L'ÉCLAIRAGE

Position et dimensions de la source lumineuse.

L’interféromètre différentiel que nous employons donne des franges localisées avec une source très étendue, ce qui permet une intensité lumineuse plus grande et des temps de pose plus courts. Différentes considérations interviennent cependant pour limiter le diamètre apparent de la source.

L'’écoulement du gaz étudié est plan; pour que la densité du gaz le long dun rayon quelconque soit constante, il faut que ce rayon soit perpendiculaire au plan de l'écoulement; il faudrait donc opérer en lumière parallèle ce qui ne peul être rigoureusement réalisé car : 1° la source n’est pas sans dimension; 20 l'élimination des lumières parasites n’est possible qu’en lumière convergente (ou divergente). On verra (1) qu'avec la maquette de 6 em de corde et pour un tunnel large de 4 cm, l'erreur de parallélisme imparfait est pratiquement négligeable, si la source est placée à 4 m du tunnel, et si sa plus grande dimension n’exède pas une vingtaine de cm; or même lorsque l’on recherche des temps de pose extrêmement courts réalisables par l’étincelle électrique, il n'est pas nécessaire de donner à une étincelle une longueur de plus de 15 mm. (Dans ce cas, l'objectif est en avant de l’interféromètre et il ne s’agit là que de la dimension de l’image de l’étincelle au niveau du diaphragme placé à 2 ou 3 m du tunnel). L'erreur de parallélisme imparfait des rayons lumineux due à l’étendue de la source peut donc être considérée comme négligeable.

Il est possible d'observer des franges avec une source très étendue, mais on a vu que ces franges ne sont visibles qu'en bordure de l’image d’un objet placé en avant de l’interféromètre (?); pour obtenir des franges dans toute l'étendue du champ, il est nécessaire de recourir au montage de la figure 11, dans lequel un diaphragme ne laisse passer que la lumière de la seule image I, (ou I,; ou I, et I1;, en déviant convenablement l’un des faisceaux). Or ces différentes images DL, 1, 1... elc. empiètent les unes sur les autres si la largeur de la source dépasse

(1) Page 90. L'erreur due au parallélisme imparfait des rayons lumineux.

(2) Si l’on déplace une source peu étendue placée à quatre mètres du tunnel, on constate que les franges ne subissent pas de déplacement appréciable tant que le déplacement latéral de la source n'atteint pas quelques dizaines de centimètres : on peut donc utiliser des sources très étendues et fournissant beaucoup de lumière tout en obtenant des franges nettes. Nous avons utilisé ce fait pour les réglages de l’interféromètre (recherche des franges et de leur plan de localisation) qui ne nécessitent qu'une faible étendue du champ.

DEN Te MER

une certaine valeur, la longueur de cette source pouvant être par contre sensiblement plus grande. Cette largeur maxima de la source est égale au dédoublement À (soit 13 mm pour i— 45°), lorsque l'objectif est placé après l’interféromètre el cela quel que soit l’éloignement de la source.

Les sources de faibles dimensions sont préférables, car l’image I, (ou I.) étant plus petite, le diaphragme qui la limite laisse passer moins de lumière parasile provenant : 1° de la réflexion de la lumière de la source sur les murs el les objets du laboratoire; 2° des réflexions successives sur les glaces du tunnel et les lentilles des objectifs du montage optique. Ceci conduit à utiliser des sources de grande brillance et à augmenter les durées de pose, quand cela est possible, sans toutefois le rechercher systématiquement, car la lumière parasile n’est pas très gênante et peut être éliminée autrement d’une manière satisfaisante.

Emploi d'un monochromateur.

Deux solulions peuvent être employées pour avoir une lumière monochromatique. La première comporte l'emploi d’un monochromateur isolant une bande spectrale de largeur convenable ou une raie déterminée; la seconde utilise une source de radiations monochromatiques, arc ou étincelle entre électrodes mélalliques, en arrêtant au besoin par des écrans appropriés les raies spectrales gênantes. L'isolement d’une bande spectrale d’une source de rayonnement continu donne des franges qui s’estompent d'autant moins rapidement que la bande isolée e$t moins élendue; au centre du champ, les franges enregistrées sont nettes et équidistantes et correspondent donc à une longueur d'onde effective déterminée, que l’on mesure par comparaison avec un deuxième cliché en lumière monochromatique de longueur d'onde connue. Mais les sources de rayonnement continu ne fournissent généralement qu'une brillance médiocre dans la région du bleu et du violet qui est la plus intéressante, parce que les: déplacements de franges sont plus grands (1), et la sensibilité des plaques photographiques y est également plus grande. La plus chaude de ces sources de rayonnement continu, et par suite la plus riche en radiations de courtes longueurs d'onde, l'arc électrique entre électrodes de charbon a reçu tout récemment de C. CHARTIER un perfectionnement qui lui donne une brillance remarquable pour les radiations bleues et violettes (2). Signalons aussi l'arc à vapeur de mercure à haute pression. Les lampes à ruban de tungstène de Philipps sont recommandables pour cet usage malgré leur brillance moindre, car elles sont plus longues que larges et on a vu que si la largeur de la source est limilée, sa longueur peut par contre être très grande.

ToEPLER, puis Mac ont eu recours à la lumière solaire dont la brillance est très suffisante; Macx a photographié ainsi, avec des poses très courtes, 10 à 20 franges aussi nettes que celles qu’il oblenait à cette époque avec des

(1) Nous n'avons disposé que d’un tunnel de 4 em de largeur, ce qui ne peut conduire à des déplacements de franges considérables.

(2) C. CuanTiEer. — Ouvrage déjà cité, p. 18. Recherche d’un éclairage de grande brillance.

sources monochromatiques. Mais. ceci conduit à l’établissement d'un héliostat et n’est pas pratique pour des expériences semi-lechniques qui doivent pouvoir être exécutées à n'importe quel moment.

Si l'emploi de sources artificielles de rayonnement continu associé à un monochromateur ne fournit qu'une solution médiocre, il est possible d'améliorer celte solulion en utilisant des sources de rayonnement discontinu, le monochromaleur n'ayant plus pour rôle que d'isoler une seule radiation. Nous avons ainsi utilisé le montage de la figure 30 pour isoler la raie 4 481 À du magnésium. La source constituée par une élincelle entre électrodes de magnésium est placée en avant de la lentille L,, qui en donne sur une fente réglable F, une image $S, placée au foyer de la lentille L.,; la lumière ainsi rendue parallèle est déviée par le prisme P; la lentille L,; placée à la sortie de ce prisme donne sur la fente F, une image $S, qui sert de source monochromalique pour l’interféro-

mètre : En déplaçant la fente F,, on isole successivement diverses raies, et

Fig. 30 F Monochromateur

l’on règle la largeur de cette fente sur celle de la raie choisie. On donne à la fente F, une largeur assez forte de l’ordre du millimètre, de façon à recueillir une grande quantité de lumière. Ce dispositif a donné de bons résultats et des temps de pose courts, à condition que la lentille L, donne, au niveau de l'interféromètre, un faisceau ayant sensiblement le diamètre du miroir sur lequel il vient se réfléchir. La lumière dichromatique pourrait s’oblenir en recombinant la lumière issue de raies isolées au niveau de la fente F, de deux monochromateurs différents : Cela au moyen d'une lame plan-parallèle orientée de manière à assurer par réflexion la coïncidence d’un premier faisceau avec un deuxième qui la traverse sans déviation; l'égalité des intensités lumineuses composantes serait oblenue par réglage des fentes des deux monochromaleurs.

Nous avons abandonné ce dispositif monochromaleur pour la solution suivante plus simple et qui a donné des résultats au moins aussi satisfaisants.

La SÉLECTION des RAIES du MAGNÉSIUM

Parmi différents métaux pouvant donner un spectre ulilisable citons : le thallium dont le spectre d’étincelle est très voisin de celui du magnésium par ses trois raies intenses : 3775 À, 4737 À, 5350 A, que l’on peut isoler ou combiner par des écrans appropriés. Le spectre d’arc de ce métal ne comporte que les raies 3775 A el 5 350 À très intenses et dont la période des battements est de 2,4 franges. Le spectre d’étincelle de l'argent comporte deux raies très intenses : 5 209 À et 5 465 A dont la période de battements est de 20,5 franges

ts

el une raie 4212 A. Le spectre d’étincelle de l'aluminium présente cinq raies d'intensité moyenne : 3944 À, 3961 A, 5057 A, 5 697 A et 5714 A. Le plomb ne donne qu'une brillance médiocre. Le zinc et le cadmium donnent des raies nombreuses el difficiles à isoler. La lampe à vapeur de mercure ne donne qu'une faible brillance et des raies trop nombreuses, de plus les franges s’affai-blissent pendant l'écoulement de l'air, à moins que les dimensions de la source ne soient réduites à des dimensions très faibles qui conduisent à des durées de pose inacceplables.

Nous avons choisi le magnésium parce qu’il fournit deux raies de 3 834 À el 4481 À très intenses et faciles à isoler ou à combiner.

1° La source lumineuse.

GRANZ déchargeait, à travers un éclateur à électrode de magnésium, une ballerie de quelques bouteilles de Leyde; avec un circuit de self induction très réduite, la durée d'illumination était inférieure au

millionième de seconde, tout en assurant une impres- A 110* sion suflisante de la plaque; mais les clichés qu'il WT :

a publiés ne montrent que 6 à 8 franges bien R

contrastées, les autres presque complètement estom- I

pées, se prêtent mal aux mesures.

Les plaques photographiques employées n'étant pas panchromatiques ou orthochromatiques, le spectre d'étincelle du magnésium n'intervenait que par la raie très intense de 4481 Angstrôms et par le triplet de longueur d'onde moyenne 3834 A. Les franges apparaissaient donc régulièrement renforcées ou estompées, la période

4 481-3 834 soit très sensiblement le nombre entier 6. Cependant le spectre d'émission de l'air très riche dans le domaine visible et assez intense avec ce mode d’excitation, produisait l'effet d'une bande spectrale continue au voisinage de 4500 A, et les franges s’estompaient rapidement de part et d'autre de la frange centrale.

de ces battements étant de — 5,93 franges,

Nous avons cherché à perfectionner cette méthode, qui de plus a l'avantage de pouvoir donner, s'il y a lieu, des durées de pose extrêmement faibles.

qu'aucun autre procédé ne peut approcher, et qui Fig. 31. — Alimentation ne ». ’ A . 1 de l'éclateur à électrodes pouvait permettre l'étude de phénomènes particuliè- de magnésium

rement instables observés en régime supersonique.

La figure 31 représente le montage utilisé pour l'alimentation de, l'éclateur à électrodes de magnésium E. Un transformateur de 2 K. V. A. 110/18 000 volts est alimenté par le courant monophasé du secteur; la puissance mise en jeu est commandée par l'interrupteur I et se règle au moyen du rhéostat R en série dans le circuit primaire. Le secondaire alimente un condensateur C de

0,02 y/, soit directement (ligne en pointillé de G à B) pour l’alimentation en courant allernatif, soit par l'intermédiaire d'un kénotron redresseur pour l'alimentation en courant continu. (Les caractéristiques de ce kénotron sont les suivantes : Tension plaque maximum : 25 000 volls, intensité de chauffage 4 à 5 ampères sous 4 volts; courant de saturation 20 milliampères). Lorsque le condensateur C est chargé, il se décharge au travers de l’éclateur E par l’intermédiaire d’une self S d’une trentaine de spires enroulées autour d'une carcasse en bois de 20 cm de long, self qui a pour but d'éliminer le spectre de l'air. L'alimentation en courant alternatif débite un grand nombre d’étincelles, donne une grande intensité lumineuse et convient pour les temps de pose obtenus par obturateurs photographiques. L’alimentalion en courant continu charge en plusieurs secondes le condensateur C, qui se décharge brusquement en fournissant une étincelle isolée. (Le temps de charge du condensateur est fonction de l'intensité de chauffage du filament du kénotron, lue sur l’ampéremètre A et réglée par le rhéostat R,, ce temps de charge varie de 0,01 s à 20 s pour des distances d’éclatement de 2 millimètres employées couramment).

Si on alimente l’éclateur en courant alternatif en diminuant progressivement la résistance R, on constate d’abord que la source lumineuse est plus intense et plus bruyante, le nombre d’étincelles qui se maintient assez longtemps à 100 par seconde, soit une étincelle par demi-période, augmente jusqu'à près de 800 par seconde. Si l’on diminue encore la résistance R, l'intensité consommée au primaire ne cesse pas d'augmenter, alors que la source diminue d'intensité lumineuse et devient moins bruyante. Cela lient probablement à la formation d’un courant de basse fréquence, susceptible de produire un spectre d'arc relativement peu intense, mais présentant deux raies nouvelles 4352 A el 4703 À, alors que la raie indispensable 4 481 A en est absente. Il y a donc une puissance maximum à ne pas dépasser.

L'éclateur est constitué par deux électrodes de magnésium cylindriques (diamètre 1 cm) placées dans un tube de caoutchouc épais qui sert d’isolant; elles sont montées sur un même pied à crémaillère et leur réglage en hauteur s'effectue indépendamment par deux moletles, en sorte que la longueur de l'étincelle et sa position en hauteur peuvent être réglées avec la précision nécessaire pour les montages très lumineux. Les électrodes sont taillées en forme de cône de 20° environ de demi-angle au sommet; les décharges successives les usent assez rapidement : Pour les prises d’instantanés en une seule élincelle, elles ne peuvent supporter qu’une centaine de décharges; au-delà la fixilé de la position de l’étincelle est mal assurée, et il faut les retailler. Pour les poses de l’ordre de la seconde, la fixité de la position de l’étincelle n’a pas besoin d’être aussi bien assurée, et la retaille n'est nécessaire qu’au bout de quelques dizaines de clichés, si l’on prend soin d'effectuer les réglages optiques avec une faible puissance, c’est-à-dire en augmentant la résistance R. (De 4 ohms pour la prise des clichés à 30 ohms pour les réglages). Aucun refroidissement n’est à prévoir pour ces électrodes.

L'ensemble du montage est soigneusement isolé, et le condensateur doit être déchargé avant tout réglage du rhéostat R, s’il a été chargé en courant continu, afin d’éviler les effets des charges résiduelles.

GA Viens

2° L’élimination du spectre d’arc, du spectre de l'air et de la magnésie.

Il est essentiel de reconstituer le spectre du magnésium dans toute sa pureté, en éliminant celui de l’air, afin d'enregistrer un grand nombre de franges. La construction d’un éclateur dans le vide est rendue difficile par la volatilité du magnésium, qui se dépose sur la paroi de verre et lobscurcit. Il est donc beaucoup plus simple de mettre en série dans le circuit de décharge une self induction, la perte appréciable de lumière qui en résulte étant compensée par une augmentation de la puissance électrique dépensée. L'examen au spectroscope montre que l’on arrive à diminuer fortement les raies de l’air avec une self d’une trentaine de spires.

L'examen au spectroscope des différentes parties de l’étincelle montre également, que ces raies de l’air sont abondantes surtout dans le centre, et que les radiations violettes et ultra-violettes, seules utilisables pour la photographie, se trouvent au voisinage des électrodes. Si l’on fait varier l’écartement à de ces électrodes, on constate que la zone violette et ultra-violette se modifie peu, alors que la zone centrale, riche en raies de l’air et radiations de grande longueur d'onde, éprouve de grandes variations d’étendue. Si l’on diminue l’écartement à, on constate que pour une valeur de l’ordre de 3 mm, la zone centrale a pratiquement disparu au profit des zones violettes; la brillance de l’élincelle pour une plaque non orthochromatique s’est donc accrue, et surtout les raies de l’air ont été notablement diminuées. C’est également ce que confirme la photographie des franges que lon peut obtenir. Il était naturel de joindre à celte méthode d'élimination des raies de l’air, celle déjà connue de l'emploi d'une self et les photographies de franges de la figure 32 ont été prises dans ces conditions. On voit que les franges en lumière dichromatique, obtenues en ne prenant que le centre d’une étincelle de à—10 mm, sont nettement plus estompées que celles obtenues avec toute la surface de cette étincelle; on voit également que l’amélioration obtenue en abaissant à de la valeur è—3 à la valeur à — 1 est assez faible. }

Tous ces clichés ont été pris sur des plaques non orthochromatiques (Micro-Lumière), qui éliminent les radiations inférieures à environ 3 500 À et supérieures à environ 5 000 A. Cet effet de sélection peut, d’ailleurs, être légèrement renforcé du côté du spectre visible, par l'emploi de l'écran d'Iéna BG 12 de 2 mm d'épaisseur, qui absorbe 75 % de la radiation 4750 À, et 97 % de la radialion 5000 A. L'emploi d'écran améliorant la sélection du côté ultraviolet n’a pas été nécessaire (Ecran d’Iéna GG 2 de 4 mm d'épaisseur, et BG 11 de 8 mm, laissant passer le spectre visible, et pouvant donc être employés simultanément avec l’écran BG 12); 1° parce que les raies de l'air dans cette région sont peu gênantes; 2° parce que les verres du système optique remplissent cette fonction d'écran, et que les plaques photographiques ne sont guère sensibles au-dessous de 3500 A (sauf emploi de plaques spéciales pour l’ultra-violet).

Après quelques minutes de fonctionnement, les franges s'estompent par suite de la formation de magnésie, dont le spectre continu apparaît dans le

ni;

spectre de l’étincelle. Ce défaut disparaît, dès que l’on décape les électrodes avec une toile émeri fine.

4 5 Fig. 32 1. — Cliché obtenu avec le centre d'une étincelle de 10 mm. 2. — Cliché obtenu avec une étincelle de 10 mm. 3. — Cliché obtenu avec le centre d'une étincelle de 10 mm avec écran ultra-violet UG-2. 1. — Battements de franges obtenus avec une étincelle de 3 mm. 5. Battements de franges obtenus avec une étincelle de 1 mm.

Ces clichés ont été pris avec la même self

3° La lumière monochromatique.

Ayant ainsi oblenu une lumière dichromatique, il n’y a plus qu'à supprimer une des deux radialions pour oblenir une lumière monochromatique. Il esl préférable de supprimer la raie 4481 À, qui est placée dans la zone où le spectre de l'air est le plus intense, ce qui peut s’obtenir au moyen de l’écran

y VE

d’'Iéna UG 2 de 0,5 mm d'épaisseur (‘), qui laisse passer 80 % de la radiation 3831 A, et élimine complètement les radiations supérieures à 4050 A. La ligure 33 donne le rapport T du flux lumineux sortant au flux entrant, pour cet écran UG 2 de 0,5 mm d'épaisseur; la courbe correspondante de l'écran GG 2 de 4 mm d'épaisseur est également inscrite; on vient de voir que, dans nos expériences, cet écran n’a pas élé utilisé, mais.il pourrait devenir utile si les franges étaient très nombreuses, si l’absorplion du système optique était diminuée par l'emploi de miroirs recouveris d'aluminium et de fenêtres de lunnel en crown borosilicale.

Les franges en lumière monochromalique oblenues par cette méthode sont toujours très netles pour les premières dizaines de franges, même en l'absence de self, et en utilisant uniquement la partie centrale d’une étincelle de 10 mm de longueur (voir figure 32). Ceci montre que l’intensilé du spectre de l’air dans l’ultra-violet est très faible.

Cependant ces franges doivent s’estomper vers la centième frange, car celte lumière n’est pas strictement monochromalique; elle est, en effet, composée de trois radiations : La radiation 3 838,3 À très intense, la radiation 3 832,3 À d'intensité moyenne, la radiation 3829,4 A de faible intensité. Il y a donc interférence entre les radiations 3 898,3 À et 3 829,4 pour la :

TGS, 3 — 38200) — 215, 6° frange.

Mais on ne peut observer une disparilion des franges absolument complèle, car d’une part, les intensités lumineuses composantes sont inégales, d'autre part, la radialion 3832,3 À donne une frange qui est décalée de 0,16 interfrange par rapport aux franges de 3 829,4 A; la diminution des contrastes des franges n'en est pas moins nette, parce que la somme des intensités lumineuses des radiations 3832,3 À et 3829,4 À est comparable à l'intensité de la radiation 3 838.3 À, el que la radiation 3 832,3 A esl presque en opposition de. phase avec la radiation 3838,3 A. La position des franges, observées au voisinage de la frange centrale, ne correspond pas à la position qu'occuperaient des franges de longueur d'onde égale à la moyenne des longueurs d'onde des radiations composantes, soit 3 833,3 À, mais à une valeur approximativement égale à 3 834,5 À, que l’on pourrait mesurer par comparaison avec une autre source, si une précision plus grande était nécessaire.

Pour de tels déplacements dépassant la centaine de franges, qui sont très possibles pour des tunnels supersoniques d’une vinglaine de em de côté, il y aurait intérêt à isoler la raie très intense 4481,2 À, au moyen de l'écran d'Iéna GG 3 de 2 mm (voir /ig. 33); la sélection du côté des grandes longueurs d'onde étant effectuée par l'écran BG 12 de 2 mm d'épaisseur (voir cliché n° 33) ;

{) Nous avons utilisé cet écran U G2 avec une épaisseur de 1 mm, et également l'écran U G1 avec la même épaisseur de 1 mm. Ces deux écrans ont très sensiblement les mêmes courbes d'absorption en fonction de la longueur d'onde de la lumière qui les traverse, 11 paraît préférable de les employer sous une épaisseur de 0,5 mm laissant passer 80 % de la lumière au lieu de de 64 %, ce qui diminue un peu le temps de pose, et tend à rétablir l'égalité des intensités lumineuses des images monochromatiques et dichromatiques reçues sur la même plaque photographique. L'élimination des grandes longueurs d'onde resterait sensiblement aussi efficace.