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Les halos et les couronnes
Spectres du Brocken, Cercles d'Ulloa

Aperçu 
Les halos et les couronnes sont des cercle lumineux qui apparaissent quelquefois autour du Soleil ou de la Lune, et qui résultent de la diffusion, de la réflexion ou de la réfraction de la lumière de ces astres par des aérosols liquides ou des particules de glace présents dans l'atmosphère. Même si l'on donne souvent indistinctement le nom de halo à tout cercle ou anneau lumineux plus ou moins coloré, qui entoure le Soleil et la Lune dans certaines conditions de l'atmosphère, il existe deux sortes de ces cercles (qui ne sont d'ailleurs pas toujours des cercles, et peuvent être aussi des arcs ou des colonnes!), et qui dépendent de causes physiques essentiellement différentes. 
Les halos consistent ordinairement en un cercle lumineux dont le diamètre est constant. Il peut être de 22°, et l'on parlera de petit halo, ou bien de 46°, et ce sera un grand halo. Les deux phénomènes sont parfois visibles en même temps. Il existe des halos solaires et des halos lunaires, beaucoup moins lumineux et dans lesquels les couleurs sont toujours très ternes. Ces halos forment la partie la plus communément observée d'un phénomène plus ample, auquel peuvent s'ajouter divers arcs, ainsi qu'un ensemble d'autres zones lumineuses organisées sur le pourtour d'un cercle horizontal (le cercle parhélique dans le cas du Soleil).
Les couronnes sont des cercles ou des disques de petites dimensions, dont les diamètres peuvent varier en fonction des circonstances entre 1° et 12°. En général, on voit apparaître simultanément trois cercles concentriques ou même davantage, qui sont diversement colorés et qui offrent des phénomènes optiques semblables à ceux que présentent les anneaux de lames minces. Ces cercles se manifestent, soit quand une petite quantité de vapeur aqueuse est répandue dans l'atmosphère, soit quand de légers nuages floconneux passent devant le Soleil ou la Lune. C'est par un phénomène semblable que l'on voit un cercle irisé autour d'une flamme quand on la regarde à travers un tissu très léger ou une vitre couverte de buée.
Les halos

Mise en ordre
Les halos sont causés non par des gouttelettes d'eau liquide mais par de fins cristaux de glace formés dans des nuages d'altitude (cirrus et apparentés), au-delà de 5000 ou 6000 mètres. Lorsque l'atmosphère est très calme, ces cristaux, qui peuvent revêtir une poignée de formes géométriques simples, s'orientent selon des directions préférentielles, du fait de la pesanteur et des frottements de l'air. Cette situation explique que ces particules renvoient ou réfractent la lumière du Soleil (ou de la Lune) dans des directions privilégiées, selon les angles formés par les facettes des différentes structures cristallines impliquées. Cela renforce donc l'intensité de la lumière renvoyée dans telle ou telle direction. Il existe en particulier des familles de ces particules glacées, qui du fait de leur position dans le ciel par rapport à la source lumineuse et à l'observateur fera que ce dernier les verra plus brillantes. Celles dont les facettes forment un prisme de 60° sont ainsi à l'origine d'un petit halo, dont le rayon apparent, autour du Soleil ou de la Lune est de 22°, et qui est généralement blanc, mais peut être bordé intérieurement par une discrète frange rougeâtre, et extérieurement par une frange bleutée; celles dont les facettes font un angle de 90°, sont responsables de la formation d'un grand halo à 46°, moins aisément observable que le précédent.

On remarque ordinairement que le ciel, à l'intérieur du petit halo, contraste, par une couleur grise assez sombre, avec l'illumination générale de l'espace extérieur. Cette particularité s'explique par la direction de certains rayons réfractés par les prismes qui produisent le halo.

Malgré des perfectionnements, et les progrès dans la compréhension de la nature de la lumière, les grandes lignes de la théorie des phénomènes de halo  remonte aux travaux de Mariotte. Suivant ce physicien, le phénomène est produit par la réfraction de la lumière passant à travers de petits cristaux de glace transparents et prismatiques qui flottent dans les hautes régions de l'atmosphère. L'eau prend, en se congelant, une grande variété de formes cristallines, parmi lesquelles on trouve fréquemment des cristaux prismatiques hexagones, dont les faces présentent une inclinaison de 60° les unes par rapport aux autres. Ces prismes sont tournés dans toutes les directions possibles, et par conséquent les rayons du Soleil tombent sur leurs faces à des inclinaisons différentes. Mais, dans certaines positions du prisme par rapport à la lumière incidente, les rayons qui le traversent subissent une déviation minimum qui a lieu lorsque le rayon réfracté forme un triangle isocèle avec les deux côtés du prisme. La direction que suit alors la rayon dans l'intérieur du cristal fait un angle de 60° avec la face de celui-ci ou un angle de 30° avec la perpendiculaire à cette face. Ce dernier angle est l'angle de réfraction. Or, on sait par expérience que, pour la glace, lorsque l'angle de réfraction est 30°, l'angle d'incidence est 41°; par conséquent, le rayon lumineux tombe sur le cristal à un angle de 90° - 41° = 49°. Donc, la déviation du rayon de sa direction primitive est 60° - 49° = 11°. En émergeant du cristal, le rayon subit une seconde déviation de même valeur. La déviation totale de la première direction est donc 2 x 11° = 22°, ce qui est le demi diamètre du halo. Il résulte de là, que les rayons parallèles qui tombent du Soleil sur chacun des prismes avec des angles d'incidence égaux à 41°, seront réfractés dans les directions qui font des angles égaux à 20°, et qu'un oeil placé à l'intersection verra un cercle lumineux dont le diamètre apparent ou l'angle sera d'environ 44°. Quant au halo secondaire ou extérieur, dont le diamètre est d'environ 90°, il sera attribué, plus tard, d'après Young, à deux réfractions successives à travers des prismes différents, et d'après Cavendish, à la réfraction des extrémités rectangulaires des prismes. Ces recherches théoriques s'appuyaient en partie sur les expériences de Brewster qui quelques décennies plus tôt avait imité les halos en plaçant devant une lampe une vitre recouverte d'alun cristallisé. Lui-même expliquait la formation de ce phénomène par l'effet d'un très grand nombre "d'aiguilles prismatiques suspendues dans l'atmosphère". Ces prismes, dans de certaines positions, écrivait-il, peuvent tourner assez longtemps sur eux-mêmes sans que la déviation des rayons réfractés change sensiblement. La multiplication de ces rayons dans une direction unique donnant à l'oeil une impression plus vive, on voit se former des bandes colorées qui se superposent comme dans l'arc-en-ciel. Au total, cette théorie expliquait l'ordre dans lequel les couleurs sont disposées. La réfrangibilité du rayon violet étant plus considérable que celle du rayon rouge, le premier subira une plus grande déviation, et par conséquent la bande violette du halo aura un diamètre plus grand que la bande rouge. Et surtout, la théorie permettait de comprendre que la condition nécessaire de la production des halos est l'existence de particules de glace dans les régions supérieures de l'atmosphère. Par conséquent, l'apparition d'un halo fournissait des données sur la température de l'air a de grandes altitudes au-dessus de la Terre.
Le cercle parhélique.
Quand le Soleil ou la Lune se trouvent près de l'horizon et que, dans un air calme, les faces des cristaux de glace se placent verticalement : il se forme un immense cercle déjà décrit par par Hévélius, appelé cercle parhélique, qui traverse le Soleil ou la Lune (cercle parasélénique) en croisant les deux halos (qui peuvent être visibles ou non) et en faisant le tour entier de l'horizon à une hauteur constante. Sur ce cercle, un peu à l'extérieur du petit halo et plus rarement du grand, à la même hauteur que le Soleil, des taches brillantes, parfois colorées, qui sont les images diffuses de l'astre, et prennent les noms de parhélies ou de parasélènes, selon que l'astre concerné est le Soleil ou la Lune, respectivement. Dans certains cas, on signale aussi des images écartées à 120° du Soleil et de la Lune (parenthélies et parentisélènes) ou même à l'opposé (anthélies et antisélènes, situées à 180°). 
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Les halos dans leur complexité : dessin extrait de A Treatise on Meteorology, d'Elias Loomis (1880). En médaillon : une photo du phénomène prise dans l'Antarctique.
(Source : NOAA Photo Library).
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Quelquefois ces images sont croisées par deux arcs blancs qui s'étendent à une assez grande distance, ainsi que d'autres phénomènes également en forme d'arcs. On peut voir aussi se former les colonnes verticales, traînées lumineuses qui s'étendent jusqu'à 25 degrés au-dessus et au-dessous de l'astre, formant ainsi, avec une partie du cercle parhélique; une croix à bras plus ou moins inégaux. L'éclat de tout ces phénomènes est très variable variable; tantôt on ne voit que de pâles lueurs, tantôt la clarté est presque aussi éblouissante que celle de l'astre central. 
Les parhélies. - On désigne sous le nom de parhélie un un météore qui présente, sous l'aspect d'une clarté brillante, une ou plusieurs images du Soleil, et qui se montre toujours en même temps que cet astre. Les parhélies, ceux du halo intérieur surtout, ont une belle coloration où toutes les nuances du spectre suivent le rouge, placé du côté du Soleil. Quand cet astre s'élève, les taches s'éloignent des cercles en restant toujours sur le diamètre horizontal.

L'ordre des couleurs dans les cercles colorés est le même que dans l'arc-en-ciel; mais la couleur rouge est dans la partie intérieure qui regarde le Soleil. Les parhélies se montrent le plus souvent pendant l'hiver, lorsque le vent du nord souffle. La durée de l'apparition des parhélies est d'une, deux, trois et même quatre heures.  Lorsque les parhélies disparaissent, il tombe ordinairement de la pluie, ou même de la neige sous la forme d'aiguilles.  
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Scheiner : parhélies.
Explication des parhélies,
d'après Ch. Scheiner, Disquisitiones mathematicae, 1614.

Les parhélies paraissent toujours aussi grandes que le Soleil dont elles 
sont l'image; mais leur figure n'est pas aussi exactement sphérique; l'éclat des parhélies n'est jamais aussi éblouissant que celui du  Soleil. Leur contour extérieur présente les mêmes couleurs que l'arc-en-ciel. Plusieurs parhélies paraissent se terminer par une longue queue, dont l'éclat est moins vif que celui de la parhélie même. 

Les parhélies sont des phénomènes assez singuliers pour avoir de longue date attiré l'attention. Parmi les témoignages les plus connus, on citera les suivants : Lahire observa, à Paris, deux parhélies en 1689. Il n'en aperçut qu'une en 1693; et Maraldi en observa plusieurs en 1721 (Mémoires de l'Académie des Sciences, années 1692, 1693 et 1721). Gray et Halley ont vu en Angleterre plusieurs parhélies, dont les Transactions philosophiques renferment la description. Scheiner observa à Rome plusieurs parhélies accompagnées de circonstances assez piquantes pour, exercer la sagacité de Descartes et de Huygens. Hévélius remarqua à Dantzig (auj. Gdandsk), en 1661, le Soleil accompagné de six images solaires qui le ravirent d'admiration et de surprise. Patrin a observé, en Sibérie, plusieurs parhélies, dont une lui a présenté l'aspect de l'astre du jour, accompagné de deux images; et chacune de ces images était terminé par un cône lumineux, dont la base aboutissait au Soleil. Hévélius, Huygens, Cassini, Musshembroek, etc. ont constamment observé qu'à l'époque de l'apparition des parhélies le temps n'est jamais serein : de petits nuages flottant de loin en loin dans l'atmosphère altèrent ordinairement sa transparence. Ajoutons que Musshembroek, après avoir réuni toutes ces circonstances, a été conduit à supposer que les parhélies sont formées par la réflexion des rayons du Soleil sur un nuage qui lui est opposé d'une certaine manière.
Les parasélènes. - Les parasélènes sont des météores qui offrent le spectacle d'une ou de plusieurs images de la Lune. Ce phénomène représente sous la forme d'un anneau lumineux, qui laisse apercevoir quelquefois une image apparente de la Lune, et quelquefois deux. La cause qui donne naissance aux parasélènes est la même que celle qui produit les parhélies. 
Le phénomène des parasélènes, comme celui des parhélies, est connu depuis longtemps. Même si l'on doit se méfier des témoignages anciens, qui sont souvent déformés en fonction de l'idée qu'on se faisait de ce que devait être un prodige, on notera que Pline fait mention de trois lunes qu'on avait aperçues l'an 632 de la fondation de Rome. Eutrope et Euspinien assurent que, l'on avait vu trois lunes à Rimini, l'an 234, avant J.-C.. Depuis cette époque, plusieurs phénomènes semblables, dont Gorcius parle dans son Traité des Parhélies, se sont montrés dans l'atmosphère. Cassiniparle d'un parasélène qu'il a observé en France en 1693 : ce parasélène n'avait point de cercle. Fouchy en a observé un autre dans la nuit du 7 au 8 mai 1735, qui était accompagné de deux cercles lumineux. Plus récemment encore, Jean-Yves Durand, un visiteur de ce site, a eu la chance d'observer un parasélène spectaculaire et nous a adressé ce témoignage :
"En 1981, j'ai moi même vu ce phénomène en mer à 200 km au large de la Mauritanie. C'était en juillet en fin d'après midi et il y avait trois croissants de lune parfaits. Il était impossible de savoir quelle était la vraie lune. Cela a duré une heure et les deux jours suivant j'ai vu le même phénomène. Etonnant!"-
Arcs tangents et colonnes. - Sur les halos viennent quelquefois s'appuyer des arcs tangents, brillamment colorés. Des arcs peuvent  relier les parhélies (et éventuellement les parasélènes) au petit halo : ce sont les arcs de Lowitz. Il existe également des phénomènes situés, ou démarrant, sur la même verticale que l'astre concerné. Mais les plus fréquents sont ceux qui se forment symétriquement aux extrémités du diamètre vertical du petit halo. Ce sont les arcs tangents, ainsi que l'arc de Parry, qui relie ces derniers. Ceux du halo extérieur, plus rares, mais plus nombreux, le touchent non seulement dans la verticale du Soleil, mais encore aux points latéraux distants de 46 degrés. Le plus élevé de ces arcs, qui a le zénith de l'observateur pour pôle, est quelquefois désigné sous le nom de cercle circumzénithal.

Enfin, toujours sur la même verticale, il est parfois possible d'observer un une colonne lumineuse s'élançant au-dessus du Soleil, voire au-dessous, s'ornant alors éventuellement d'une concentration de lumière plus importante, appelée faux Soleil, qui s'interprète comme un effet de réflexion de la lumière sur les faces horizontales des cristaux de glace, très similaire à celui que l'on peut observer à la surface d'une eau légèrement ridée. On peut aussi observer des fausses Lunes dans des conditions analogues.


Les principaux phénomènes de halo.
(Image de fond calculée par le logiciel HaloSim3
de Michael Schroeder et Les Cowley).

Le phénomène n'a presque jamais son complet développement. C'est tantôt telle forme de cristaux, tantôt telle autre, qui se produit dans l'atmosphère, et ces petits corps y flottent immobiles ou descendent lentement, dans des positions différentes; selon qu'elle est calme ou agitée. Les parties que nous avons décrites se présentent par conséquent rarement ensemble, et l'on ne doit pas s'étonner de trouver une grande variété dans les descriptions des observateurs.
Lowitz a donné une description d'un de ces phénomènes qu'il a observé à Saint-Pétersbourg le 29 juin 1790. Pendant longtemps, on n'a n'a pas eu d'autre observation exacte. Le 12 mai 1824, Hoff et Kries, à Gotha, en ont décrit un autre, et le 27 mars 1826 Schult, Hansteen et Segelke ont fait des observations similaires en Norvège. Babinet a montré qu'il se produit  une imitation du cercle parhélique, quand on regarde le Soleil à travers un cristal, taillé en lame parallèlement à ces axes, et placé dans une position verticale.  Bravais a calculé toutes les circonstances du phénomène;  au moyen de ses ingénieux appareils. Il est également est parvenu à donner la reproduction artificielle des cercles, ainsi que celui des anthélies et de leurs arcs dans une chambre obscure au moyen d'un prisme en glace qu'il faisait tourner très rapidement en y projetant les rayons solaires.
Au chapitre des raretés de raretés, ajoutons que des parhélies et des arcs très brillants deviennent quelquefois eux-mêmes, des sources de lumière pour la formation d'un nouveau système d'apparences semblables, mais naturellement très pâles.
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Collection
Une remarquable apparition de halos et de parasélènes a été observée, le 21 février 1864, à huit heures du soir, dans plusieurs localités des départements d'Indre-et-Loire et de Loir-et-Cher :
« C'est à Cléré que le phénomène s'est produit sous l'apparence la plus curieuse. Le ciel paraissait pur et sans nuages, et l'on distinguait même les étoiles, malgré le clair de Lune.

Tout à coup, des rayons d'un blanc d'argent, partis de la lune, dessinent une croix grecque, dont la lune occupe le centre; un cercle blanc plus foncé réunit les bras de la croix, et forme ainsi un premier et magnifique halo lunaire.

A chaque bras, dont l'un s'étend au nord, l'autre au midi, et à égale distance, l'image, de la lune se trouve reproduite par un globe lumineux de même grandeur, moitié blanc et moitié teint des couleurs de l'arc-en-ciel. Ces globes lancent parfois des rayons irisés imitant la queue d'une comète.

Un second halo cercle immense en dehors.du premier et partant des lobes lumineux qui terminent les bras de la croix, entoure le bourg de Cléré; il 'est. d'une :couleur identique au premier. Ce second halo présente aussi, et.à égale distance sur sa circonférence, deux autres globes lumineux en tout semblables aux premiers, ce qui.forme ainsi cinq globes lumineux, y compris le globe de la lune, et. tous réunis par les cercles et les branches de la croix.

Ce. qui est encore plus curieux, c'est que deux croissants d'inégale grandeur et superposés à une certaine distance l'un de l'autre, occupent le centre du second halo au-dessus de la croix, sans liaison aucune avec le reste du phénomène. » (d'après un article paru dans le Phare de la Loire).

A Mettray, le météore présentait les apparences suivantes :
« Le cercle argenté entourant la lune était coupé par deux diamètres lumineux perpendiculaires. L'un de ces diamètres, allant du nord-est au sud-ouest, présentait à chaque extrémité les teintes irisées de l'arc-en-ciel. Ces deux points ainsi colorés projetaient eux-mêmes, en dehors du cercle, une longue traînée lumineuse, mais incolore, affectant la forme d'une portion d'ellipse. Le phénomène a suivi des phases diverses. par suite du déplacement des nuées, ou, ce qui est plus probable, de l'amas de neige interposé entre la lune et l'oeil du spectateur.

Les diamètres lumineux ont disparu lentement, le cercle s'est déprimé progressivement, de manière à prendre une forme complètement elliptique. La courbe, en même temps, se colorait des teintes de l'arc-en-ciel, affaiblies cependant, tandis que les deux extrémités du grand diamètre, irisées dès le commencement du halo, conservaient une grande intensité lumineuse. »

Enfin, à Amboise, le phénomène offrait des circonstances également remarquables :
« Par un temps serein, qui laissait bien distinguer les étoiles, la pleine lune étant cependant voilée, est apparu peu à peu un halo ou grand cercle lumineux, assez large, dont la lune occupait le centre. Dans le même temps s'est formé un autre cercle, non moins large, mais beaucoup plus grand que le premier, et de la circonférence duquel la lune 'occupait, au sud, l'un des points. Les deux cercles se coupaient, et la lumière réfractée se trouvant en quelque sorte accumulée aux deux points d'intersection, situés à l'est et à l'ouest de la lune, on y remarquait deux foyers lumineux qui, par degrés, ont offert. aux regards toutes les couleurs de l'arc-en-ciel, parfaitement visibles et parfaitement distinctes. »
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Les couronnes

On désigne sous le nom de couronnes des disques et des cercles concentriques de dimensions variables qu'on observe autour du Soleil ou de la Lune, lorsque les rayons venus de l'astre tombent sur des nuages légers, contenant des gouttelettes généralement d'eau liquide et non plus seulement des cristaux de glace. Les couleurs, qui proviennent, comme l'a montré Fraunhofer; d'un phénomène de diffraction, peuvent être plus ou moins marquées, cela dépend de l'homogénéité de taille des gouttes impliquées (lorsque il existe un trop grande variété de tailles, la couronne apparaît simplement blanche). Lorsqu'on distingue les couleurs du prisme dans ces cercles, le violet est placé en dedans et le rouge en dehors. Ces cercles, qui dans les plus favorables des cas peuvent être au nombre de trois, et dont le premier - le plus brillant, à dominante rouge-brun - est appelé l'auréole, sont à égale distance les uns des autres, mais cette distance est variable suivant l'état des nuages et de l'atmosphère. On observe plus fréquemment ces phénomènes autour de la Lune, à cause de la vivacité de la lumière du disque solaire qui ne permet d'en faire l'observation qu'à l'aider d'un verre noirci; aussi, leur donne-t-on quelquefois le nom vulgaire et d'ailleurs très impropre d'arcs-en-ciel lunaires (l'arc-en-ciel lunaire proprement dit étant en fait tout autre chose : c'est un arc-en-ciel ordinaire, mais situé à l'opposé de la Lune).

Lorsque le phénomène se présente dans toute sa netteté, les cercles présentent, à partir du Soleil, une succession de couleurs analogues à celles que l'on observe dans les anneaux colorés; la distance du premier cercle au Soleil varie de 1° à 4°; elle dépend de la grandeur des gouttelettes interposées entre l'astre et l'observateur. Plus les gouttes sont petites et plus l'anneau est grand. C'est encore un phénomène analogue aux couronnes que l'on observe, lorsqu'on regarde une source lumineuse à travers une lame de verre que l'on a  ternie par la vapeur de l'haleine. 

« Tous les nuages, dit Kaemtz, qui ne sont pas trop épais pour que la lumière du Soleil puisse les traverser, les cirrus et les cirro-stratus exceptés, offrent des traces de couronnes, mais la vivacité des couleurs n'est pas toujours la même. Je ne les ai jamais vues si belles que sur les brouillards qui, pendant la nuit, se forment dans les vallées et s'élèvent vers le milieu du jour au sommet des montagnes. Quand des lambeaux de nuages passaient entre le Soleil et moi, alors les couleurs avaient une vivacité que je leur ai rarement vue : elles ne sont pas moins belles sur les cirro-cumulus, surtout quand ils sont par petites masses d'un blanc éblouissant et dont les bords sont tellement confondus qu'on a de la peine à suivre leurs contours sur le ciel. »
Les spectres du Brocken

En montagne, par temps de brouillard, et lorsque le Soleil, bas sur l'horizon, brille d'un éclat suffisant, il est possible d'apercevoir, à l'opposé, sa propre silhouette, projetée au centre d'auréoles brillantes et colorées. Souvent, les passagers d'un avion aperçoivent l'image agrandie de celui-ci sur les nuages des hautes régions qu'ils traversent. Et c'est  toujours un phénomène semblable que l'on observe. On lui donne  parfois le nom que proposa le géographe Keller de Nebelbild (image de brouillard). Mais le plus souvent on le désigne sous le nom de spectre du Brocken, en référence au sommet le plus élevé (1142 m) de la chaîne du Harz  (Allemagne) où, apparemment, cette curiosité a conquis une place particulière dans l'imaginaire des habitants.
 

Sur les montagnes magiques

Dès les époques historiques les plus reculées, le sommet du Brocken a été le théâtre du merveilleux. On voit sur son sommet des blocs de granit, encore désignés sous les noms de siège et d'autel de la sorcière; une source d'eau limpide s'appelle la fontaine magique, et l'anémone du Brocken est communément appelée la fleur de la sorcière. On a présumé que ces dénominations doivent leur origine aux sites de la grande idole que les Saxons adoraient en secret au sommet du Brocken, lorsque le christianisme était déjà dominant dans la plaine. Comme le lieu où se célébrait ce culte doit avoir été très fréquenté, peut-être que le spectre, qui aujourd'hui le hante si fréquemment au lever du Soleil, s'invitait-il aussi, juste pour faire parler de lui, peut-être d'ailleurs, comme le yéti, qui sur des montagnes bien loin de là, pourrait lui aussi n'être qu'un spectre... au sens optique du terme.

On y reconnaît en fait dans ce phénomène deux parties, d'une part, le spectre anthélique proprement dit, constitué autour d'une zone brillante, appelée gloire, et d'autre part, un système d'anneaux extérieurs, observé dans quelques cas, et appelé arc-en-ciel blanc ou cercle d'Ulloa. La meilleure description du spectre du Brocken est celle qu'en a donnée Hane, qui en fut témoin le 25 mai 1797, et dont nous reproduisons ici le rapport qu'en a fait le Magasin Pittoresque (1833) : 

« Après être monté plus de trente fois au sommet de la montagne, il eut le bonheur de contempler l'objet de sa curiosité. Le Soleil se levait à environ quatre heures du matin par un temps serein, le vent chassait devant lui, à l'ouest, vers l'Achtermannshohe, des vapeurs transparentes qui n'avaient pas encore eu le temps de se condenser en nuages. Vers quatre heures un quart, le voyageur aperçut, dans la direction de l'Achtermannshohe, une figure humaine de dimensions monstrueuses. Un coup de vent ayant failli emporter le chapeau de M. Hane, il y porta la main, et la figure fit le même geste. 

M. Hane fit immédiatement un autre mouvement, en se baissant, et cette action fut reproduite par le spectre. Une autre personne vint alors rejoindre M. Hane, et tous deux s'étant placés sur le lieu même d'où l'apparition avait été vue, ils dirigèrent leurs regards vers l'Achtermannshohe, mais ne virent plus rien. Peu après, deux figures colossales parurent dans la même direction, reproduisirent les gestes des deux spectateurs, puis disparurent. Elles se remontrèrent peu de temps après, accompagnées d'une troisième. Quelquefois les figures étaient faibles et mal déterminées; dans d'autres moments, elles offraient une grande intensité et des contours nettement arrêtés. On a deviné que le phénomène était produit par l'ombre des observateurs projetée sur un nuage. La troisième image était sans doute due à une troisième personne placée derrière quelque anfractuosité de rocher. »


Spectre du Brocken... au Népal. 
(Source : Mountain Light, © Galen & Barbara Rowell).

En novembre 1744, pendant son voyage avec La Condamine dans la Cordillère des Andes, Bouguer fut  témoin d'un phénomène semblable au sommet du Pambamarca : 
« Ce qui nous étonna, dit-il, c'est que la tête de l'ombre était ornée d'une auréole formée de trois  ou quatre petites couronnes concentriques d'une couleur  très vive, chacune avec les mêmes variétés que le premier arc-en-ciel, le rouge étant en dehors. C'était comme une espèce d'apothéose pour chaque spectateur; et je ne dois pas manquer, d'avertir que chacun  jouit tranquillement du plaisir de se voir orné de toutes ses couronnes, sans rien apercevoir de celles de ses voisins. Je me hâtai de faire, avec les premières règles que je trouvai, un instrument pour mesurer les diamètres. Je craignais que cet admirable spectacle ne s'offrit pas souvent. J'ai en occasion d'observer depuis que ces diamètres changeaient de grandeur d'un instant à l'autre, mais en conservant toujours entre eux l'égalité des intervalles, quoique devenus plus grand ou plus petits. »
Le spectre du Brocken se manifeste  quelquefois dans des circonstances plus ordinaires, au lever et au coucher du Soleil, quand des brouillards reposent près du sol. Souvent la figure aérienne dont la tête est presque toujours entourée de rayons lumineux, n'est pas plus grande que nature. On comprend que de telles apparitions aient pu servir de nourriture aux légendes qu'on retrouve en diverses contrées, surtout dans les pays montagneux, où les hautes cimes, couronnées de nuages aux contours changeants, aux couleurs variées, jouaient par ailleurs un si grand rôle dans la constitution du symbolisme religieux. 
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Cercle d'Ulloa et gloire autour d'une ombre d'avion.
(Source  : Site de Raymond L. Lee Jr.)
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Le cercle d'Ulloa.
On a observé  des arcs-en-ciel blancs, ou dont les couleurs étaient extrêmement pâles (rouge à l'extérieur, et le bleu à l'intérieur), formés dans d'épais brouillards. Cette apparence provient de la petitesse des gouttelettes d'eau impliquées : le grand anneau blanchâtre aperçu par Ulloa et Bouguer pendant leur séjour sur le Pichincha (aujourd'hui en Équateur) paraît avoir cette origine. Les dimensions de ce cercle de Ulloa, comme on a coutume de l'appeler, sont celles de l'arc principal ordinaire; et on le voit seulement sur les lieux élevés, en même temps que des auréoles irisées se forment autour des ombres projetées sur le brouillard. Voici la description qu'en a faite Antonio de Ulloa : 
« Il se trouvait, dit-il, au point du jour sur le Pambamarca avec six compagnons de voyage; le sommet de la montagne était entièrement couvert de nuages épais; le Soleil, en se levant, dissipa ces nuages; il ne resta à leur place que des vapeurs légères qu'il était presque impossible de distinguer. Tout à coup, au côté opposé à celui où se levait le soleil, chacun des voyageurs aperçut, à une douzaine de toises de la place qu'il occupait, son image réfléchie dans l'air comme dans un miroir; l'image était au centre de trois arcs-en-ciel nuancés de diverses couleurs et entourés à une certaine distance par un quatrième arc d'une seule couleur. La couleur le plus extérieure de chaque arc était incarnat ou rouge; la nuance voisine était orangée; la troisième était jaune : la quatrième paille, la dernière verte. Tous ces arcs étaient perpendiculaires à l'horizon; ils se mouvaient et suivaient dans toutes les directions la personne dont ils enveloppaient l'image comme une gloire. Ce qu'il y avait de plus remarquable, c'est que, bien que les sept voyageurs fussent réunis en un seul groupe, chacun d'eux ne voyait le phénomène que relativement à lui, et était disposé à nier qu'il fût répété pour les autres. L'étendue des arcs augmenta progressivement, en proportion avec la hauteur du soleil; en même temps leurs couleurs s'évanouirent, les spectres devinrent de plus en plus pâles et vagues, et enfin le phénomène disparut entièrement. Au commencement de l'apparition, la figure des arcs était ovale; vers la fin, elle était parfaitement circulaire. »

Le nombre de cercles varie de un à cinq.  Ils sont d'autant plus nombreux et bien colorés que le Soleil est très brillant et le brouillard épais et bas. 
De nombreux témoignages de ce phénomène existe. On en trouve, par exemple, chez Kaemtz, qui l'a vu plusieurs fois dans les Alpes et note que dès que l'ombre  était projetée sur un nuage, la tête se montrait entourée d'une auréole  lumineuse. Ramond, dans les Pyrénées, de Saussure ont également observé et décrit  avec détail le spectre du Brocken. Selon Scoresby, qui l'a observé dans  les régions polaires, il apparaît dans les régions polaires chaque fois qu'il y a du brouillard et du Soleil simultanément.  Le 23 juillet 1821, le navigateur rapporte qu'il vit quatre cercles concentriques autour de sa tête : le premier était blanc ou jaune, rouge et pourpre; le second second vert, jaune, rouge et pourpre; le troisième vert, blanchâtre, jaunâtre, rouge et pourpre; le quatrième verdâtre, blanc et plus foncé sur les bords. Les couleurs du premier et du deuxième étaient très vives; celles du troisième, visibles seulement par intervalles, étaient très faibles, et le quatrième n'offrait qu'une légère teinte de vert. Les demi diamètres du numéro quatre, bord interne, étaient de 36° 50' (selon Ulloa et Bouguer, la mesure était plutôt de 33° 30', Bravais au Spitzberg, trouvait 35°), bord externe, 41° à 42°; demi diamètre du numéro trois : 6°30'; demi diamètre du numéro deux : 4°45', du numéro un : 1° 45'. Le cercle numéro 4 auquel Scoresby assigne un diamètre de 40° environ, paraît être fort rare. Selon Raymond Lee, à qui on a emprunté l'image ci-dessus, le phénomène de l'arc-en-ciel blanc a, en fait, été décrit beaucoup plus tôt, en particulier par Léonard de Vinci, qui en propose d'ailleurs une explication dans son Traité de la Peinture, au début du XVIe siècle, Théodoric de Freiberg, au XIIIe siècle, et par Avicenne au XIe siècle.
N. B. - Le phénomène décrit ici est différent de celui, plus commun, appelé heiligenschein, qui correspond à l'apparition d'une auréole claire autour de l'ombre de la tête de l'observateur, lorsque celle-ci se projette sur de la rosée déposée sur de l'herbe, par exemple. Dans ce cas, il y a seulement réflexion de la lumière sur les petites gouttes d'eau sphériques. 
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 Heiligenschein.
(Source : Atmospheric phénomena
© Alexander Wünsche).
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L'ombre des montagnes

Lorsqu'on se trouve placé au sommet d'une très haute montagne, l'ombre que projette le Soleil, à son coucher, se dirige vers le ciel, et produit quelquefois un magnifique phénomène, observé par Bravais et Martins, dans une de leurs excursions au mont Blanc. Bravais en a donné la description suivante :

« Le soleil approchant de l'heure de son coucher, nous jetâmes les yeux du côté opposé à l'astre, et nous aperçûmes, non sans quelque étonnement, l'ombre du mont Blanc qui se dessinait sur les montagnes couvertes de neige de la partie est de notre panorama. Elle s'éleva graduellement dans l'atmosphère, où elle atteignit la hauteur d'un degré, restant encore parfaitement visible.

L'air, au-dessus du cône d'ombre, était teint de ce rose pourpre que l'on voit, dans les beaux couchers de Soleil, colorer les hautes cimes; le bord de cette teinte offrait une zone plus intense, et cette bordure continue rehaussait l'éclat du phénomène.

Que l'on imagine maintenant les montagnes de la grande vallée d'Aoste projetant, elles aussi, à ce même moment, leur ombre dans l'atmosphère, la partie inférieure sombre avec un peu de verdâtre, et au-dessus de chacune de ces ombres la nappe rose purpurine avec la ceinture rose foncée qui la séparait d'elles; que l'on ajoute à cela la rectitude du contour des cônes d'ombre, principalement de leur arête supérieure, et enfin les lois de la perspective faisant converger toutes ces lignes l'une sur l'autre, vers le sommet même de l'ombre du mont Blanc, c'est-à-dire au point du ciel où les ombres de nos corps devaient être placées, et l'on n'aura encore qu'une idée incomplète de la richesse du phénomène météorologique qui se déploya pour nous pendant quelques instants. Il semblait qu'un être invisible était placé sur un trône bordé, de feu, et que, à  genoux, des anges aux ailes étincelantes l'adoraient, tous inclinés vers lui. A la vue de tant de magnificence, nos bras et ceux de nos guides restèrent inactifs, et des cris d'enthousiasme s'échappèrent de nos poitrines. J'ai vu les belles aurores boréales du Nord [sic] avec leurs couronnes zénithales aux colonnes diaprées et mobiles, que nos plus beaux feux d'artifice ne sauraient égaler par leurs effets; mais la vue de l'ombre du mont Blanc me paraît plus grandiose encore. »

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En librairie - Istvan Berkes, La physique de tous les jours, Vuibert, 2001; D. Benest, C. Froeschlé et al., Les Planètes et leur environnement, Hachette, 1996 (L'ouvrage contient un chapitre sur la diffusion de la lumière dans les atmosphères des planètes, signé Jean-Paul Parisot et  et Françoise Suagher, auquel il conviendra de se reporter pour une explication très claire des phénomènes évoqués dans cette page); Fançoise Suagher et Jean-Paul Parisot, Jeux de lumière (les phénomènes lumineux du ciel), Cêtre, 1995; Terence Dickinson, Découvrir le ciel le jour, Broquet, 1990; Collectif, Les phénomènes naturels, Pour la Science, 1985 (un chapitre  de David Lynch y est consacré aux halos). 


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