INTRODUCTION

Définitions. — Le terme de halo s'applique spécialement au cercle coloré, d'environ 22° de rayon, qui se montre souvent autour du Soleil ou de la Lune.

Par extension, on réunit sous celte dénomination un ensemble très complexe de phénomènes optiques, en relation évidente avec le cercle de 22° qui les accompagne presque toujours.

De ce cercle, auquel ils sont tangents en haut et en bas, se détachent parfois deux arcs, symétriques par rapport au vertical solaire. Ce sont les arcs tangents, inférieur et supérieur, au halo de 22°. Leur forme varie avec la hauteur de l’astre éclairant. Quand celui-ci est à plus de 35° de l'horizon, ils se soudent de manière à constituer une courbe continue dont la forme se rapproche de celle de l’ellipse. C’est le halo circonscrit.

À droite et à gauche du Soleil, sur le halo ou un peu en dehors, apparaissent assez souvent deux taches lumineuses arrondies, les parhélies ordinaires de 22°.

Les parhélies peuvent être prolongés vers le bas par de petits arcs qui se dirigent obliquement vers le halo (arcs obliques de Lowitz).

On appelle cercle parhélique un cercle blanc horizontal qui passe par le Soleil et par les parhélies.

Sur ce cercle peuvent se montrer divers nœuds de lumière 1° les parhélies de 46°, à environ 46° du Soleil; 2° l’anthélie, à

O, position de l’observateur; $S, soleil; a, halo de 22°; b, halo de 46°; c, arc tangent supérieur du halo de 22°; d, arc tangent inférieur du halo de 22°; e, e!, parhélies ordinaires de 22°; f, f', arcs de Lowitz; 2, g', parhélies [de 46:; h, arc circumzénithal; &, £', ares langents infralatéraux; m, cercle parhélique ; n, anthélie; p, p', paranthélies ordinaires de 120°; g, g', paranthélies de 90°; r, r', arcs obliques de l’anthélie; w, u', colonne lumineuse.

l'opposé de l’astre; 3° les paranthélies ordinaires de 120° qui constituent avec le Soleil trois points équidistants; 4° des paranthélies extraordinaires à environ go° du Soleil; 5° d’autres paranthélies vus par quelques observateurs à des distances azimutales mal déterminées, mais qui paraissaient différentes de go° et de 120°.

Le halo ordinaire est parfois entouré d’un cercle plus grand, centré comme lui sur le Soleil, le halo de 46°, qui a, lui aussi, des arcs tangents inférieur et supérieur : l'arc circumzénithal et l'arc circumhorizontal. Il est en outre touché latéralement par d’autres courbes lumineuses, les arcs tangents infralatéraux.

On peut voir exceptionnellement autour du Soleil d’autres cercles de diverses dimensions, les uns teintés des couleurs du prisme, les autres blancs.

Sur l’anthélie se croisent parfois des arcs blancs placés en sautoir, ce sont les arcs obliques de l’anthélre.

Aux halos se rattachent aussi les colonnes de lumière verticales qui se montrent assez souvent au-dessus ou au-dessous du Soleil ou de la Lune.

Quoique déjà longue, l’énumération qui précède est loin d’être complète. En dehors des phénomènes mentionnés, il en est une foule d’autres qui ont été notés deux ou trois fois, ou même une seule fois, mais par des observateurs dignes de confiance. La liste n’est sans doute pas près d’être close. Dans ces dernières années, on a vu plusieurs sortes de halos qui n’avaient jamais été signalées jusqu'alors, depuis trois siècles qu'on observe scientifiquement ces phénomènes. Il est donc probable que, parmi les formes si nombreuses et si variées qu’ils sont susceptibles de prendre, plus d’une nous est encore inconnue et que, longtemps encore, leur théorie restera nécessairement inachevée.

Aperçu historique sur la théorte des halos. — C’est au physicien français Mariotte qu’on doit l’hypothèse fondamentale qui sert de base à l’explication des halos. Dans son Traité de la nature des couleurs, publié en 1686, il les attribue à l’action de la lumière solaire ou lunaire sur des cristaux de glace flottant dans l'atmosphère, et il donne du halo et des parhélies ordinaires de 22° une théorie à laquelle on ne trouve presque rien à reprendre.

Selon lui, les cristaux de glace sont des prismes droits dont la section est un triangle équilatéral. Les deux phénomènes dont il s’agit de rendre compte sont dus à la réfraction de la lumière dans les angles dièdres de 60°. Si les prismes sont tournés indifféremment dans tous les sens, on a le cercle de 22°; s’ils viennent au contraire à s'orienter verticalement, on a les parhélies.

La théorie de Mariotte ne rencontra pas la faveur qu’elle méritait. Pendant tout le xvari® siècle, on lui préféra celle d'Huygens (!), qui substituait aux prismes de Mariotte des cylindres d’eau liquide à noyau de glace cylindrique.

En 1803, Thomas Young (?) tira de l’oubli et fit adopter définitivement l'hypothèse de Mariotte. Il montra que, convenablement développée, elle donne facilement l'explication non seulement du halo de 22° et des parhélies, mais encore de trois autres phénomènes : par la réflexion de la lumière sur les faces latérales des prismes verticaux qui produisent les parhélies, il rendit compte du cercle parhélique. D'autre part, en admettant que les prismes peuvent, dans d’autres circonsiances, se coucher horizontalement, il fit voir que la réfraction dans les angles dièdres de 6o° donne alors naissance aux arcs tangents, supérieur et inférieur, du halo de 22°. Enfin, 1l attribua le halo de 46° à la réfraction dans les angles dièdres de 90° que forment, dans les prismes de glace, les faces latérales avec les bases. Cette dernière explication lui a, dit-1l, été suggérée par Cavendish.

De 1814 à 1840, Venturi (3) en Italie, Brandes (‘) et Galle (5) en Allemagne, publièrent sur les halos des travaux importants. Mais c’est Bravais qui fit accomplir à cette branche de l'Optique les progrès les plus considérables.

Son premier travail sur le sujet est la Votice sur les parhélies, qui parut en 1845 dans le Journal de l’École Polytechnique. Deux ans après il publie dans le même Recueil son célèbre Mémoire sur les halos, où il rassemble toutes les observations de halos connues et discute les théories proposées en les soumettant

!) Opuscula posthuma. Dissertatio de coronis et parheliis, 1503.

(1) (?) Journal of Nicholson, t. VI.

(5) Commentarit sopra Ottica. Bologne, 1814.

(‘) Gehler’s neues Wôrterbuch, art. Hof.

°) Poggendorff"s Annalen, Lt. XLIX.

à l’épreuve de l'Analyse mathématique. Plusieurs d’entre elles n'avaient été formulées que d’une manière incomplète ou inexacte. Il les rectifie on les précise: Dans d’autres cas, il en crée de nouvelles et, par une extension logique de la théorie, il parvient à donner une explication satisfaisante de presque tous les phénomènes observés.

L'Annuaire météorologique de la France pour 1851 renferme un troisième Mémoire de Bravais sur le même sujet. C’est une /Votice sur les halos conçue dans un esprit de vulgarisation et destinée surtout à guider les observateurs.

L'œuvre de Bravais était si complète, si bien coordonnée, si propre à satisfaire à la fois les analystes par ses développements mathématiques d’une rigueur inattaquable et les observateurs par le solide ensemble de faits sur lequel s’y trouve toujours appuyée la théorie, qu’elle fit Immédiatement autorité, non seulement en France, mais à l’étranger, et qu’elle est demeurée presque intacte jusqu’à ces derniers temps.

Dans son Traité d’Optique météorologique (t) paru en 1906, Pernter a été le premier à s'éloigner des idées de Bravais, qu'il rejette sur nombre de points importants, notamment en ce qui concerne les trois sortes d’arcs tangents au halo de 46°.

Il me semble et j’espère même démontrer que la véritable explication de ces phénomènes est celle qu'a donnée Bravais. Par contre, il est d’autres parties de la théorie des halos qui demandent, selon moi, à être modifiées. Et d’abord, en quoi consiste exactement cette théorie?

L'hypothèse fondamentale de Mariotte peut être considérée à l'heure actuelle comme définitivement vérifiée. Les observations faites, soit sur les montagnes, soit dans les régions polaires, ont démontré que la présence de particules glacées au sein de l'air est une condilion nécessaire de l'apparition des halos. On est donc conduit à attribuer ces phénomènes aux réflexions et aux réfractions que subit la lumière à la surface ou à l’intérieur des cristaux de glace atmosphériques.

Cela posé, l'explication d’une courbe lumineuse déterminée comporte trois questions bien distinctes :

(') Meteorologische Optik, II. Abschnitt. Wien und Leipzig, 1906.

1° Imaginer un système optique susceptible de rendre compte de l’aspect et des diverses particularités du phénomène; toutes les fois qu'il ne s'agira pas d’un cercle centré sur lastre éclairant, il sera nécessaire d'attribuer au système optique une certaine orientalion dans l’espace ;

2° Montrer qu'il existe un type de cristaux de glace dans lequel ce système optique se trouve réalisé ;

3° Prouver que les cristaux de cette forme prennent effectivement dans l’atmosphère l'orientation exigée.

Or, nous verrons qu’on avait sur l’orientation des cristaux de glace des idées erronées et que, de ce fait, plusieurs des théories proposées sont inadmissibles.

Il est donc nécessaire d’établir les principes exacts qui règlent l'orientation des cristaux de glace et de mettre la théorie des halos

en harmonie avec ces principes. C’est ce que j'essaierai de faire.

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