CHAPITRE m

L'optique et l'acoustique de ia mer.

L'impression que doune la mer à un obserrateur qui la regarde est celle d'une Taste surface colorée. Tantôt cette couleur est, comme dans la Méditerranée et dans les mers tropicales, d'un bleu magnifique, tantôt elle est verdâtre comme dans la Manche, ou ocreuse comme dans la mer du Nord près des côtes. En diverses régions elle présente des colorations spéciales qui ont fait donner à certaines mers des noms qui rappellent ces apparences, comme ceux de mer Rouge ou de mer Jaune.

Ainsi, ce que l'œit, par la sensation qu'il éprouve, conduit à appeler la i< couleur de la mer » varie d'une mer à l'autre, et même varie, suivant les circonstances extérieures, en un même point de la surface liquide au cours d'une même journée.

Quand, sur nos côtes de Bretagne, on examine, par un ciel gris, oii le soleil se montre à, travers les intervalles des nuages, la surface de l'Océan au-dessus de bas-fonds rocbeux, on est étonné devant la variété des teintes qu'elle présente à nos regards. Tantôt elle apparaît d'un gris d'ardoise, tantôt d'un bleu foncé. Ici, elle semble violacée ; là elle se montre d'un admirable verl d'émeraude ; et tous ces aspects changent d'un instant à l'instant suivant.

l'optique et l'ACOL'STIQUE de la MEIt 40

C'est la maltiplicité de ces aspects qui montre la difilcnlté do problème coDsistant & déterminer la coloration de la mer. Celle-ci, définie comme le serait celle d'un liquide examiné par transparence dans une cure de verre, n'existe pas, car elle est une résultante d'an trop grand nombre de facteurs composants.

La « couleur apparente ■ de la mer dépend, en efTet, d'une foule de causes diverses. D'abord la couleur propre de l'eau qui, sous une certaine épaisseur, est naturellement bleue ; ensuite l'absorption et la réflexion de la lanière, la ténuité des particules en suspension dans l'eau, leur abondance plus ou moins grande; puis, il y al'inteDsité de la lumière du jour, l'état du ciel, clair ou naageax ; il y a l'heure de la journée et la hauteur du soleil au-dessus de l'horizon; il faut tenir compte, en ODtre, de la distance plus ou moins grande k laquelle le . fond se trouve de la surlace et de ia nature de ce fond : I on fond de sable clair, on d'algues vertes, ou de vase grise, modiiiera complètement l'apparence de la coloration BUperQcielle ; il y a encoro k faire entrer en ligne de compte l'agitation ou le calme de la surface, les conditions de salinité et de température, les courants qui parcourent la surface océanique, la présence plus ou moins abondante des animaux eu rolation avec ces différentes causes. Pour toutes cas raisons, on comprend qu'il soit difficile de déOnir exactement la « coloration <• de la mer.

Cependant, au lai^e et loin des côtes, la surface de la mer donne, ainsi que nous l'avons dit au commencement de ce chapitre, àne impression de « couleur h très nettement déterminée.

La coloration bleue, la plus générale, est une conséquence de l'absorption que Tean de mer fait subir â certaines des radiations qui forment la lumière blanche. Cette absorption s'exerce surtout sur les rayons rouges :

^ LES PRQBLiMBS D£ L'oCEAfl

si i-eaa absorbe le rouge en plus grande proportion, elle doit doBC paraître bleue par réflexion, paiaque la lumière réfléchie est la portion de la lomière incidente il^ii, n'ayant pas été absorbée par le milieu, est renvoyée à rœih

On attribuait autrefois à la salinité plus ou moins grande dç la mer/nne influence sur la coloration de ses ^eanx : cette assertion était basée sar ce fait que ce sont les mers chaudes, Méditerranée et mers tropicales, qui montrent les eaux les pins bleues. On s'appuyait aussi snr le contraste en valu duquel les eaux chaudes et par suite plus salées, du Guif-Stream se distinguent, par leur teinte plus tdeue, des eaux yerdâtres qui les environnent. Mais on peut justement se demander si des variations aussi petites que celles de la salinité, qui portent sur la 4<^ décimale, peuvent avoir une influence réelle sur la <ïOloration de la mer.

Ce qui est plus probable, c'est Tinfluence des matières -en suspension, végétales ou animales s'il s'agit du Pian/ston, minérales quand ce sont des poussières inertes. C'est ainsi que s'explique la teinte verte des mers polaires : les diatoniiées y abondent et leur communiquent cette teinte vert^iive caractéristique. Et, quand cette eau ainsi teintée descend, avec le courant du Labrador, le long du Gulf-Stream qui remonte des tropiques, on conçoit que le contraste entre les colorations des eaux de ces deux courants puisse frapper les yeux.

Certaines algues donnent à la mer une couleur rouge sanguine, ainsi qu'on Tobserve dans la mer « Rouge ». Souvent de vastes étendues marines paraissent colorées en jaune, par une pluie de pollen amenée de terre par les vents. Au voisinage du cap Hom, la mer est souvent zébrée de larges bandes rouges tirant sur le brun, et qui sont dues à des myriades de très petits crustacés. Quand aux sédiments en suspension, ils colocent très nettement l'eau de mer. L'Amasone, le Congo, qui charient des boues colorent les eaux de TAtlantique assez loin des

l'opTIQVK et L'iCOUSTIflUB DE I.A MEH 51

eûtes. Les eaux jauaes dn Hoang-Ho, chaînes de lœss) comstaniquent à la mer où elles se déverGent la teinte qai lai a valu-ie aom de « mer Jaun» ». En France mSane, prè« de Saint-Raphagl, après des pluies abondantes, les eaux si bleues de la Méditerranée sont colorées en ronge, Jasqn'ao golfe de Ssînl-Tropei, par les particales de bauita qae charrient les eaux torrentueuses de l'Argens,

C'est & lord Rayleigh, l'illastre physicien qui découvrit les gaz rares de l'air, que l'on doit loa meilleures pFécisions relatiTes & la coloration apparente de l'Océan.

1) ^ît remarquer qne, si ta profondeur est naturellement assez grande pour montrer la couleur propre de l'ean par transmission de la lumière à travers sa masse, il a'y a en en revanche, si l'eau est claire, rien qui puisse renvoyer la lomidre & l'obserrateur et, dans ces conditions, il serait impossible d'apercevoir la couleur propre de l'ean .

Aussi le savant anglais pense-t-il que le bleu foncé, si admiré, des mers profondes n'a aucun rapport avec Iâ couleur propre de l'eau et n'est, toot simplement, que le bien du ciel vn par réflexion, "il hit justement observer que le bean k bleu vif » de la Méditerranée et des mers tropicales s'observe précisément dans des régions où, la plupart dn temps, 1« ciel, est lui-même, d'un bleu très vif. Et il ajoute que, m6me dans ces régiocis, lorsque !e ciel vient à s'obscurcir, l'eau parait aussitôt grise et couleur d'ardoise. Quand les nuages ne couvrent pas la totalité du ciel, la mer semble grise sous les nuageîi, Undis qu'elle conserve sa couleur bleue aous les portions du ciel qui, dégagées de tonte nébulosité, ont conservé ]a teinte bleue.

Le bleu d'une mer profonde garait même, souvent, pins sombre et plus pur que celui du ciet. L'expiica-

54 LEî PROBLÈUES DE l'océan

l'ét^ priacipalement, do voir des éclairs, taDtAt isoli tantôt groupés ea cascades sortir de la surface i vagues doDt l'écume semble, alors, faite do particul lumineuses. Les avirons des canats font jaillir c myriades d'étincellos et les hélices de biiteaux à vape font sauter de véritables gerbes enCammées.

Cette lumiuosité de la mer, remarquable surt< quand te lemps est orageux, est due à de petits pro: zoaires, les noctilugues. dont le corps << que l'on p( comparer à tin petit grain de tapioca cuit, transparent gélatineux, contient de nombreuses granulations couleur orangée et de Unes gouttelettes graisseos Chacun de ces grains est lumineux et scintille; et' lumière émise par une aoctiluque est le résultat du se tillement de tous ces corpuscules. Ces êtres se repi duisent par bourgeonnement avec une rapidité croyable, si bien que, lorsque les conditions atmospk riques sont favorables, en peu d'heures la mer en ■ épaissie!, „

Ce sont ces noctiluques qui produisent la phosphon cence de la mer. Sous les tropiques, ils sont remplît par des êtres analogues, les Pyrocistis. Daus l'Ocâ Indien, en particulier au large du cap Gardafni, marins ont souvent observé une apparence de la mei laquelle ils ont donné le nom de mer de iail. La □ ressemble à un champ de neige immense, aperçu clair de la lune. L'hélice du navire secoue une écoi d'un blanc éclatant, et en regardant l'eau coulant ie lo du bord, on la voit remplie d'une multitude de pel corps lumineux, dont l'éclat augmente quand ils te chent les bordages du navire. La tache lumineuse pi s'étendre sur plus de 1.000 kilomètres. Le nombre < animalcules qui donnent naissance à la pbosphon cence de l'eau est énorme : il dépasse 800 pai eu mètre cube.

L OPTIt'UE ET L ACOISTWMIE DE LA UER 5»

Le lactevr trouTen. dans 1« beau livre du professeur Jaubio 1« résumé des travaux les plus récecta sur la D«ture de œtte himîère «pécule énise par les êtres ourkis. NoDS se noos étendrons pas davaota^ sur ce' sujet qoi est du domaine de la biologie océanique.

l'eaa de mer n'est pas un liquide » optiquement parfait » : elle ne se laisse donc pas traverser saos résistance par les rayons lomlneux qui la rencontrent, et leur fait subir une abtorpUoti qui en diminue graduellement l'inteDsilé. L'étude de cette absorptioo revient & celle de la trmupar^nce du ntiliao liquide.

La loi de l'absorption est évidemment, une loi « logarithmiqQe ». Considérons la masse de l'Océan comme formée de la superposition de couches d'égale épaisseur : [la première retient an passage ose certaine fraction de l'éne^e lumineuse du rayon qui la traverse. La seconde relientane fraction équivalente de l'énergie qui subsiste après U passage à travers la première, et ainsi de suite. On eoipoit donc sans peine que les intensités lumi- Deuses iécroissent en pr(^ession géométrique, pendant que les épaisseurs d'eau traversées par la lumière croissent oa progression arithmétique ». C'est la loi de l'ibsorpf on, formulée par Bouguer.

Ainsi }Océan prélève ud droit de péage, un impOt, sur les rayoïs lumineux qui veulent pénétrer daDS son sein ; et, ce qii pourrait rendre jaloux bien de dos législateurs, cet impAt est véritablement k global et progressif Banisqu'i partir d'une certaine profondeur il se tmdait par une couQscation complète.

Pour u rendre compte du mécanisme de cette absorp- ' lion, il cmvient de se rappeler la nature de la lumière lytc nous envoie le soleil. Cette lumière est formée par :mis Eorfcs de rayons : il y a d'abord les rayons viiibks, t.mx qui agissent sur notre rétine et nous donnent la

sensalion de la vue; il y a, ensuite, les rayons cal fiques ou infra-rouges, non perceptibles à notre mais dODt les appareils thermoscopiques sensibles d lent la présence; il y a enfin les rayons actiniques,i centrés au delà du violet dans le spectre solaire, qae appelle pour cette raison les rayons ultra-violets, et impressionnent les plaques photographiques.

Nous allons chercher d'ahord comment sont absoi les rayons de la première catégorie, c'est-à-dire rayons visibles.

C'est au rt. P. Secchi, le savant jésuite italien, que dues les premières recherches méthodiques su( sujet. Afln de mesurer quantitativement latranspan de l'eau de mer, I eminent astronome s'est servi i disque plat, peint au blanc de côruse, d'un diamëtft 40 centimètres. Ce disque, tiré vers le bas par un |l4 de sonde, est attaché, par 3 fils en patte d'oie, à ligne divisée en mètres. On descend le disque dm mer un jour où la surface de celle-ci est plate, jusju' qu'on cesse de l'apercevoir. La longueur delaligre i (liée peut servir de mesure à la transparence relrtiv l'eau de mer. On a trouvé que le disque cessai, d' visible entre 35 et 40 mètres dans la Méditarai à 45 mètres dans le Pacifique, à 40 mètres lux Wailis et a 6G mètres dans la mer de Sargases l'Atlantique nord.

En changeant la couleur du disque blanc, en le r plaçant successivement par des disques de nuai diverses, le P. Secchi constata que le dîsqie bl restait visilile à la profondeur la plus grande ensi venait le disque jaune. Quant au disque rougi, celui qui disparaissait le plus vite.

Des expériences photométriques directes, aites rade de Funchal, à Madère, à bord du yacht te S.J le prince de Monaco par le D'' Rcgnard, ont îonfli

' l'optique et L'^cousTiorE d8 la meh 57

PS riJEulUts eD leur donnant raalhentidté de l'enregittreiM«kt photographique. Un cjrliodre cretiz d« broize, lesté par une plaque de fonte est descends an fond de ta lœr. Ce cylindre est fenda suivant nne de ses ^nératriees, et la fente est recosTerte d'une glace solidement sertie dans des joints imperméables à l'eaa. A rintérienr du eyliodre est un second cylindre mft par nn rnooTemeot d'horlogerie, et recouvert d'une feuille de papier photographique sensible. Un artifice ingé- Eieui permet d'éqnililwer la pression à l'iatérieur avec cdle de l'extérieur.

Le navire étant au mouillage, on immerge l'appareil pendant la nuit; et-on laisse la plaque s'impressionner pendant tout le jour suivant. Un second appareil reste à bord, exposé directement à la lumière solaire pendant le Qème temps. La nuit suivante on remonte l'appareil et m développe à la foie, dans le même bain, la feuille , deliq)pareil immer^ et celle de l'appareil du bord.

Us expériences ont été faites aux profondeurs successires de 2^, de 30, de 40. A 20 mètres, l'af^areii immergé accuse 3 heures de jour de moins que l'appareil du btrd ; à 30 mètres, le jour « efflcaee » a duré 7 heures de m^ins qn'à l'air lij>re ; à 40 mètres, bien que l'expérienc* edt été faite par nne très belle journée, c'est i peinesi le papier sensible a accusé une faiMe impression pendsDt 10 minutes; À 40 mètres, c'est donc la nuit telle (pe notre œil la connaît, puisque, pour nous, l'obseurité correspond k fort peu près du moment où le papier sensible employé [du papier platinographiqne) peut ^meurer un quart d'heure exposé sans donner d'impnssion.

On put donc résumer ces travaux en disant que, pratiquenSDt, on objet cesse d'être visible sons l'eau de mer, nème très transparente, à une distance de 50më»es.

Ce rienltat est important en ce qui concerne la navi- ^tioa sona-marine. En admettant qu'ils arrivaient i

supporter de hautes pressions, les sous-marins devra renoncer à naviguer en profondeur autrement quTl aveugles. A la vitesse de 10 nœuds en effet, un son marin ne peut pas stopper sur sa longueur qui dépad 50 mètres : il est donc obligé, s'il veut être prévenu j ia présence d'un obstacle, de laisser dépasser au-desa de l'eau un « périscope » ce qui le force à demeurer td près de la surface et lui interdit toute navigation i longée en plongée profonde. La véritable <> navigatia sous-marine » ne sera possible que lorsqu'on aia découvert des ondes, autres que les ondes lumineusfl émises par les corps et susceptibles d'être perçues i des appareils appropriés.

Les résultats que nous venons de donner sont ii relatifs à la partie visible de la lumière ; on peitj demander ce qu'est la transparence de l'eau de mer }a les rayons acliniques, violets et ultra-violets.

Des recherches dans ce sens ont été faites si de Genève par H. Fol et Sarazin. Ces savants imneri rent, à des profondeurs variables, des plaques pbofl graphiques placées dans des châssis résistants é qm l'on pouvait ouvrir et fermer de la surface par l'a-tiÔf ingénieuï de l'envoi d'un « messager » pesant. IIscoJ tatèrent qu'à 170 mètres de profondeur, l'actioi acfl nique était égale à celle d'une nuit sans lune, llsrepn rent leurs expériences dans la Méditerranée : ihcorf tatèrent que jusqu'à 400 mètres, et exceptionnelÈm^ par des jours eïtraordinairement clairs jusqu'à EWo' 1res, tes plaques se voilaient encore; mais à pfftirl 500 mètres, il n'y eut plus la moindre impressioi. Ir expériences récentes faites à bord du Michaël Sirs c montré que les rayons « ultra-violets ■ pénétr.ieaU une profondeur plus grande encore : en employait ^ plaques très sensibles protégées par des écrans doquat

l'optique et 1,'acovstlole de la mer 59

an a constaté que jusqu'à la profondeur de 1.000 mètres el même davantage, ces plaques étaient encore impressioQuëes par ces rayons.

G'eit donc, jusqu'à présent, la profondeur de mille mètres qui représente la limite extrême atteinte par certaines radiations solaires, dans l'état actuel de la sensibilité des plaques photographiques, et, au point de Tue biologique, on peut dire que cette limite est beaucoup trop élevée.

Les rayons rouges, on effet, 8'éteignent les premiers en pénétrant dans le milieu marin. Or, ils sont, de touB les rayons, les plus nécessaires à la formation de la chlorophylle. Les algues donc, ne pourront verdir qu'à des profondeurs où peuvent encore pénétrer les rayons rouges, et cette profondeur ne dépasse pas 50 mètres. Toutefois, certaines algues sécrètent un pigment rouge, formant ainsi un écran à travers lequel la fonction chlorophyllienne peut s'exercer encore quelque temps après la disparition des rayons rouges directs. Malgré cela, on peut affirmer sans crainte que la limite de 1.000 mètres est, au point de vue biologique, beaucoup trop grande : pratiquement, à partir de 200 mètres, la vie n'est plus possible pour les végétaux. Or, cette profondeur de 200 mètres est justement celle qui règne au-dessus d'une espèce de « socle » immergé, servant eu quelque sorte d'assise aux continents émergés, et appelé le I " plateau continental ». Nous reviendrons, d'ailleurs, sur

ce poiot.

j 11 y a donc, dans cette zone éclairée, une llore, et par I conséquent une faune composée d'herbivores et de car- I nivores. Au-dessous de 200 mètres commence la ione 1 apkotique ou obscure, dans laquelle il n'y a plus de Dore, et seulement une faune c

Les particules solides tenues en suspension dans l'eau

CBS pnoBtJ

océanique ont. au point de vue optique, un don effet : elles diminuent d'abord la tranaparence gé raie; ensuite elles ditïusent la lumière qui vient â. rencontrer.

La présence des particules en suspension dans 1* explique des Faits qui, à première vue, penvent parai étranges. Ainsi, bien que la Physique noua enseigne i l'absorption augmente avec la température, d'envi 1/500 par degré, tous les voyageurs et tous les ms s'accordent pour affirmer que les mers froides moins transparentes que les mers tropicales. La t parence de celle-ci doit donc tenir à une cause spécii et cette cause est la moindre abondance de maAiëret suspension.

D'abord, on sait que les eaux froides sont plus riti en être vivants que les eaus chaudes : le PlankI notamment, s'y trouve en plus grande quantité, ce ■ diminue la transparence. En outre, les eaux polaîi généralement peu profondes, sont plus chargées sédiments que les vagues peuvent brasser en tes en vaut du fond plus rapproché de la surface. Enfin, sait que les matières en suspension se déposent plus i dans une eau tiède que dans nue eau froide. Pour lou ces raisons, les eaux polaires sont plus opaques que eaux tropicales.

Les corpuscules suspendus dans l'eau de mer i encore un autre effet : ils augmentent ta différed d'absorption que subissent les radiations simples t titnanl la lumière blanche. Les rayons des diver teintes simples sont amortis d'après l'ordre décroissi de leurs longueurs d'onde. Ainsi les rayons rouges, grande longueur d'onde, sont éteints les premie les rayons verts j enfin les rayons bleus et violetB,î petites longueurs d'onde. Seuls, les corpuscules tï petits reçoivent et diffusent ces derniers rayons : contribuent ainsi k donner à l'eau des mers la coule bleue qu'elle présente le plus généralement.

L OPTIQUE ET L ACOL'STIQUE DE Ll HEU

L'eau de mer, comme tous les milieux transparents plus denees que l'air, dévie un rayon lumineux qui. Tenant de l'atmosphère, tente de la traverser : c'est le phénomène bien connu de la « réfraction ». On sait que la loi de la réfraction a été formulée par Descartes. En appelant i et r les angles que les rayons incident et réfracté font respectivement avec une perpendiculaire à la surface libre du liquide, cette loi s'exprime en disant qu'il y a un rapport conifant entre le sinvs de l'angle d'incidence i et le ttnus de l'angle de rétraction r. En désignant par le symbole n ce rapport constant, on voit que la loi se traduit par la formule : sin i = n sin r.

Ce rapport constant n est ce qu'on nomme l'indice de réfraction du liquide considéré. Chaque substance transparente possède un indice de réfraction, constant à une température donnée, et qui constitue une de ses propriétés physiques caractéristiques. Uv^dice des liquides est toujours plus grand que l'unité : celui de l'eau distillée, à la température de zéro degré est 1,333 ou 4/3.

Cet indice de réfraction varie avec la température suivant une loi simple énoncée par Gladstone. Cette loi dit que la partie décimale de l'indice (c'est-à-dire l'indice, moins un) est proportionnelle à la densité du corps considéré. L'indice de l'eau varie donc avec la température. En lumière jaune, pour les radiations de la raie D du sodium, l'indice de l'eau distillée diminue d'une unité de la cinquième décimale pour chaque degré de température, aux environs de la température de 1°.

Le fait que l'eau de mer tienne en dissolution une certaine quantité de sels, en augmentant sa densité, doit nécessairement augmenter son indice de réfraction. C'est, en effet, ce que l'observation confirme. Alors que, à la température de 18°, l'indice de l'eau pure est 1,33308, celui de l'eau de mer de salinité 35 millièmes est, à la

même température, de 1,33981. La différeace est de 673 cent millièmes pour une différence de salinité de 35 millièmes, soit plus de 19 unités de la 5' décimale de llndice pour chaque millième de la salinité. li y a doDC là une méthode très précise et très sûre poar . mesurer la salinité d'une eau de mer, et cela par on procédé qui peut être employé à bord d'un navire, la marche d'un rayon lumineux titant indépendante du mouvement de tangage on de roulis du bâtiment.

J'ai réalisé, pour cela, un rêfractemétre marin, instrument difîérentiel et d'une grande sensibilité, basé enr la réfraction de la lumière à travers un prisme. Descartes a. montré que tjuand un rayon lumineux traversait un prisme dont l'angle dej faces est A, il subissait une déviation angulaire d, donnée par la formule d = {n-1) A '( étant l'indice de réfraction de la substance dont le prisme est formé.

Cela étant rappelé, considérons une cuve rectangulaire, en glace à faces parallèles, séparée en deux parties par une cloison diagonale également en glace : l'eneemblo constitue un système de deux prismes A et B, de même angle, et inversés l'un par rapport à l'autre. Si ces deuï prismes sont remplis tous deux du même liquide, le système réalise, en somme, un milieu à faces parallèles et un rayon incident qui y pénètre en sortira sans subir de déviation.

Mais si nous mettons dans les deux compartiments prismatiques de la cuve deux liquides différents, il n'en sera plus de même. Appelons n l'indice du liquide placé dans le prisme A et n' celui du liquide qui remplit le prisme B. Appelons a l'angle au sommet des deux prismes. Le premier imprime au rayon incident une déviation d^={n-i) a; le second, une déviation de seoj contraire d' = (n'-l) a. La déviation D du rayon émergent

L'u!'TIt!l E ET r'.\l OI^TIU» R DE L\ HEU 6Î

istra. la diffârence des deux pr«c«dents : D = d-d' ou D = m-n') a. Or cette déviation peut se mesurer avec la plus UraDde précision à l'aide d'un microscope. On peut donc, ftn plaçant dans an des compartiments du prisme de

!mu distillée, et dans l'antre une eau de mer de salinité connue, déterminer cette salinité avec une précision li donne avec certitude la 5* dér.imale. C'est là ua ojeD EÙr de déterminer rapidement la salinité d'uD hantîllpn d'eau de mer, avec, en [^us, l'arantage de ^ exiger que quelques centimètres cubes de l'eau à étn- I dier.

' Avant de terminer ce qui a trait à la- réfraction de la lamiëre par l'eau de mer, disons que ce phénomène explique, simptemeat, une apparence bizarre, constatée au cours des descentes faites, à l'aide d'un scaphandre, au-dessous du niveau de l'eau.

Si un scaphandrier regarde verticalement au-dessua I de lui à travers le hublot supérieur de son casque, il voit d'abord la lumière du ciel p&ltr : ceci est dâ i Vahsorption par la couche d'ean interposée. Mais il voit, en même temps, la partie éclairée dn ciel se réduire à un espace limité par une circonférence de cercle. L'explication de ce fait est facile i donner. Les derniers rayons qni arrivent à l'œil placé sous l'eau sont ceux qui ont « rasé » horizontalement la surface liquide : tous ces rayons se réfractent suivant on cône dont le sommet est, précisément, l'œil de l'observateur et dont l'angle est 1' « angle limite >. En dehors de ce cène, aucun rayon ne parvient au spectateur sous-marin, et l'existence dudit cène, qni limite ainsi le champ visuel sous l'eau, explique l'apparence circulaire que preod, par conséquent, la partie visible du ciel.

H est une dernière propriété optique de l'eau de mer, à laquelle ta navigation sou»-mftrine donne une impor-

tanco toute spéciale, c'est la polarUalion qu'elle fait subir à la lumière qu'elle réfléchit.

Un cristal rhomboédrique, comme un cristal de B Spath d'Islande ", ne réfracte pas la lumière comme le ferait un cube de verre : non seulement il dévie le rayon incident, mais encore il le dédouble; il donne naissance à deux rayons réfractés qui, 4 la sortie du cristal,sont parallèles entre eux, mais nettement séparés. L'un a traversé normalement la lame de spath, à faces parallèles, sans subir de déviation, c'est le rayon ordinaire; l'autre subit un déplacement latéral : c'est le rayon extraordinaire. Si l'on fait tourner le cristal autour du rayon ordinaire, celui-ci reste fixe et le rayon extraordinaire tourne autour de lui, tout eu lui demeurant parallèle.

Gela étant, arrêtons par un écran le rayon extraordinaire, et faisons passer le rayon ordinaire sortant du premier cristal de spath, à travers un second cristal, de spath également : comme le premier, il donne deux rayons émergents, l'un ordinaire, l'autre extraordinaire. Mais si nous faisons tourner le second cristal autour de ce nouveau rayon ordinaire, nous constatons que, tout en ne changeant ni de direction ni de position, ce rayon change d'intensité : son éclat est maximum quand les « plans principaux» des deux cristaux sont parallèles; elle se réduit à zéro, au contraire, quand ces deux plans sont perpendiculaires l'un à l'autre; autrement dit, dans ce dernier cas, le rayon est éteint.

Le passage de la lumière à travers le premier cristal a donc donné aux rayons des propriétés inattendues : od dit que la lumière est, alors, polarisée. Le premier crisl.ll s'appelle le polariseur, le second s'appelle l'ana- Ijscur.

Or, si l'on étudie à l'aide d'un analysent que l'on fait tourner graduellement la lumière réfléchie par la surface de la mer, on constate que cette lumière est polarisée : il y a une position de l'analyseur pour laquelle la

l'optiqle et 1,'acoisttqie de la mer 65

Ismiâre transmise d travers sa masse est minimum. Oa l'appelle la h poeition d'extinctioD ».

On comprend, dès lors, que pour observer des objets ;>su visibles, il soit utile d' u éteindre », à l'aide d'un aaaiyseur, la lumière du ciel réiléchie par la mer et dùat l'éclat peut gêner l'observation directe qui devient, ainsi, plus facile. L'observation du périscope d'un sousmarin, presque impossible dans le scintillement de la lumière Bolsire râfléchie par la mer, devient ainsi facilement réalisable.

Cg que nous avons dit de la réflexion de la lumière par la surrace de la mer s'entend en cas d'une mer calme. Quaud la mer est agitée, les circonstances de la réflexion sont tout à fait différentes.

Quand le clapolU règne à la surface de la mer, c'està-dire quand celle-ci est soulevée par une inllnité de petites vagues courtes et aiguës, sans rytlimicité mar- [|QÉe, la surface liquide agit comme le feraient une infinité de miroirs mobiles qui renverraient simultanément a l'œil d'un spectateur placé à bord d'un navire, la lumière de divers points très dilTérents du ciel. C'est ^àce à ce mécanisme qu'on observe, sur l'eau agitée, 'las paillettes brillanlea jusque dans des azimuts très kiT\ês du plan vertical passant par le Soleil. Et l'on peut dire, d'une façon générale, que la mer clapoteuse c^t plus brillante que la mer plate. Mais en même temps, elle paraît absolument opaque h l'observateur lui la regarde d'en haut, du haut d'un avion, par fïemple.

Quand, au lieu de clapotis, c'est la houle régulière qui règne à la surface de l'eau, tant que les •< moutons » d'écume n'apparaissent pas, il pénètre, en moyenne, valant de lumière en mer houleuse qu'en mer calme. S*iulemenl, l'intensité lumineuse se trouve réunie sur Jcs lignes brillantes, qui sont les surfaces causliquet

s PBosiiaiîS BB t'acÉss

engendrées par la réfraction de la lumière à travi lames convexes et concaves de la houle. Ces si sont R réelles » eous les sommets des vagues de b< et a virtuelles >• Bous les creux. Par conséquent objet sous-marin, une mine immergée, par oser recevra un maximum de lumière au passage sommet et un minimum dans un creux. Ce pbënoi pourrait donc être avantageux pour l'observa malgré sa discontiuuité. Mais il faut remarquer l'image de l'objet sous-marin est, à son tour, défoi par la lentille cylindrique que constitue la vagm houle; et si plusieurs ondulations appartenant à sieurs systèmes de houle, se croisent au-dessus de sa déformation, ainsi compliquée, peut le re méconnaissable. Au contraire, un observateur ] ■10US l'eau ne sera nullement gêné pour observer l't qui présentera simplement, à sa vue, des variai d'éclat.

Quand la mer est franchement a moutonneuse i surface devient réellement ditîusanto, et la lum observée ainsi n'est plus » polarisée ». Hais si « moutons » sont localisés, ainsi que cela se pra dans le sillage d'un flotteur en mouvement : n&' torpille ou périscope; si la mer, autour de ce sillag< calme, alors la dé polarisation n'agit que sur ce sU qui peut ainsi devenir plus facilement visible à 1' à' un analyseur. On voit donc que l'étude de la lum polarisée est de plus en plus importante à mesure se perfectionnent les procédés de navigation.

L'eau des Océans présente des propriétés « acoi ques A dont nous allons dire quelques mots.

On sait que le son se propage plus vite dans l'eaii dans l'air. Laplace a donné une formule qui perm« calculer cette vitesse, en tenant compte de la

l'oPTIQL'B et l,'ACOl'aTIQi;E BB LA MEH 67

<lo la compressibîlitë du liquide considéré. En appliquait cette, formnle é. l'eau de l'Atlantique tropical & la température de 25°, pour laquelle la densité est 1,0244 et le coefficleQt de compreesibilité est 450x10'', on trouve unevitesse du propagation de 1.482 nit>treB par seconde.

Les premières déterminations directes de la TJtease {lu son dans l'eau de mer fureut faites par Beudant, à Marseille, an commencement du xix' siècle, par des moyens rudimeotaires; elles donnèrent comme vitesse 1.500 mètres par seconde. Mais des mesures directes furent faites par Stunn et Colladon sur l'eau douce du lac de Genève : ces' physiciens trouvèrent la laieur du 1.435 mètres.

Des mesures indirectes, faites en utilisant les propriétés des tuyaux sonores, ont fourni pour l'eau de mer de densité 1,0264, la valeur de 1.454 mètres par seconde. Pendant la guerre qui vient de s'éconler, des mesures directes de vitesse de propagation du son dans l'eau de mer ont été foites par l'ingénieur hydrographe Marti, en utilisant les propriétés du microphone et l'inscription graphique. Ces mesures ont donné pour la vitesse du son dans une eau de densité 1,0245 la valeur de 1503'°. On peut donc être certain que le son se pmpage au moins quatre fois plus vite dans l'eau de mer que dans l'air atmosphérique.

Cette vitesse, gritce à laquelle le son se transmet si facilement dans l'eau, a une importance toute particulière, aujourd'hui, à cause de la navigation sous-marine. Les signaux sonores pourront peut-être remplacer les signaux lumineux dont l'opacité de mer rend, dans ce cas, l'emploi impossible.

Elle explique également la finesse de l'audition chez les poissons, qui perçoivent les moindres bruits avec la plus grande facilité, et les pêcheurs A la ligne savent que le silence est, pour eux, la première condition de la réussite.

La vitesse du son dans Teau de mer étant connue et

LES phoblémes de (.'océak

mesurée avec précieion, fournit un moyen simpiâ sûr (le faire les sondages profonde. Il suffit d'c' l'intervalle de temps entre l'émission d'un son à la s face et le retour de ce son rélléchi sur le fond. C méthode a été indiquée dés le commencement xix" siècle par Arago : les mesures récentes vont p mettre de la reprendre.

La connaissance de la vitesse du son dans l'eau mer permet également de connaître, en temps brume, la distance k laquelle se trouve un navire d' poste câtier émettant simultanément un signal ondes électriques, un signal sonore aérien et un si{ sonore sous-marin. Le premier se transmet, en tique, instantanément; le second à la vitesse 331 mètres, le troisième à la vitesse de 1.450 mèl par seconde. Chaque seconde écoulée entre la récepi du signal de T. S. F. et du signal sous-marin coi pond à une distance de 1.450 mètres, chaque secoi écoulée entre la réception du signal de T. S. P. et ci du signal aérien correspond à une distance de 331 mèl On a fait application de celte méthode, en Anglete au cours de la guerre mondiale de 1914-1918.

■■■■'tp^-'î