SEPTIÈME LEÇON

Messieurs,

Ce n'est pas d'aujourd'hui que Ton soupçonne que, dans les profondeurs de la mer, règne une obscurité profonde : la mythologie Scandinave y plaçait une des parties les plus lugubres de son enfer. Depuis, les pécheurs qui vont à la plonge recueillir les perles, le corail, les éponges avaient souvent signalé que, même aux profondeurs minimes oii ils pénétraient, ils se trouvaient dans une demi-obscurité. Quand l'invention des scaphandres survint, et qu'on prit l'habitude d'envoyer des ouvriers réparer la coque des navires au-dessous des eaux, ou rechercher dans les fonds quelque épave, on dut leur mettre en main des lampes alimentées d'une façon spéciale. Quelques mètres au-dessous de la surface il n'y avait plus assez de lumière pour qu'on pût travailler utilement.

Ce n'est pourtant que depuis peu, grâce aux travaux de Forel, d'Asper, de Secchi, de Fol et Sarrazin, de Soret, qu'on a étudié, mesuré le phénomène, et qu'on sait à peu près où s'arrêtent dans l'eau les rayons lumineux.

D'ailleurs, Messieurs, les rayons qui nous viennent du soleil sont de plusieurs sortes : les uns agissent sur notre rétine, et nous donnent cette sensation spéciale que nous appelons la lumière. Leur perception c'est la vue. Les autres agissent sur certains corps et les font se dilater ; pour nous, ils sont

perceptibles par une action qu ils exercent sur les nerfs de notre peau, et cette sensation nous Favons appelée la chaleur. Enfin, une troisième sorte n'agit sur nous que dans des conditions tout à fait exceptionnelles (coup de soleil, érythème des pellagreux); mais, en revanche, ces radiations-là sont de toute nécessité pour la vie végétale. Sans les rayons actiniques, pas de formation de chlorophylle, pas de décomposition de l'acide carbonique, pas de vie végétale par conséquent.

Nous avons donc à étudier successivement la manière dont passent à travers Teau : !• les rayons visibles; 2** les rayons chimiques ; 3" les rayons calorifiques, puisque tous agissent sur les êtres qui habitent les profondeurs. Nous laisserons pourtant de côté ici Tétude des troisièmes, parce que nous aurons à la faire plus tard dans un chapitre spécial.

Vous savez. Messieurs, de par vos coimaissances de physique générale, que les rayons des diverses sortes ne sont pas également répartis dans le spectre : les rayons calorifiques sont dans la partie la moins réfrangible, dans le rouge et au-delà ; les plus réfrangibles sont les rayons chimiques (bleus et violets). Les plus brillants, les jaunes, sont les rayons visibles ; ils se trouvent entre les deux.

Une expérience préliminaire était, pour nous, de toute nécessité. U fallait voir si l'eau laisserait passer également ces divers rayons. Pour cela, il fallait, avec des précautions spéciales, réaliser la décomposition spectrale d'un rayon de lumière qui venait de traverser une certaine couche de liquide.

Ce travail a été fait avec un soin extrême par deux savantes Suisses, MM. Soret et Sarazin. Ces deux savants ont soumis à l'examen spectroscopique une couche d'eau d'environ 5 mètres. Cette eau était admirablement pure ; elle avait été distillée dans un alambic de platine, en présence de permanganate de potasse ; elle ne contenait donc ni gaz, ni sels, ni matières organiques. Dans ces conditions, les deux physiciens virent se former, dans l'orangé, une bande noire d'absorption qui, vu l'augmentation d'épaisseur, gagna du côté du rouge.

Par un procédé un peu différent, M. Vogel a obtenu des résul tats plus complets encore.

' Vous savez qu'à l'île de Capri se trouve une grotte célèbre, dans laquelle on ne pénètre que lorsque les eaux sont basses, et on y arrive même par un pertuis très petit. La lumière n'y entre qu'après avoir passé sous l'eau et s'y être réfractée. La lumière de la grotte de Capri a donc abandonné, dans l'eau, les rayons que celle-ci absorbe. En l'examinant au spectroscope, on en trouvera le spectre évidemment modifié.

On voit, en efifet, une nouvelle bande d'absorption dans l'orangé vers la raie C, tandis que la bande vue par Soret et Sarazin se trouvait près de la raie D. Il apparaît encore, dans ces conditions, une raie d'absorption dans le vert, entre E et b. De fait, la lumière de la grotte de Capri, privée de rouge^ d'orangé et même d'un peu de vert, paraît d'un bleu magnifique {Grotte d'azur).

Ce bleu est, d'ailleurs, la couleur même de l'eau prise sous une certaine épaisseur. Aussi voyons-nous les eaux des lacs et des mers, les blocs des glaciers nous paraître d'un bleu azuré. Ils ont absorbé la partie rouge du spectre, et ne nous renvoient que la partie bleue et violette.

W. Spring, en examinant l'eau dans des tubes de plus en plus longs, a vu qu'elle absorbait d'abord les rayons rouges, puis les violets, puis les jaunes qui persistent les derniers. En d'autres termes, dans le phénomène d'absorption les rayons calorifiques disparaissent les premiers, puis les rayons chimiques. Les rayons qui frappent notre rétine sont les derniers qui persistent. Vous verrez quel parti nous pouvons tirer de ce fait en biologie.

Enfin, pour en finir avec cette question, j'ajouterai que, par les recherches de Wild, nous savons que plus l'eau est chaude plus elle absorbe la lumière. L'eau glacée des pôles est plus transparente que l'eau chaude des tropiques.

L'absorption est à peu près de deux rayons sur mille pour 1 degré d'élévation de température.

Toutes ces expériences ont été faites au laboratoire, c'est-àdire avec de Teau très pure. Les résultats ne sont plus tout à fait les mêmes quand on procède sur place dans les eaux naturelles. C'est qu'elles sont loin d'être pures, à cause des milliers de particules solides, vivantes ou minérales qu'elles tiennent en suspension.

Tyndall admet que, dans l'eau, se trouvent des myriades de particules flottantes. En vertu de leur densité très peu supérieure à celle de l'eau, et du frottement considérable que ces particules exercent sur le liquide environnant, étant donnée leur grande surface par rapport à leur poids presque négligeable, elles ne tombent pas, ou plutôt elles tombent si lentement, que les moindres remous les soulèvent de nouveau, et qu'elles restent toujours suspendues dans le liquide.

Du fait de leur petitesse, ces particules ne peuvent réfléchir que les rayons à courte longueur d'onde, les bleus et les violets. Elles concourent donc, avec le pouvoir absorbant de l'eau, à donner à celle-ci la teinte azurée que nous connaissons aux mers, aux lacs et aux grands fleuves.

Bien plus, ces particules difl'usant la lumière, la réfléchissant dans tous les sens, ont pour action de la répandre également, à la façon des nuées quand elles se trouvent entre nous et le soleil. Cette difiusion a donc pour résultat de produire une illumination générale du fond des eaux, et de porter la lumière dans des anfractuosités qui resteraient obscures quand elles ne se trouveraient pas dans la direction même des rayons solaires qui se propagent seulement en ligne droite.

Mais, à côté de ce rôle bienfaisant, les particules en suspension en ont un autre moins utile : elles interceptent, en les absorbant, une grande partie des rayons lumineux qui arrivent dans les eaux; elles concourent donc à obscurcir celles-ci.

Aussi, toutes les expériences sur la transparence des liquides, sur la pénétration de la lumière dans le milieu aquatique, doivent-elles être faites sur place et non pas au laboratoire. Les lois d'absorption trouvées par les physiciens pour l'eau dis-

tillée nous amèneraient à des conclusions erronées, si nous les appliquions à Teau de mer, prise dans la mer, sur place, et pour ainsi dire vivante.

Ce qui nous intéresse le plus, au point de vue de la biologie, c'est Tétude de la pénétration des rayons visibles d'une part et des rayons chimiques d'autre part, dans les profondeurs des eaux.

Les premiers sont nécessaires pour la perception des objets.

Leur pénétration n'est pas facile à étudier, car leur réactif c'est notre propre rétine : il n'y a pas d'autre instrument qui puisse nous renseigner sur eux et encore cet instrument n'estil pas sûr. Rien ne nous prouve, en effet, que si nous ne voyons pas clair dans les grands fonds, il en serait de même des animaux qui y demeurent. Sans chercher si loin, il nous est souvent difficile de nous diriger dans une cave qui nous parait profondément obscure alors qu'un chat par exemple se sauve devant nous en courant et en évitant les moindres obstacles.

Il faut donc, pour savoir jusqu'où notre rétine percevra la lumière au fond des eaux, descendre nous-même dans ces eaux. £t cela ne nous mène pas bien loin puisque, par la plonge, nous ne pouvons guère dépasser une quarantaine de mètres.

Hermann Fol a fait cette étude et je vous demande la permission de vous lire la relation qu'il a donnée de ses explorations.

« L'éclairage du fond de la mer, dit-il, tel qu'on le voit en y descendant en scaphandre, vient uniquement d'en haut. Il ressemble à celui d'une salle sans fenêtres qui reçoit le jour par un vitrage occupant le milieu du plafond.

« La cause de ce phénomène est facile à trouver. Il suffit de regarder en haut par la vitre frontale du casque. L'on voit alors un grand espace circulaire lumineux, dont les limites sous-tendent dans l'œil de l'observateur un angle de 62*50' environ. Au delà de ce cercle, la surface de l'eau paraît sombre et présente la même nuance que la mer vue de haut en bas depuis le bord d'un bateau. La limite entre la surface lumineuse et celle qui présente une réflexion totale n'est jamais régulière ; la

moindre ondulation de la surface suffit à y produire des échancrures et des enclaves qui s'étendent au loin lorsque la mer est agitée.

« Les rayons du soleil sont pâles déjà à quelques mètres de profondeur. Ils se présentent sous forme de chatoiements mobiles produits par la réfraction à la surface des vagues. Dans un appartement situé sur le bord de l'eau et dont les persiennes sont closes, Ton peut voir, en regardant au plafond, un phénomène très analogue à celui que le scaphandrier voit sur le fond.

« Au moment où le soleil descend vers l'horizon, le plongeur qui se trouve à plus de 10 mètres de profondeur voit subitement le crépuscule succéder au grand jour. Il m'est arrivé de remonter croyant à l'arrivée de la nuit et, une fois sorti de l'eau, de me voir avec étonnement inondé par les rayons d'un soleil encore assez éloigné de son coucher. Cette diminution de l'éclairage, au moment où l'angle d'incidence des rayons solaires ne leur permet plus guère de pénétrer dans l'eau, est très brusque.

« La couleur de l'eau de la Méditerranée le long du littoral varie beaucoup d'un jour à l'autre, suivant que les courants amènent Teau pure du large ou l'eau trouble de la côte. Vue horizontalement par la vitre du scaphandre, elle varie du vert grisâtre au bleu verdâtre. Les objets prennent tous \m ton bleuté, d'autant plus accentué que l'on descend plus bas. Déjà à 25 mètres ou 30 mètres, certains animaux d'un rouge sombre, tels que les Muricœa placornus^ paraissent noirs, tandis que les Algues, colorées en vert ou en vert bleu, prennent des teintes qui paraissent plus claires par comparaison. En remontant rapidement à l'air, les yeux, accoutumés à cette lumière bleue, voient en rouge le paysage aérien.

« Les rayons rouges sont donc éteints dans une proportion très sensible à une faible profondeur, tandis que les rayons bleus sont moins absorbés par l'eau. Ce fait suffirait à lui seul à réfuter les doutes émis, sur la légitimité de l'emploi de la plaque photographique pour trouver la limite de pénétration de Rbohard. 13

la lumière du jour dans Teau, puisque ce sont les rayons chimiquement actifs qui sont les moins arrêtés.

« Le degré de transparence de Teau le long du littoral varie, de même que sa coloration, dans de larges proportions d'un jour à l'autre. Même lorsqu'elle est relativement claire, si le ciel est couvert, Ton y voit si mal à 30 mètres de profondeur qu'il est bien difficile de récolter de petits animaux. Dans la direction horizontale, on ne peut pas, dans ces conditions, distinguer un rocher à plus de 7 mètres ou 8 mètres de distance. Si le soleil brille et que l'eau soit exceptionnellement claire, l'on peut arriver à voir un objet brillant à 20 mètres, parfois même à 25 mètres. Mais, dans les circonstances ordinaires, il faut se contenter de la moitié de ce chiffre.

« D'abord il est clair que les animaux marins, j'entends ceux qui vivent dans les couches supérieures et éclairées de la mer, se meuvent comme dans un brouillard. Ils ne peuvent pas éviter les surprises et une vue à longue portée leur serait inutile ; aussi voyons-nous que tous ceux d'entre eux qui sont agiles ont l'habitude, lorsqu'on les effraye, de fournir une course effrénée de quelques mètres, et puis de s'arrêter comme s'ils sentaient qu'ils ont dépassé le cercle de vision de leur persécuteur.

<( Les engins de pêche consacrés par l'expérience seraient inefficaces pour capturer des animaux capables de voir à quel* que distance. »

Avant qu'on eût exploré ainsi la tranparence de l'eau en pénétrant dans son sein, des études avaient été faites par le capitaine de vaisseau Bérard, en plongeant dans la mer une assiette de porcelaine blanche attachée à trois cordelettes à la façon du plateau d'une balance. On descendait lentement cette assiette attachée à une corde nouée tous les mètres et on notait le moment de sa disparition.

Dans le Pacifique, on distinguait encore l'assiette à 40 mètres de profondeur.

Secchi et Gialdi reprirent cette expérience en se servant d'un grand disque de toile peinte à la céruse pure. Us avaient soin de

répandre un peu d'huile sur la mer pour obtenir une grosseur et éviter le miroitement que causent les rides de la surface.

Pour éviter la lumière réfléchie qui gêne beaucoup l'observation, on se servait d'une lunette d'eau, c'est-à-dire d'un tube plongé au-dessous de la surface.

Le résultat d'im très grand nombre d'essais, faits de cette manière, fut que, dans la Méditerranée, le disque, par les plus beaux jours, n'était plus visible à 45 mètres.

En 1880, à bord de VHertha, MM. Wolf et Luksch reprirent ces expériences dans l'Adriatique ; avec des disques diversement colorés, ils sont arrivés à des conclusions analogues.

Sur le lac Léman, Forel recommença les expériences de Secchi et Cialdi. Il vit que l'eau est plus transparente au large que près du bord, au bout d'un cap qu'au fond d'un golfe, sur une côte accore que sur une côte plate. Le disque disparaissait à 6°',6 en été et à 12",7 en hiver. Cette diflFérence tient à la température du lac et surtout à la difiFérence du nombre des corpuscules en suspension bien plus abondants en été quand fondent les glaces, qu'en hiver quand l'eau est calme et les affluents taris par la gelée.

En 1883 la Société de physique et d'histoire naturelle de Genève reprit la question. Elle opéra diflFéremment. Elle immergea une lampe électrique dans le Rhône à sa sortie du lac. On notait le moment où la lampe électrique cessait d'être visible.

Ces recherches, très bien conduites, furent faites aussi avec une lampe à huile immergée, avec une bougie, une lampe Edison, etc.

Les conclusions furent que la lumière diffuse pénètre une fois plus loin que la lumière directe du point lumineux, que les chiffres varient chaque jour suivant que l'eau contient plus ou moins de particules solides en suspension: ce qui fait que la lumière pénètre plus avant en hiver qu'en été. Quand on colore la lumière en rouge, au moyen d'un verre de cette couleur, la pénétration diminue, ce qui prouve bien que les rayons rouges sont plus abondamment absorbés que les autres. Enfin là lumière

électrique la plus intense n'a pu pénétrer l'eau qu'à une profondeur de 38 mètres. Encore à cette distance était-elle à peine visible.

Ce qu'il faut conclure de tout cela, c'est que, vers 40 mètres, les animaux ne reçoivent plus qu'une quantité peu appréciable de lumière utilisable; il doit régner à partir de là une obscurité assez profonde. A moins pourtant que les animaux destinés à vivre dans ces fonds ne possèdent une acuité visuelle différente de la nôtre. Nous ne le savons pas, mais je suis persuadé qu'il en est ainsi. La suite en donnera un commencement de démonstration.

Les rayons visibles ne sont pas, vous ai-je dit, les seuls qui pénètrent dans les eaux, nous savons que les plus réfrangibles y vont aussi, et c'est grâce à eux que certaines réactions de la vie végétale peuvent s'accomplir. 11 est donc du plus grand intérêt de chercher dans quelle mesure a lieu leur pénétration puisque ce sera pour nous un renseignement précieux sur la possibilité de la vie et sur ses conditions à telle ou telle profondeur.

C'est encore à Forel que nous devons les premières recherches sur ce point. Il a commencé par placer dans un flacon un papier photographique imbibé de chlorure d'argent, puis il l'a descendu à 60 mètres de la surface dans le lac Léman. Cette opération fut faite pendant la nuit naturellement et, trois jours après, le papier fut retiré, il n'était nullement noirci.

Forel a répété cette expérience dans toutes les conditions, par tous les temps, à toutes les profondeurs, dans toutes les saisons.

De cette manière il a vu que c'est vers 45 mètres en été que le papier cesse d'être impressionné. Ce résultat est très comparable à celui qu'obtenaient Secchi et Cialdi par l'immersion du disque blanc.

Mais les papiers photographiques sont peu sensibles. Nous savons qu'il est possible de les manier en plein jour sans qu'ils se voilent. Il se peut fort bien qu'ils ne rapportent aucune trace de lumière de milieux qui pourtant peuvent être légèrement éclairés.

La découverte des plaques au gélatino-bromure amena, en 1888, les recherches célèbres d'Asper dans le lac de Zurich et dans celui de Wallenstadt. Le physicien suisse attacha le long d'une corde à des distances égales une série de plaques. Puis l'appareil fut immergé par une nuit sombre et sans lune et retiré le lendemain également pendant la nuit. Entre 150 et 160 mètres les plaques n'étaient plus du tout impressionnées. Il doit donc régner dans ces régions une obscurité comparable à celle que nous observons dans nos chambres obscures les plus noires.

Il y avait quelques objections à faire au procédé d'Asper, il immergeait la nuit, mais il n'y a pas de nuit si noire qu'elle ne soit éclairée par la lumière des étoiles. Il résultait de cela que les plaques pouvaient être voilées sans que cela fût du fait de la lumière qui avait traversé les eaux.

Herman Fol et Saràsin ont descendu à différentes profondeurs des plaques en se servant d'un dispositif qui permettait d'exposer la glace un temps donné, à une profondeur connue et cela en plein jour. Leur instrument, dont je leur emprunte la description, consistait en une boîte en laiton en forme de châssis qui contenait la plaque sensible. Ce châssis était fermé à sa partie supérieure par deux volets glissant dans une rainure et allant à la rencontre l'un de l'autre : quand ils s'écartaient, ils découvraient par conséquent entièrement la plaque. Au fond du châssis se trouvait fixée une forte tige en forme de T, qui portait les axes de rotation de deux leviers croisés à la façon de lames de ciseaux; chacun de ces leviers se terminait en haut sur l'un des volets du châssis, volets qu'un ressort tenait toujours écarté ; un gros poids était suspendu aux extrémités des leviers, les rapprochait comme nos doigts quand ils ferment une paire de ciseaux et par conséquent tenaient la plaque recouverte. C'est ce qui se passe tant que l'appareil descend dans la mer. Mais que le poids touche sur le fond, son action se trouve annihilée, le ressort antagoniste ouvre les volets et la plaque se trouve exposée à la lumière.

i98 LA VIE DANS LES EAUX.

Quand on remonte l'appareil, ce poids quitte le fond et le châssis se referme. Quand on veut opérer, on fait un sondage préalable et on donne à la corde, qui est entre le levier et le poids, une longueur telle, qu'elle soit la différence entre la profondeur totale et la profondeur à laquelle on veut exposer la plaque. Dans toutes les expériences, le châssis est resté ouvert pendant dix minutes. Le développement a été opéré également pendant dix minutes avec la solution normale d'oxalate de fer. Les premières expériences des deux savants démontrèrent que dans le Léman la lumière du jour pénètre à 170 mètres de profondeur, mais que là, elle n'est pas plus intense que celle que nous percevons dans une nuit sans lune où nous avons quelque peine à nous diriger. A 120 mètres la lumière transmise voile énergiquement les plaques. En septembre, par un temps couvert, il entrait plus de lumière dans l'eau qu'en août par un soleil radieux, ce fait qui concorde très bien avec ceux qu'a vus Forel tient à ce qu'en août, la fonte des neiges étant très active, les torrents apportent dans le lac une beaucoup plus grande quantité d'eau boueuse qui l'obscurcit. Après avoir expérimenté dans le lac de Genève, Fol et Sarasin transportèrent leur appareil sur V Albatros et l'immergèrent dans la Méditerranée au large . du cap Ferrât : il fallut, pour ces expériences, dans l'eau de mer, protéger la plaque sensible sous une forte couche de vernis que l'on enlevait par l'alcool quand on procédait au développement. En répétant les expériences un fort grand nombre de fois, les deux savants ont vu qu'à 400 mètres de la surface, au milieu du jour et par un beau soleil, les plaques ne se voilaient plus ; il faut donc conclure de là, qu'en ces régions, les rayons actiniques ne pénètrent absolument plus.

Forel avait étudié l'influence des saisons sur l'éclairage de la superficie des lacs; Fol et Sarasin firent la même recherche pour les profondeurs; en mars 1883, sur le Sachem^ ils immergèrent dans le lac un certain nombre de plaques ; la dernière, qui revint voilée, avait été découverte à 200 mètres; il résulte de là que la pénétration dans les eaux du Léman est moitié

LA LUMIÈRE. i99

moindre que celle qu'on observe dans la Méditerranée. Une pareille différence ne peut tenir qu'à la présence, dans Teau du lac, d'un grand nombre de particules en suspension. Les recherches de Fol et Sarasin ont encore eu pour but de nous fixer sur l'influence des diverses heures du jour sur la pénétration de la lumière dans les eaux ; cette fois c'est sur Le Corse que furent faites les expériences. Une série d'appareils très analogues à celui que nous avons décrit étaient suspendus à égale distance le long d'une ligne de sonde ; ils s'ouvraient et se fermaient dès que le plomb touchait au fond. Nous ne pouvons entrer ici dans le long détail des recherches ; qu'il nous suffise d'en donner le résultat. Les couches situées à 300 mètres reçoivent de la lumière chaque jour, non point pendant un temps très court, mais tout le temps que le soleil est au-dessus de l'horizon ; à 350 mètres, la lumière entre encore dans la mer pendant huit heures. Ces expériences ont été faites au moment de l'équinoxe de printemps.

Les recherches de Fol et Sarasin devront être renouvelées dans des conditions variées, dans les mers chaudes, dans les mers boréales, oti la transparence est si merveilleuse. Mais, telles qu'elles sont, elles sont importantes, puisqu'elles sont, jusqu'à présent, les seules qui nous puissent renseigner sur le dernier point oîi arrivent, dans l'Océan, les moindres rayons lumineux que la plaque sensible puisse enregistrer.

Les travaux que j'ai entrepris moi-même, et dont je vais vous parler maintenant, bien qu'ils semblent du même genre que ceux des deux physiciens de Genève, n'ont été faits ni dans le même but, ni par les mêmes procédés; ils n'ont pas eu, naturellement, les mêmes résultats. Je n'ai pas cherché, comme eux, la limite extrême de pénétration du dernier rayon actinique, dans une région où règne une obscurité comparable à nos nuits les plus sombres. J'ai voulu plutôt faire œuvre de biologiste que de physicien, et je me suis demandé jusqu'à quelle profondeur nous rencontrerions des conditions de durée et d'intensité du jour à peu près comparables à celles dont nous jouissons au

fond de l'espèce d'océan gazeux que constitue notre atmosphère. Je me suis demandé à quelle heure commençait et finissait le jour dans telle ou telle couche de la mer habitée par des animaux et par des végétaux.

J'ai dû, pour cela, construire un appareil spécial enregistreur, dans la confection duquel j'ai été guidé par ceux qui m'avaient précédé, et dont voici le principe.

Fig. 98. — Appareil de Campbell et Stokes pour mesurer TiDlensité lumineuse.

Le premier en date est dû à Campbell et à Stokes. Il est composé d'une sphère de verre qui agit comme lentille. L'image du soleil est reçue sur une bande de carton étendue dans un cadre courbe, qui se trouve juste à la distance focale. Dès que le soleil luit, sa chaleur est concentrée sur le carton et elle le brûle. Cet appareil est le principe des suivants, mais il est bien imparfait, puisqu'il ne donne que la constatation de la pré-

sence du soleil, et nullement la mesure de son action (iig. 98).

Jordan eut Tidée d'employer, dans ce but, la photographie.

Son appareil est formé d'une chambre noire cylindrique, percée

de deux trous, par lesquels pénètre la lumière. On introduit,

|iifi«m t^d•■tflll iMdi T^ùtmr CNhi

Fig. 98 bis. — Résultats fourois par l'appareil Campbell et Stokes.

dans Fappareil, un papier sensible circulaire, et on Tincline suivant la latitude du lieu. Le soleil, par son simple mouvement apparent, trace une ligne circulaire sur le papier sensible, ligne circulaire d'autant plus foncée que les radiations sont plus intenses (fig. 99).

L'héliographe Maurer que représente notre figure iOO dérive

Fig. 99. — Appareil de Jordan pour enregistrer photographiquement les variations de la lumière.

Fig. 100. — Héliographe de Maurer.

de la même idée. Il est formé d'un cylindre dont Tune des

bases est coupée obliquement, et percée d'un très petit trou. Le fond du cylindre est garni d'un papier sensible. Les rayons solaires, par suite du mouvement terrestre, viennent décrire un cercle noir sur ce papier sensible. L'intensité est naturellement proportionnelle à l'intensité lumineuse (fig. 101).

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Fig. 101 . — Résultats donnés par Théliographe de Maurer.

Le principe de ces instruments était utilisable pour notre recherche; mais la manière dont ils étaient construits avait absolument besoin d'être modifiée.

C'est alors que nous avons imaginé l'appareil que représente la figure 102. Un lourd plateau de fonte se trouve suspendu, par quatre solides anneaux, à une patte d'oie faite de quatre fils d'acier très résistants, qui rejoignent, au point D, un fil de sonde également en acier. La minceur de ces fils est cause qu'ils n'interceptent en rien la lumière.

Sur le plateau de fonte se trouve vissé un cylindre de bronze, fermé par une plaque ronde suivant une de ses bases.

Sur sa génératrice supérieure D se trouve une fente recouverte d'une glace solidement serrée par une garniture en caout-

chouc et en métal delta. C'est par cette fente que la lumière pénètre dans le cylindre. Elle a un dixième de millimètre de largeur.

Dans rintérieur du tube se trouve un cylindre que meut up mouvement d'horlogerie. Il fait un tour en vingt-quatre heures. Sur sa surface se trouve collée une feuille de papier platinographique assez sensible. En tournant, le cylindre présente à la fente successivement les diverses parties du papier qui se trouve impressionné plus ou moins, suivant qu'il arrive è lui plus ou moins de lumière. En retirant le papier après une journée, on le verra donc plus ou moins noirci, suivant que plus ou moins de lumière lui sera arrivé.

L'appareil devant être envoyé assez profondément, il faut que sa surface, et surtout ses joints, supportent la pression. Pour éviter tout accident du côté de la pénétration de l'eau, nous avons pris deux précautions. D'abord, un ballon B, plein d'air, est en rapport, par une tubulure latérale, avec l'intérieur du cylindre ; la pression qu'il transmet à l'intérieur étant égale à celle que supporte Fextérieur de l'instrument, elles s'annulent. Comme deuxième précaution, dans la boite môme de l'appareil, nous laissons quelques petits fragments de chaux vive qui absorbe le peu d'humidité qui aurait pu y pénétrer. Un lourd poids P leste le tout, et tend le fil de sonde.

Pour se servir de l'instrument, on procède de la façon suivante : on a deux appareils ; Fun reste à bord, à l'extrémité du beaupré ; l'autre est immergé. Dans chacun se trouve un cylindre tournant exactement avec la même rapidité. Sur chaque cylindre est un morceau de papier sensible pris dans la même feuille, au même endroit. Des lignes marquent sur chacun les heures et les demi-heures. On met le navire au mouillage par un temps absolument calme, et on immerge l'appareil pendant la nuit, en l'attachant soit à l'extrémité du beaupré, soit aune bouée que l'on laisse loin du navire, pour éviter que celui-ci projette jamais son ombre sur l'appareil immergé. Puis on laisse les deux photomètres s'impressionner toute la journée. On les

retire quand la nuit est tombée, et on développe les deux papiers ensemble dans le même bain d'oxalate de fer.

Grâce à Textrême obligeance du prince Albert de Monaco, nous avons pu voir nos expériences se faire dans des conditions d'exactitude excellentes. Il a transporté nos deux appareils à Madère, très au large, par conséquent loin des cours d'eau qui amènent les particules boueuses dans les eaux.

Les recherches ont été faites par lui sur un navire à Tancre, en rade de Funchal, pendant le mois de mars 1889.

Le résultat obtenu est représenté par notre planche IIL Les trois jours où les expériences ont eu lieu, il a fait un temps superbe. Les nuages ont été à peu près nuls.

Le 27 mars, l'appareil a été coulé à 20 mètres.

On voit, en examinant la figure, qu'à ce niveau le jour s'est levé à Fig. 102. - Photométrographe de P. Regnard.

9 heures du matin, et que la nuit est venue vers 5 heures du soir. A bord, Tappareil indique que le jour était très net à 6 heures et demie, et qu'à S heures et demie du soir il faisait nuit. Les êtres qui vivaient vers 20 mètres de fond ont donc eu quatre heures de jour de moins que ceux de la surface et que les êtres terrestres.

De plus, à 20 mètres, le soleil n'a été visible que de 1 1 heures et demie du matin à 1 heure du soir, tandis qu'à terre le soleil a été très intense jusqu'à 2 heures et demie.

Le 29 mars, on a coulé l'appareil à 30 mètres. Ce jour-là, le jour a été très net à 5 heures et demie à terre (la différence avec l'avant- veille tient à la moindre nébulosité du ciel le matin). Le soleil radieux a lui de 7 heures et demie à 3 heures. La nuit photographique est venue vers 5 heures et demie.

A 30 mètres, le jour s'est levé vers 8 heures et demie ; à 1 heure et demie il faisait nuit. Tout au plus le soleil a-t-il été sensible dix minutes vers midi. Les êtres qui vivaient à cet étage marin ont donc eu sept heures de jour de moins que ceux de la surface des continents.

Enfm on à porté l'appareil une autre fois à 40 mètres. Bien que la journée ait été fort belle ce jour-là, c'est tout au plus s'il est arrivé au fond vers 1 heure la faible lueur qui suffit pour voiler légèrement le papier platinographique, lequel est pourtant deux fois plus sensible que le papier au chlorure d'argent.

A 40 mètres c'est la nuit telle que notre œîl la connaît puisque pour nous l'obscurité correspond à fort peu près au moment où le papier platinographique peut demeurer un quart d'heure exposé sans donner la moindre réduction.

Jusqu'ici, Messieurs, les études expérimentales ne nous ont donné qu'une notion : il y a, ou il n'y a pas, de lumière dans tel ou tel fond. Tout au plus les recherches de Forel permettaient-elles de comparer l'intensité de la teinte qu'avait prise le papier photographique qu'il immergeait le long de son fil de sonde. Tout au plus aussi peut-on comparer sur notre planche III

Appareil du Bord.

Appareil à 20 mètres.

Appareil du Bord .

Appareil à 3o mètres.

Appareil du Bord .

Appareil à 40 mètres.

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Expériences exécutées au moyen du Photometpogpaphe en rade de Funchal (Msdère).

( Mars 1889;.

les teintes plus ou moins foncées qu'a prises le papier au platine aux différentes heures de la journée.

Il n'y a pas là de mesure proprement dite ; on n'a pas de chiffres qui puissent se mettre en courbe et représenter exactement l'absorption de la lumière par l'eau.

C'est pour remédier à cette lacune que nous avons imaginé les expériences dont je vais maintenant mettre le détail sous vos yeux. Vous savez que certaines réactions chimiques se font plus activement sous l'influence de la lumière qu'en son absence, c'est ainsi que l'acide oxalique mélangé au perchlorure de fer donne sous l'influence des rayons lumineux une réaction assez complexe, en fin de compte de laquelle il se dégage de l'acide carbonique qu'on recueille. La quantité de cet acide carbonique est proportionnelle à la somme de lumière qui a frappé la dissolution. Nous avions pensé à utiliser cette réaction pour mesurer la quantité de lumière qui passe dans la mer. Nous en avons été empêché par cette circonstance que le dégagement de gaz est influencé par la pression : or nos divers flacons d'épreuves devaient être à des pressions différentes puisqu'ils devaient être à des profondeurs variées. Le résultat eût été de ce fait faussé. Les réactions lumineuses donnant lieu à une variation d'électricité étaient plus directement utilisables : l'intensité électrique peut en effet être mesurée avec la plus grande précision.

Elles sont assez nombreuses. En 1881, Laur montra, après Edm. Becquerel, du reste, qu'une pile composée d'une lame de sulfure d'ai^ent et d'une lame de zinc amalgamé donne des effets variés suivant qu'elle est ou non éclairée; mais il n'est pas démontré que dans un pareil couple il y ait proportionnalité entre le courant et l'intensité de la lumière, du moins quand l'appareil a servi plusieurs fois. Nous avons donc dû l'abandonner aussi.

En 1888, MM. Jouy et H. RigoUot ont fait connaître un actinomètre formé d'une pile où le liquide est le chlorure de sodium et les électrodes une lame de cuivre décapée et une lame

de cuivre oxydée. Cet élément adonné des résultats assez bons

dans les premier essais, mais il variait d'un jour à Tautre, il n'était par conséquent pas comparable à lui-même, il nous a fallu l'abandonner.

C'est alors que nous nous sommes décidés à nous servir de la pile à sélénium que nous avons immei^ée dans la mer grâce à un dispositif particulier.

Vous savez, Messieurs, que le sélénium a la propriété de diminuer de résistance quand il est éclairé même avec une faible intensité. On a donné des explications variées du phénomène, mais , quelles qu'elles soient, le fait est certain.

Si donc on interpose un fragment de sélénium sur un courant parfaitement constant, on verra ce courant dévier davantage le galvanomètre suivant que le sélénium sera ou non

Fjg. 103. — Photomètre au sélénium de p. Re- < i • r 41 jx - i* gnard, pour mesurer la pénétration de la éclairé et la déviation lumière dans les eaux. g^pa proportionnelle à l'é-

clairement.

L'instrument que nous avons imaginé est fort simple. Une

pile au sélénium S, construite comme cela est indiqué dans tous les traités de physique, est placée dans une boîte de cuivre H parfaitement étanche et fermée par une glace (fig 103). Cette boite est pendue à une patte d'oie en fil d'acier très fin et aboutit à un fil de sonde F divisé de mètre en mètre par des rosettes de drap rouge. Pour que la boîte, lestée par le boulet de fer P, ne subisse aucune pression et ne se brise pas quand on Timmerge, elle est munie, comme la plupart de nos appareils, d'un ballon compensateur B.

Un système de boulons isolateurs fabriqués en fibre et en ébonite permet à un câble marin C, dont les deux fils sont parfaitement isolés, de pénétrer dans la boîte et de se mettre en rapport avec les pôles de la pile au sélénium.

Ce câble a une longueur de 250 mètres, il permet donc de faire Texpérience à une distance assez grande du bord de la mer.

On ne peut en efiFet s'écarter beaucoup de la terre ferme, car il faut, de toute nécessité, que le galvanomètre très sensible dont on va se servir soit à terre dans une chambre obscure. Les mouvements d'un navire ne permettraient aucune lecture.

La pile aussitôt, après son enroulement, présentait une résistance de 5000 ohms. Aussitôt après avoir été desséchée à 200 degrés elle avait une résistance de 250 000 ohms. Après son refroidissement elle avait une résistance de 3 100 000 ohms. L'isolement des lames de cuivre était donc excellent.

Quand on eut placé le sélénium entre les spires, la résistance tomba à 1 640 000 ohms. Devant un bec de gaz papillon, à 10 centimètres environ de lui, elle devint 680 000 ohms et 350 000 seulement à la lueur du ciel éclairé.

Nous avions donc un instrument d'une grande sensibilité.

Il fallait le mettre en rapport avec un galvanomètre.

Pour cela, dans une chambre obscure, se trouve une table solide, une paillasse en brique autant que possible.

Sur cette paillasse (fig. 104) se trouve disposé un galvanomètre Thomson Ga dont le miroir est dirigé par un aimant faible A. Reo.iard. 14

Un bec de gaz L fournit de la lumière par une fente percée dans sa cheminée opaque. Le rayon lumineux, recueilli par le galvanomètre, est réfléchi sur l'échelle graduée I. Des déviations très faibles du miroir sont donc multipliées considérablement grâce à la longueur du faisceau lumineux. L'électricité est fournie par une pile thermo-électrique P dont les couronnes inférieures sont seules utilisées, La pile est entourée d'une tôle protectrice plissée qui empêche qu'un courant d'air fortuit ne vienne augmenter la déperdition de chaleur, ce qui amènerait à coup sûr un mouvement du galvanomètre. Le gaz qui chauffe la pile est d'ailleurs tenu à une pression parfaitement égale par le régulateur Moitessier R.

Grâce à ces précautions, le courant qui passe par la pile P, le galvanomètre Ga et la pile de résistance au sélénium ne varie pas. L'image I ne bouge pas du tout sur l'échelle tant qu'on ne fait pas intervenir la lumière. C'est là un point important que nous avons réussi à réaliser, bien que cela soit fort difficile.

Nous avons transporté ce matériel sur le rocher de Monaco qui nous offrait de grands avantages. D abord le prince Albert faisait disposer à l'extrémité môme de ce rocher une casemate où nous pouvions installer l'appareil gai vanom étriqué. Ensuite le rocher s'avance dans la mer comme un navire, ce qui nous permettait d'opérer un peu loin des côtes et d'éviter le trouble de l'eau inévitable près du rivage. A l'extrémité du rocher, notre câble long de 250 mètres nous permettait de nous éloigner de la côte véritable de plus d'un kilomètre (voyez fig. 105 au point où est figuré le bateau). Nous trouvions là des fonds de 50 mètres.

L'eau y est d'une pureté admirable dans les beaux temps ; la côte de Monaco est garantie des eaux bourbeuses du Var par le cap Ferrât et des eaux torrentueuses et troubles de la Roja par le cap Martin.

C'est donc un lieu d'élection pour des expériences qui obligent à avoir une partie des instruments à terre et qui empêchent de gagner complètement le large. Nous procédions comme

cela est représenté dans la figure 106. Un bateau maintenu en place simplement par ses avirons était amené devant le labo-

ratoire à 200 mètres au large du rocher, sur un fond de 50 mètres. On choisissait un jour où le soleil était radieux et

OÙ pas un nuage n'était au ciel. De plus on opérait à midi juste pour que les rayons fussent aussi perpendiculaires que possible à la surface de Teau. La pile étant fixée au beaupré du bateau, on la rattachait au câble qui baignait d'abord dans Teau puis

Fig. 105. — Topographie de la région où ont été faites nos mesures de la transparence de Teau.

montait le long du roc et finissait par aboutir dans la chambre noire du laboratoire. Le câble était mis en rapport avec le galvanomètre et la pile thermo-électrique. L'aide qui était dans le bateau bouchait alors la pile soigneusement. On notait une première déviation qui correspondait à Tombre absolue. A un signal qui lui était fait du rocher, il mettait la pile découverte en plein soleil. Une deuxième lecture donnait la déviation dans ces conditions. L'aide enfonçait alors de mètre en mètre la pile

dans Teau et, chaque fois, on faisait une nouvelle lecture [i).

C'est en procédant ainsi que nous avons obtenu le tableau de la figure 407.

Il montre qu'au soleil et dans Tair, le galvanomètre marquait 260 divisions. Après avoir été immergé à un mètre il ne donnait plus que 435, presque la moitié. C'est le premier mètre d'eau qui absorbe la plus grande partie de la lumière, du moins quand, comme dans la mer, cette eau est remplie de particules de toute nature.

Fig. 106. — Expérience de la mesure de llutensité lumineuse dans les eaux exécutée à Monaco en mars 1890.

A 2 mètres le galvanomètre marque 404 divisions, etc., si bien qu'à partir de 4 mètres il y a presque toujours autant de lumière ; c'est de la lumière diffuse, A partir de 44 mètres l'appareil n'est plus assez sensible pour indiquer la diminution de la diffusion.

Le dernier point (65) que l'on remarque dans la colonne Om correspondait à l'ombre, c'est-à-dire à ce que marquerait le

(1) Je dois beaucoup de remerciements à M. Gopello et à M. le commandant Paul, de la Principauté de Monaco, qui m'ont aidé dans ces délicates recherches avec une grande obligeance.

galvanomètre pour les grandes profondeurs, pour celles par exemple que Fol et Forel exploraient photographiquement.

Cette expérience était faite en mer, c'est-à-dire dans une eau relativement trouble, si pure qu'elle parût. Nous avons voulu

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Fig. 107. ~ Graphique représeutant la dimiuutioD de TinteDsité lumineuse à mesure qu'on pénètre dans les eaux.

la refaire au laboratoire avec une eau prise dans la Seine que nous essayerions telle quelle et que nous explorerions ensuite après l'avoir filtrée.

Pour ce travail, nous avons utilisé l'appareil que représente la figure 108.

Un grand tube T placé verticalement est fermé en bas par une glace. On peut, par les robinets RR', y faire pénétrer de l'eau;

un tube gradué en verre / permet de connaître à chaque instant le niveau qu'occupe Teau dans le tube T avec lequel il commu-

Flg. 108. — Dispositif destiné à mesurer l'absorption de la lumière par Teau pure

distillée ou filtrée.

nique. Au-dessus du tube T se trouve la pile au sélénium P, renversée sur lui.

La lanterne électrique L envoie des rayons parallèles sur le miroir M qui, étant incliné à 45 degrés, les renvoie verticalement

dans le tube T. Les rhéophores s'en vont à Tappareil figuré en 104, il est certain que l'absorption de la lumière sera d'autant plus intense qu'il y aura dans le tube une couche d'eau plus épaisse. Faisons entrer le liquide non filtré dans notre tube T, décimètre par décimètre, et faisons une lecture chaque fois au galvanomètre.

Fjg. 109. — Graphique montrant la différence d'absorption de la lumière par Teau de la Seine avant et après filtration.

Quand l'eau n'est pas filtrée, nous obtenons au premier décimètre une chute de 25 divisions, nous n'avons dans les mêmes circonstances que 7 divisions de diminution lorsque l'eau est filtrée au papier.

Il suffit de considérer les deux courbes de la figure 409 pour se rendre compte de la différence qu'entraînent les deux conditions. Le tracé A est obtenu avec de l'eau grossièrement filtrée.

Sauf pour le premier décimètre, l'absorption est à peu près nulle et va en diminuant suivant une progression arithmétique

dont la raison est très faible. La courbe -|- a été obtenue avec de Teau de Seine prise telle quelle et nous reproduit (avec une absorption beaucoup plus grande) la courbe même que nous avions obtenue en pleine Méditerranée.

Messieurs, ces expériences ne nous ont pas encore fait connaître toutes les solutions que comporte notre problème. Jusqu'ici les recherches de Forel, de Fol et d'Asper nous ont fourni le point maximum où parvenait, la lumière diffusée et indéfmiment atténuée ; celles que je viens de vous développer, qui

me sont personnelles, nous ont montré la courbe suivant laquelle diminuait Vinteiisité de la lumière, il va nous être possible de chercher comment décroît la quantité de cet agent, non plus par son action sur le sélénium ou sur les sels d'argent, mais sur le mélange détonant de chlore et d'hydrogène.

Bunsen et Roscoë ont démontré que la quantité d'acide chlorhydrique qui se forme sous l'influence de la lumière dans un mélange strictement égal de chlore et d'hydrogène est exactement proportionnel à la quantité de lumière qui tombe sur un élément de la surface de ce mélange.

Les deux savants physiciens ont pu, de la sorte, mesurer la quantité de radiation lumineuse que reçoit chaque élément terrestre à chaque heure du jour et ils ont exprimé cette quantité en centimètres cubes d'acide chlorhydrique formé. Nous avons pensé que nous obtiendrions le même résultat en immergeant à différentes profondeurs dans l'eau de la mer des tubes remplis d'un mélange à parties égales de chlore et d'hydrogène. Voici le manuel opératoire dont nous nous sommes servis.

Dans le laboratoire installé à Monaco, nous avions disposé un voltamètre d'Hoffmann, tel que le représente la figure 110.

Dans les deux tubes H et CL se trouvait de l'acide chlorhydrique pur. Deux électrodes faites en charbon de cornue y amenaient le courant de quatre grands Bunsen ; la décomposition de l'acide chlorhydrique se faisait selon les lois connues en chlore et hydrogène qui remplissaient les tubes II et CL en refoulant le liquide dans l'ampoule E.

D'autre part en T se trouvait un long tube divisé en 100 parties égales, il était fermé par deux robinets de verre et soigneusement peint avec un vernis noir tout à fait opaque composé de noir de fumée mêlé à de la gomme ; on y avait au préalable fait le vide absolu par la pompe à mercure. Il suffisait de le mettre en rapport avec le voltamètre quand celui-ci était rempli, puis d'ouvrir les robinets RR' et l'un des robinets du tube T pour que celui-ci se remplît du mélange détonant.

On préparait cinq tubes semblables et on les disposait le long

d'un fil de sonde de 2 en 2 mètres, tel que cela est représenté

Fig. 111. — Tube à H et à Cl détaché de l'appareil précédent.

Fig. 112. — Le même tube après que Teau a lavé le vernis dont il était couvert.

dans la figure 113 : puis, une bouée étant à Tun des bouts du

fil, et une ancre à Tautre, on portait Tappareil en mer et on IV

Fig. 113. — Tubes remplis d'un mélaDge égal d'H et de Cl^ suspendus . dans la mer.

coulait pendant la nuit, Teau lavait en quelques minutes le vernis à la gomme qui couvrait les tubes, leur surface redevenait

transparente (fig. 112) et pouvait recevoir l'impression lumineuse dès le lever du jour. Il est nécessaire, lorsqu'on fait pareille expérience, de la tenter par un ciel totalement couvert, sinon rimpression lumineuse est trop vive et la recomposition de Tacide chlorhydrique se fait en totalité dans tous les tubes.

Mu—

Fig. 114. — Graphique indiquant la quantité d*acide chlorhydrique formé à diverses profondeurs dans rexpérience représentée fig. 113.

Pendant une journée entière les tubes demeuraient plongés dans la mer ainsi que cela se voit dans notre figure 113.

L'expérience a toujours été faite au sud du rocher de Monaco en face de la terrasse de la Couleuvrine à la cote 20, sur un point qui, dans notre carte, est entouré d'un cercle (Voyez fig. 105).

Dans la nuit qui suivait, on retirait l'appareil, on laissait

222 Lk VIE DANS LES EAUX.

rentrer Teau dans chaque tube en ouvrant un des robinets : Tacide chlorhydrique formé se dissolvait instantanément et en lisant de suite le chiflfre indiqué sur le tube par le niveau de Teau on avait, par différence, la quantité d'action chimique intervenue et par conséquent la quantité de lumière qui avait pénétré dans la mer.

La courbe que nous donne la figure 114 représente le résultat moyen des expériences.

Il est facile de voir qu'elle reproduit sensiblement ce qu'avait fourni la pilé au sélénium. Dès le premier mètre d'eau il y a une grande absorption de lumière. Puis la lumière diflFuse produite par la réflexion de la lumière sur les mille petits corps en suspension donne une lumière faible, mais presque égale, qui règne ensuite jusqu'à une certaine profondeur.

Il y aurait un véritable intérêt à descendre dans les grands fonds un tube à chlore et hydrogène et à voir jusqu'où les rayons actiniques formeraient de l'acide chlorhydrique.

C'est une expérience que nous n'avons pas encore pu réaliser : mais nous la tenterons quelque jour.