SEPTIÈME LEÇON

LA LUMIÈRE

Messieurs,

Ce n’est pas d’aujourd’hui que l’on 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 pêcheurs qui vont à la plonge recueillir les perles, le corail, les éponges avaient souvent signalé que, même aux profondeurs minimes où 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

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perceptibles par une action qu'ils exercent sur les nerfs de notre peau, et celte sensation nous l’avons 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 l’eau : 1° 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 coté ici l'étude des troisièmes, parce que nous aurons à la faire plus tard dans un chapitre spécial.

Vous savez, Messieurs, de par vos connaissances 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. Il 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. Yogel a obtenu des résul fats plus complets encore.

Vous savez qu’à l'ile 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 effet, 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, ta 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 AVild, 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.

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Toutes ces expériences ont été faites au laboratoire, c’est-àdire avec de l’eau très pure. Les résultats ne sont plus tout à tait les mômes quand on procède sur place dans les eaux naturelles. G 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 tlottantes. 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.

L)u 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 diffusant 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 diffusion 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 l'eau 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 l’étude 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 réactil 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 paraît 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. Et cela ne nous mène pas bien loin puisque, parla 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 adonnée 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. 11 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 deG2°50' environ. Au delà de ce cercle, la surface de l'eau paraît sombre el 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

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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, l’on 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. 11 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 l'eau 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 un 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 Regnard. 13

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

« Le degré de transparence de l’eau 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, l’on y voit si mal à 30 mètres de profondeur qu’il est Lien 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 quelque distance. »

Avant qu’on eût exploré ainsi la tranparence de l’eau en pénétrant dans son sein, des éludes 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 altachée 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 Cialdi reprirent cette expérience en se servant d’un grand disque de toile peinte à la céruse pure. Ils avaient soin de

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répandre lin 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 réllécliie 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’un 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 YHertha, 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 Sccclii et Cialdi. 11 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 6m,G en été et à 12m,7 en hiver. Cette différence tient à la température du lac et surtout à la différence 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 différemment. 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 la 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 notre. 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. Il 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 AÛe 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.

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La découverte des plaques au gélatino-bromure amena, en 1888, les recherches célèbres d’Asper dans le lac de Zurich cl dans celui de A\ allcnstadt. Le physicien suisse attacha le long d'une corde à des distances égales une série de plaques. Puis l’appareil tut 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.

11 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. 11 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 etSaràsin 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 boite 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.

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 Areut 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 Foret 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 Y 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 delà 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.

Forci avait étudié l'influence des saisons sur l’éclairage de la superficie des lacs; Fol et Sarasin firent la meme recherche pour les profondeurs; en mars 1885, sur le Sachent, 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

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moindre que celle qu'on observe dans la Méditerranée. Une pareille différence ne peut tenir qu’à la présence, dans l’eau du lac, d'un grand nombre de particules en suspensiou. 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’onvraicnt 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, où 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 où arrivent, dans l'Océan, les moindres rayons lumineux que la plaque sensible puisse enregistrer.

Les travaux que j'ai entrepris moi-meme, 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 do l'espèce d’océan gazeux que constitue noire 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 l’intensité 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-