CHAPITRE III

Chute dans l'air.

Il est aisé de vérifier que, dans l'air comme dans les liquides non visqueux, les lamelles tombent à plat et les prismes allongés dans une position horizontale. Il suffit d’y observer la chute de fragments de papier mince et de petits bâtonnets de liège. Jai

construit en bois léger divers assemblages de prismes. Lorsque ces corps Lombaient trop vite pour qu'on pât distinguer leur orientation, je Les recevais sur un large plateau contenant de la graisse à demi fondue où ils restaient fichés dans la position qu’ils avaient à la fin de leur course. J'ai retrouvé les équilibres constatés dans l’eau.

Toutefois, on observe dans l'air un phénomène que je n'ai pas constaté dans les liquides : c’est la rotation des lamelles, signalée par Jarolimek (voir p. 32).

Un cercle ou un polygone régulier, de quelques centimètres carrés de surface, découpé dans un papier assez rigide pour ne pas se déformer sous la pression de l’air, tombe en tournant rapidement autour d’un axe horizontal contenu dans son plan. Les figures allongées, telles qu'une ellipse ou un rectangle, tournent toujours autour de leur plus long axe de symétrie.

Ce mouvement de rotation n’a pas lieu dans tous les cas, mais paraît lié à certaines conditions de dimensions et de vitesse de chute. Il cesse de se produire lorsque l'épaisseur et la surface du corps lamellaire deviennent très petites. Ainsi un carré de 2" à 3"% de surface, découpé dans du papier à cigarettes, tombe en oscillant fortement autour de la position horizontale, mais ne tourne pas. Les oscillations s’atténuent rapidement quand la surface décroit; elles disparaissent à peu près complètement dès que celle-ci se réduit à 17°,

S1 la surlace de base était le seul élément à considérer, on pourrait conclure de ce qui précède que les lamelles hexagonales de glace atmosphérique ne tournent pas en tombant. Au voisinage du sol, d’après les observations concordantes de M. Hellmann (!) et de M. Dobrowolski (?), leur diamètre moyen est de 1"",3, ce qui correspond à une surface de 1"%°,1. À l'altitude des cirrus, leurs dimensions sont cerlainement beaucoup plus faibles, car elles diminuent à la fois avec la température et avec la tension de la vapeur d’eau.

Mais il faudrait être assuré que, toutes choses égales d’ailleurs,

(*) HELLMANN, Schneekrystalle, p. 34. Berlin, 1893. (?) Dosrowozsxi, Résultats du voyage du S. Y. Belgica en 1897, 1898 et 1899 (La neige et le givre), p. vi.

bit.

SUR LA THÉORIE DES HALOS. 47 la tendance à la rotation n’augmente pas quand la densité de Pair décroiît. Il faudrait, en outre, savoir comment varie cette tendance suivant la vitesse de chute, c'est-à-dire suivant l'épaisseur des lamelles et leur poids spécifique.

Faute de données suffisantes, la question reste insoluble. Cependant, un fait constaté par M. Dobrowolski (!) semble bien montrer que la chute des lamelles de glace s’effectue sans rolation : lorsque celles-ci sont chargées de givre, le dépôt affecte en général inégalement les deux bases et parfois même se montre exclusivement sur l’une d’elles, comme si le cristal avait constamment tourné la même face vers le bas.

M. Kôüppen (?) a fait récemment quelques expériences sur des prismes allongés, qu’il constituait en prenant & un quart de feuille de papier à lettre », le pliant en un prisme de trois côtés ou plus, réunissant les bords libres à l’aide de languettès et y adaptant deux bases. Il a reconnu que ces corps, en tombant dans l'air, tournaient autour de leur axe, mais que la tendance à la rotation diminuait à mesure que la section droite du prisme se rapprochait du cercle et était peu sensible pour un prisme hexagonal.

Une telle rotation serait d’ailleurs sans importance en ce qui concerne la théorie des halos, car il est optiquement indifférent de supposer que les prismes à axe horizontal tournent sur euxmêmes, ou qu'ils s’orientent autour de leur axe d’une manière permanente mais quelconque et variable d’un prisme à l’autre.

Dans le cas où les cristaux de glace sont extrêmement pelits, une nouvelle difficulté se présente. Les auteurs qui en ont observé près du sol dans les régions polaires ont eu souvent l’impression qu'ils étaient comme suspendus dans Pair. Or il y a une grande analogie entre des cristaux de glace tombant très lentement dans un gaz beaucoup moins dense qu'eux et des corps métalliques tombant lentement dans la glycérine, dont la densité est 5 ou 6 fois plus petite que la leur. Dans les deux cas, le ralentissement de la chute est dû à la viscosité du fluide. Si cette propriété pouvait être considérée comme ayant dans l’air le même effet que dans les liquides sur l'orientation des lamelles, il en résulterait

(!) Loc. cit., p. 48.

(2) Meteorologische Zeitschrift, juin 1908, p. 280.

que les lamelles de glace très petites s’orienteraient non pas horizontalement mais verticalement.

L'expérience serait bien difficile à réaliser, car on ne voit pas comment on pourrait obtenir des lamelles d'épaisseur uniforme, parfaitement homogènes et assez pelites pour ne tomber dans Pair qu'avec une grande lenteur.

Il subsiste donc, sur les lois applicables à l'orientation de pareils cristaux de glace, une incertitude qu’il paraît impossible de lever. Mais la question qui se pose immédiatement est celle-ci : les cristaux de glace qui donnent naissance aux halos et spécialement ceux qui engendrent les phénomènes impliquant l'orientation peuvent-ils être considérés comme en quasi-suspension dans l’air ?

Plusieurs considérations conduisent à répondre par la négative. Tout d’abord il convient de remarquer que les halos se produisent presque toujours à une grande hauteur, dans un air raréfié qui oppose à la chute des cristaux de glace une résistance bien moindre qu’à la pression ordinaire.

En second lieu, les conditions dans lesquelles se montrent habituellement les arcs tangents, parhélies, etc., ne sont guère conciliables avec l’hypothèse de la suspension. Ils apparaissent et s’effacent presque toujours brusquement. Les parhélies et l’are circumzénithal, en particulier, s’illuminent par bouffées, comme un foyer dans lequel on jette une pelletée de combustible vite consumé.

C’est de cette manière que se sont montrés, quelques instants seulement, l’anthélie, les paranthélies ordinaires et un paranthélie de 90°, le 5 avril 1899.

Le caractère fugitif de ces apparitions s'explique très bien si on admet que les cristaux, une fois formés, tombent assez rapidement, s’orientent, puis, après avoir fourni une certaine course, disparaissent par fusion ou par évaporation.

Cette interprétation est confirmée par l'aspect des nuages producteurs de parhélies, d’ares tangents,etc., lesquels onttrès souvent la forme de traînées descendantes. Je pourrais en citer de nombreux exemples. Tel a été le cas, notamment, pour l'arc cireumzénithal si remarquable du 29 octobre 1906 et pour les fragments d’arc cireumhorizontal vers le 15 juin 1908.

La chute rapide des cristaux de glace se révèle souvent aussi d’une autre façon : ils forment d’abord un cirro-stratus transparent

SUR LA THÉORIE DES HALOS. 49 et très élevé. Ce voile s’épaissit à vue d'œil, sur place, et devient, parfois en moins d’une demi-heure, presque opaque. La surface inférieure se couvre de frisures grises, dont l'altitude est certainement inférieure de plusieurs milliers de mètres à celle du cirrostratus primitif. La pluie peut alors survenir, ou bien la nappe nuageuse se divise en feuillets superposés et se dissipe plus ou moins complètement.

Cet abaissement progressif du nuage ne semble explicable que par la chute de ses particules. Or il est alors souvent accompagné de phénomènes optiques impliquant l'orientation. Ainsi, le 25 avril 1908, j'ai observé, dans un cirro-stratus qui s’épaississait rapidement, les parhélies, le halo de 46° et l’are circumzénithal.

J’admettrai donc que les cristaux de glace qui donnent naissance aux parhélies, aux arcs tangents et à tous les autres phénomènes attribuables à des prismes orientés, tombent assez rapidement pour que l’action de la viscosité, s’il s’en manifeste une de cette sorte dans l’air, soit négligeable vis-à-vis de l’action dynamique. On a vu que celle-ci est, dans l'air, la même que dans les liquides sauf peut être pour les lamelles, dont le rôle dans la formation des halos paraît, d’ailleurs, des plus restreints. Il sera donc permis d'appliquer, à l'orientation des cristaux de glace atmosphériques, les lois générales auxquelles conduit l'étude expérimentale de l’orientation des corps dans les liquides non visqueux.