suspension et en solution. Les premières, les organismes et débris d'organismes figurés, sont par elles-mêmes un obstacle à la pénétration de la lumière; les secondes, les matièi'es organiques dissoutes, en favorisant le développement des organismes vivants, contribuent indirectement à la formation du nuage qui arrête la vue dans l'eau.
Suivant que les unes et les autres de ces conditions seront représentées, le lieu où l'on étudie la transparence de l'eau donnera des résultats difTéremment favorables. J'en donnerai deux exemples dans lesquels la distance du rivage sera indiquée par la profondeur du lac au lieu de l'opération.
l*^*' juillet 181S. — Devant Morges.
giilQmin Profondeur 25'» Limite de visibilité 6.0'"
^ seplernbre 1813. — Devant Morges,
9'' 30'"'" Profondeur 45'" Limite de visibilité 8.2'"
il 00—25 — 7.8
Devant les qnais de Morges l'eau est en été le plus souvent fort trouble, et la limite de visibilité est réduite à 2™, souvent à l'^^.
Il est donc très important pour des observations comparatives de choisir une station bien située, toujours la même, suffisamment loin de la rive pour échapper à ces influences perturbatrices locales.
B. Cause des variations de transparence.
Il résulte de ces diverses séries d'observations que la transparence des eaux du lac présente deux ordres de variations générales. (')
i» Elle est plus grande, l'eau est plus limpide en hiver qu'en été.
2o La limpidité va en augmentant dans le Léman de la région orientale à la région occidentale, ou si l'on veut de l'amont à l'aval, des bouches de l'affluent principal à l'origine de l'émissaire.
Quelle est la cause qui altère la limpidité du lac? Quelles sont les causes de ces variations?
Tout d'abord nous constatons que l'eau n'est pas infiniment transparente. Nous savons que certaines eaux sont plus limpides que celles du Léman (-), mais quelque pures qu'elles soient, on n'a jamais jusqu'à présent distingué un objet à travers une épaisseur de plus de 60'" d'eau; on ne verra jamais à travers une couche de plus de 100^ ou de t50»i d'eau.
(1) Nous avons reconna et étudié dans le lac de Constance des variations semblables et dans les mômes sens et proportions. F.A. Forel. Transparenz und Farbe des Bodensees. Schriften des Bodenseesvereins XXII, 33. Lindau 1893.
(-) L'eau la plus limpide que j'aie étudiée est celle du lac bleu de Lucel, la Gouille perse (*) d'Arolla, vallée d'Hérens, Valais. Le 26 août 1887, en regardant dans l'eau sur un miroir incliné à 45" qui rendait borizontal le rayon visuel, j'ai vu distinctement une feuille blanche que mon ami. Ed. Hagenbach, masquait et démasquait alternativement sous l'eau, à 60™ de distance, la plus grande longueur du lac. La netteté de l'image était telle que je suis persuadé que, si le lac eût été assez long, j'aurais pu la distinguer encore à 80 ou 100"'.
On connaît la limite de visibilité de quelques eaux très limpides : le lac Tahoë, dans la Sierra Nevada de Galifornie, 33"" (J. Le Conte) ; la Méditerranée au large de Civita-Vecchia, 42.5™ (A. Secchi) : la mer des Antilles, 50"> (F.-L. de Pourtalès) ; l'Océan pacilique, 50™ (Wilkes). Le lac Lucel semble les dépasser toutes en limpidité.
(') La gouille perse est un charmant lac de montagne situé à 2080" d'altitude, alimenté par une belle source qui sort du rocher à quelques mètres du lac et n'a ainsi aucun trajet à l'air avant de se déverser dans le lac, lequel est d'une couleur azurée splendide. Son nom est écrit Gouille pair sur la carte du Club alpin de 1859.— Gouille est un mot du vieux patois romand qui signifie mare; pair a été mis pour pers. Pers au féminin perse est un adjectif du vieux français conservé dans les patois vaudois, valaisan, dauphinois, provençal et e,st synonyme de bleu ; la Gouille perse est donc la mare bleue.
L'eau a donc un pouvoir absorbant pour la lumière. M. H. Wild a déterminé, par des expériences directes, le coefficient de transparence de Teau pure, et il a reconnu qu'il varie avec la température : plus la température est élevée, plus le pouvoir absorbant de l'eau augmente ('). Potu' Tunité d'épaisseur de un décimètre, M. Wild a reconnu que l'eau laisse passer la fraction suivante de la lumière incidente :
V a-t-il dans cette absorption plus forte de la lumière pour l'eau plus chaude une explication suffisante de la plus grande opalinité des eaux d'été ? Je ne le pense pas.
J'ai d'abord quelques réserves à faire sur la valeur du coefficient de transparence de M. Wild ; il indique une absorption trop forte pour être appliquée à l'eau de nos lacs.
Si nous calculons, avec le coefficient donné par Wild à l'eau de 6"2, la fraction de hmiière qui arrive à travers une couche d'eau de 6™, de 8^, de 10'", nous obtenons les chiffres très faibles de 0.04, 0.01, 0.005 de la lumière incidente. Or il est évident pour moi (:[ue pendant nos pèches d'antiquités lacustres de l'hiver, alors que nous voyons et reconnaissons avec la plus grande facilité sous 3, 4 et 5™ d'eau (-) les objets les plus petits et délicats, des aiguilles ou des bagues, la quantité de lumière qui revient à notre œil après réflexion sur le fond est plus de 0.04 à 0.005 de la lumière incidente ; si le fond était aussi peu éclairé que le veut la formule de M. Wild, nous serions tellement éblouis par la lumière extérieure, 25 à 200 fois plus intense, que nous ne distinguerions absolument rien sous une couche d'eau aussi absorbante. Il est évident aussi que quand je vois disparaître à 21'" de profondeur un disque blanc qui s'enfonce dans le lac, au moment où je vais cesser de le voir, il envoie encore à mon œil une quantité de lumière supérieure à la fraction 0.00000000016 que me donne le calcul d'après le coefficient de Wild, soit à 16 cent milliardièmes de la lumière incidente. Si la lumière qu'il renvoie à mon œil était aussi faible, je ne saurais dis-
(1) //. Wild. Ueber die Lichtabsorption der I^uft. Poggendorfs Annalen. Anhang CXXXIV, 582. Berlin, 1868.
(-) Le rayon lumineux qui revient à notre œil a fait un trajet double dans l'eau.
cerner avec précision Ja profondeur à laquelle il disparait à la vue. Les différences d'évaluation de la limite de visibilité ne dépassent guère un mètre à cette profondeur-. L'observation directe des faits de la nature me montre donc que les coefficients de transparence de M. Wikb tirés d'expériences faites avec de l'eau distillée, filtrée sur du papier grossier, sous des épaisseurs de 5 à 20*^^™, ne sont pas immédiatement applicables sans certaines corrections importantes à la transmission de la lumière dans les couclies épaisses de l'eau des lacs.
Nous avons vu que la cause principale du défaut de transparence de l'eau doit être cherchée dans des poussières eu suspension dans cette eau. Je l'ai conclu des faits révélés par la recherche de la limite de visibilité. Voyons maintenant ce que sont ces poussières.
1" il y a en premier lieu des coi-ps de grande taille, disons un millimètre et plus, possédant la même densité que l'eau et tlottant dans le liquide. Je ferai rentrer dans ce groupe :
a. Les cadavres et débris de cadavres animaux. Les tissus animaux sont en général plus denses que l'eau, mais ils peuvent être allégés par des corps gras ou par des gaz, et pai- conséquent flotter à la surface ou entre deux eaux.
b. Les végétaux et débris de végétaux. La cellulose et le protoplasme végétal sont plus denses que l'eau ; ils deviennent plus légers qu'elle lorsque les cellules contiennent des bulles de gaz.
c. En fait de matières minérales pouvant flotter dans l'eau (/), je ne connais dans notre lac que les scories huileuses, produit de la combustion de la houille; leurs cellules, pleines d'air, ne sont mouillées que petit à petit par l'eau ; on en voit parfois flotter à la surface ou entre deux eaux avant qu'elles s'alourdissent et coulent à pic au fond du lac.
2° Des corps de même nature que les précédents, mais de plus petite taille, réduits à l'état de poussière, de un millimètre et au-dessous, jusiju'à une fraction fort petite de millimètres, disons un centième ou im millième de millimètre. Leur masse étant beaucoup moindre que celle des corps de plus grande taille, ils se déplacent plus lentement pour la même différence de densité, et ils restent beaucoup plus longtemps en suspension dans l'eau.
(') Des grains de sal)le, surtout s'ils sont enduits de corps gras, peuvent flotter sur l'eau, soutenus par le ménisque capillaire. J'en ai vu, entraînés en plein lac, formant, par leur agglomération, des radeaux de plusieurs centinirtres de largeur. Mais ils ne peuvent flotter entre deux. eaux.
'A" Les poussières impalpables organiques et inorganiques qui peuvent être considérées comme n'ayant plus de masse vu leurs dimensions infiniment faibles, restent presque indéfiniment en suspension. (Quelle que soit leur densité, leurs déplacements sont si lents qu'ils sont presque nuls. Nous avons dit (t. 1, p. 108) qu'une eau salie par l'alluvion impalpable du lac ne se décharge de sa turbidité qu'avec une prodigieuse lenteur : en quatre jours, un bocal contenant de cette alluvion impalpable ne s'est clarifié que sur une épaisseur de 6.5'"m.
j'ai essayé de préciser la quantité de matière, sous forme de poussières impalpables, qui rend l'eau opaque et détermine la limite de visibilité aux diverses profondeurs. Pour cela j'ai commencé par rechercher le degré d'opacité qui arrête la vision dans le lac. J'ai pris des échantillons d'eau littorale salie par la vase mise en suspension dans les vagues, ou pai- le mélange avec l'eau trouble de la rivièi-e la Morge grossie par les pluies; après avoii' mesuré la limite de visibilité dans le lac, j'ai versé mon échantillon dans un tube de Bunsen de 1'" de longueur, et j'ai constaté que, lorsque dans le lac la limite de visibilité était par 1.0'" de profondeur, dans le tube de Bunsen cette eau commençait à permettre la distinction de gros caractères d'imprimerie sur fond blanc (capitales normandes de ^O""" de liauteui-, de 7""" de largeur des pleins).
Cela étant, j'ai cherché quelle est la quantité d'argile du lac, réduite à l'état de poussière impalpable, qui donne la même limite de visibilité dans le tube de Bunsen. J'ai dilué progressivement, dans de l'eau piu-ifiée au filtre Chamberland, quelques centigrammes soit d'argile des gi'ands fonds du Léman, desséchée, porphyrisée et tamisée, soit de la même argile décantée pour n'y laisser que la partie impalpable, soit de la même argile à l'état humide pareillement décantée (c'est le procédé qui m'a donné les meilleurs résultats); puis j'ai étudié ces eaux dans le tube de Bunsen, et j'ai constaté le degré de dilution qui fournit la visibilité cori'espondante à la limite de visibilité de 1"' dans le lac. Voici comme exemple l'une de ces expériences :
ilO'-fe' de limon humide des grands fonds, faisant 55<=fc' de limon sec, dilués dans 5!2 litres d'eau pure commencent à montrer, dans le tube de Bunsen de 1™, les premières traces de lumière dilïuse;
dilués dans 74 litres d'eau commencent à donner la vision nette des grosses lettres d'imprimerie. A ce moment la dilution est de 7 milligi'ammes par liti-e.
Mes diverses expériences donnent des valeurs oscillant de 7 à 15"ig' par litre pour la quantité de poussière qui arrête la limite de visibilité à 1.0"! de profondeur. Si je prends le chiffre moyen de lO^fe' par litre, je conclus que la quantité de matières minérales en suspension dans l'eau qui, agissant seule, détermine la limite de visibilité aux diverses profondeurs, est :
Limite de visibilité l"» Poussières en suspension iOni« par litre.
Si, au lieu des poussières minérales dont la densité est 2.6, nous prenions des poussières organiques beaucoup plus légères, ces chiffres, remarquablement faibles, devraient être encore sensiblement diminués, être divisés par 2 ou par 3.
La quantité de matières en suspension qui cause l'opalinité des eaux du lac est donc extrêmement faible. Elle est très inférieure en valeur à la quantité de matières en dissolution dans ces mêmes eaux, qui est de 175^^; par litre, comme nous le verrons plus tard.
Dans ce même genre d'étude, j'ai cherché quelle épaisseur de limon rend l'eau opaque. Voici le résultat d'une de ces expériences : 73's? de limon sec dilués dans 1500^ d'eau donnent une opacité absolue sous une épaisseur de 26'"'". Si j'admets pour la densité de ce limon 2.6, cela représente une épaisseui^ de 0.004"t" de limon sec. Une couche de 4 millièmes de millimètre d'alluvion lacustre suffit donc, je ne dirai pas pour arrêter la lumière diffuse, mais pour empêcher de distinguer un corps éclairé.
Ces chiffres n'ont pas ime rigueur absolue et varieraient avec la nature de l'alluvion. Mais ils sont intéressants en donnant une idée suffisante de l'ordre des grandeurs dans lesquels ils se meuvent.
Quelles que soient l'origine et la nature de ces poussières et corps figurés, ceux qui sont plus légers que l'eau viennent tôt ou tard flotter à la surface, ceux qui sont plus lourds descendent dans le fond. Ascension et descente se font d'autant plus vite que la différence de densité entre eux et l'eau ambiante est plus grande, et que la masse de chaque corps flottant est plus forte aussi; les poussières impalpables restent longtemps, fort longtemps en suspension; tôt ou taixl cependant, les
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unes et les autres finissent par monter ou par descendre. En revanche, les corps et les poussières grossières ou impalpables qui ont exactement la même densité que l'eau restent, eux, indéflniment en suspension; ils flottent dans l'eau sans s'élever et sans descendre.
Quelles sont les causes de la plus gi-ande turbidilé des eaux d'été? Elles sont multiples.
1'^ Nous devons noter en premier lieu, sans vouloir dire par cela que ce soit la cause la plus puissante, le plus grand pouvoir absorbant de l'eau chaude. Quelques réserves, que nous ayons faites sur la valeur du coefficient d'absorption tel qu'il a été déterminé par M. Wild, le fait est constant et indiscutable que l'eau chaude absorbe plus la lumière que l'eau froide.
2o Le plus grand développement de la vie organique dans les eaux chaudes de l'été que dans les eaux froides de l'hiver. Microzoaires, microphytes, microbes pullulent en plus grand nombre dans les eaux chaudes ; c'est un fait d'expérience banale.
3'* Les eaux d'été sont stratifiées thermiquement, celles d'hiver ne le sont pas. En été, il y a dans le lac des couches superposées passant de 4 ou 5*^ dans le fond à 24o à la surface, dont la densité varie, comme nous le verrons, de 1.0002 à 0.9976; en hiver, depuis la surface jusqu'au fond, les eaux ont la même température, par conséquent la même densité. Il en résulte qu'en été un beaucoup plus grand nombre de corps figurés de densités différentes et même assez divergentes, peuvent trouver une couche qui ait la même densité qu'eux-mêmes et doivent par suite flotter entre deux eaux.
Je me rappelle avoir vu un fragment de roseau rester en suspension à 30 centimètres sous l'eau, devant mon jardin à Morges, entre deux couches de densités l'une plus forte, l'autre plus faible que la sienne. Il y avait évidemment ce jour-là une stratification thermique très intense.
4» Pendant l'été les eaux de surface forment une couche bien nettement séparée et distincte des eaux moyennes sous-jacentes; ces eaux, toujours les mêmes, restent pour ainsi dire stagnantes et, ne se mélangeant pas avec la grande masse des eaux lacustres, gardent en suspension les poussières qui s'y accumulent. En automne et en hiver, au contraire, la convection thermique renouvelle sans cesse les eaux de surface qui disparaissent bientôt par leur chute dans la profondeur
et sont remplacées par les eaux plus propres des couches moyennes.
50 Au printemps et en été, les eaux des petits affluents, en dehors de l'état de crue, sont souvent plus légères que les eaux de surface du lac(i), et par conséquent restent superficielles. Or, quoique claires relativement aux eaux de débordement, ces eaux fluviatiles sont toujours bien moins limpides que les eaux lacustres, et elles tendent à diminuer la transparence de celles-ci avec lesquelles elles se mélangent.
6" Enfin les eaux lourdes d'un affluent en état de crue, les eaux limoneuses d'un ruisseau débordé, les eaux laiteuses du Rhône d'été sont, il est vrai, plus denses que les eaux de surface du lac et plongent en masse dans les grands fonds (-). Mais si le lac est agité par des vagues, il y a mélange à l'embouchure de l'affluent de quelques parcelles de ces eaux sales avec les eaux claires du lac ; celles-ci se chargent de quelques particules d'alluvion impalpable : elles deviennent sales, troubles, louches ou simplement opalines. Nous venons de voir (page ^'iH) qu'il suffit de quelques milligrammes par liti'e pour rendre opaque l'eau sous l'épaisseur de quelques mètres. Cette alluvion impalpable reste en suspension pendant longtemps, et durant des jours, des semaines même, peut altérer la limpidité des eaux. Un exemple entre mille : le 24 mai 1894, dans une excursion sur le lac, de Genève au Bouveret, après avoir admiré la transparence magnifique des eaux du Petit-lac, je reconnus le louche amené par les eaux de la Drance depuis Thonon jusqu'à Evian sur la côte de Savoie, par les eaux du Flon dans les environs d'Ouchy jusqu'au-delà de PuUy, les eaux opalinisées par le Pdi(')neet les bayes du Ilaut-lac à partir de N'evey. Tout le Haut-lac avait des eaux louches ou tout au moins opalines.
Ces masses d'eau salie par le trouble des rivières, entraînées par les courants superficiels, d'un vent sudois par exemple, forment devant l'embouchure des affluents en crue de vastes promontoires mobiles d'eau opaque ou opaline ; ils apparaissent, vus d'une colline élevée, comme de gigantesques panaches jaunâtres, grisâtres, verdàtres, qui s'étendent souvent fort loin, à bien des kilomètres sous le vent, et qui tranchent par leur couleur sur le bleu général du lac. Plus tard, lorsque le temps est revenu au calme, ces mêmes masses d'eau louchie sont
t^j Voyez t. I. p. 3.1s.
(-) Voyez ina description de la Batailliore. t. i, p. 8S().
promenées à la surface par le jeu des courants irréguliers et gardent pendant longtemps, des jours et parfois des semaines, leur individualité d'eau opaline, entourée par les eaux limpides du lac.
Cette action des eaux de rivière est à son maximum pour le Rhône pendant sa période de crue, de mai en août ; pour les petits affluents, lors de la fonte des neiges et après les grandes pluies. Elle est au contraire nulle pendant les gelées de l'hiver.
Je conclus : la variation périodique annuelle de la transparence des eaux est due à des causes multiples qui se combinent et s^additionnent. Ce n'est pas une action simple, c'est une action composée. Aussi la limpidité des eaux varie-t-elle beaucoup d'une observation à l'autre; dans la même station, dans le même mois, on voit la limite de visibilité passer du simple au double. C'est ainsi que dans la station de PuUy, par exemple, cette limite de visibilité a varié :
en juin, de 3.5^ à 7^ en juillet, 4 7
en août, 4 10
Je trouverais des variations analogues dans toutes les stations du Grand-lac.
Les conditions les plus favorables à la limpidité des eaux sont celles des longues périodes de gelée d'un hiver soutenu. C'est alors que le lac a cette transparence admirable qui amène la limite de visibilité aux valeurs de 15, de 20, de 21"^ que nous avons indiquées comme étant jusqu'à présent le maximum observé.
