SPECTROSCOPE

mobilité {'). Dans quelques appareils les prismes sont très nombreux : tel celui de M. Gassiot (*) réunissant onze prismes à sulfure de carbone, et produisant entre les deux raies D un écart de 3'.

Fig. 33a

On peut diminuer le nombre des prismes en ramenant le rayon sur lui-même par réflexion sur un miroir, qui parfois est constitué simplement par la face extrême argentée, comme dans le spectroscope vertical de Duboscq (fig. 333). Le plus souvent, on emploie deux miroirs convenablement inclinés ou un prisme à double réflexion totale, de façon à replier le rayon dans un plan parallèle, ainsi que le fait voir la figure 334.

Le premier système a été adopté par M. Cornu ( ! ) dans un spectroscope où il a réussi à obtenir une très grande dispersion avec un seul prisme traversé quatre fois par le rayon et une lunette à long foyer, faisant office en même temps de collimateur et de viseur.

M. Young (') a appliqué le deuxième système à son spectroscope

{■) Auï spectroscopes dits automatiques sont adaptés des dispositifs permettant de mettre à la fois tous les prismes à la déviation minimum pour une couleur donnée, par le seul jeu de la lunette visant sur cette couleur.

(>) Gassiot, Proceed. ofthe R. S., XII, 536; 1863.

( 3 ) Cornu, Journal de physique, (2), 11, 53; 18S3.

(*) Yo un a, Journal Franklin Institute, LX; 1872.

Vjolvb, Cours de physique. — II. 3 2

optisve geûmetrI'V'E.

astronomique et il. Grubb ', à no appareil automatique où il avait reani plusieurs de ces prismes composés qui servirent à

M. Rutherfurd (', pour ses travaux de photographie spectrale et que nous retrouverons dans l'instrument de Thollon.

Fig. 33i

Spectroscopes à vision directe. — Une classe intéressante est celle des spectroscopes à vision directe, avec lesquels, comme le nom l'indique, le spectre s'observe suivant la direction même des rayons incidents.

Profitant d'une combinaison imaginée par Amici, M. Jaossen (')

(') Grubb, Monthly Notices of tke R. Astron. Soc, XXX, 36 ; 1869-70. (') Rutherfurd, Sitftman'*Jût(rn«J, XXXIX, 129; 1869 ( J ) Ja.nssen, C. B., LV, 576; 1802.

a le premier construit un spectroscope à vision directe, au moyen de cinq prismes : deux prismes en flint alternant avec trois prismes en crown. La déviation imprimée à un rayon par l'ensemble est la différence des déviations produites séparément par les deux parties; le flint et le crown dispersant inégalement, il est possible d'annuler la déviation pour une couleur, le jaune par exemple, sans la

Fig. 335

détruire pour les autres. C'est l'effet inverse de l'achromatisme : la lumière sort de l'appareil sans déviation quant à sa direction moyenne, mais avec une dispersion de même sens que celle qui serait due au flint seul.

Ce prisme compensé se place entre un collimateur et un viseur montés en ligne droite avec le prisme dans un seul tube, le viseur pouvant toutefois s'incliner légèrement de part et d'autre, de façon à suivre le spectre dans toute son étendue ( l ).

Avec du flint très dispersif on peut n'employer que trois pris-

Fig. 336

mes ; la figure 336 représente l'un de ces petits spectroscopes de poche, si répandus aujourd'hui : outre le prisme compensé, l'appareil comprend simplement une fente, qui s'ouvre plus ou moins à l'aide d'un anneau fileté, et une seule lentille ( 2 ).

( ! ) Dans les appareils d'observation courante, Hoffmann remplace la lunette astronomique par la lunette de Galilée, pour réduire la longueur de l'instrument.

( 2 ) M. Mousson n'emploie qu'une fente et un prisme placé tout près de l'œil, comme dans l'expérience de Broch.

Si dous remarquons que le rayon moyen est nécessairement perpendiculaire au plan bissecteur du prisme central, nous pourrons même réduire le système à l'une des moitiés, d'après le procédé adopté par M. Christie ('), dans son demi-prisme amplifiant [*) représenté ci-contre. La dispersion est considérable ; mais, l'angle d'émergence étant grand, les difficultés signalées plus haut repa-

raissent; et le Jli.nl très dispersif (densité 5), ne se trouvant plus préservé du contact de l'air sur sa face d'entrée, s'altère vite.

M. Zenger fj est revenu à la disposition la plus simple : deux prismes, très aigus, l'un solide, l'autre liquide, d'indices moyens

Fig. 338

voisins, mais de pouvoirs dispersifs très différents, par exemple crown et huile de cassia dissoute dans la benzine, sont réunis de façon à former un parallélipipède rectangle qui disperse énormé-

(') Christie, Proceed. oftheR. S., XXXI, 23; 1817.

(') tin se reportant à l'expression du pouvoir amplifiant, formulée plus haut (équation 7), on voit aisément qu'il est égal au rapport de l'épaisseur du pinceau incident à l'épaisseur du pinceau émergent; le demi-prisme de M. Christie mérite donc bien le nom d'amplifiant qu'il lui adonné.

(') Zengm, C. A., XC1I, 1503, elXCIII, 429; 1881.

ment la lumière : la largeur angulaire du spectre atteint 24*. Comme Ta indiqué M. Janssen, on peut encore mettre à profit la réflexion totale afin de ramener le rayon moyen dans la direction primitive tout en maintenant l'écartement des rayons extrêmes. La figure 339 montre un couple de prismes établis par M. A. Herschel (*) pour obtenir ainsi la vision directe.

Fig. 33 9

Spectroscope Thollon (*). — Thollon a réalisé avec un petit nombre de prismes un spectroscope à vision directe d'une puissance remarquable.

Considérons d'abord un couple^ c'est-à-dire un système de deux prismes identiques, qui font entre eux un angle a. En conservant les notations précédentes et en affectant respectivement des indices 1 et 2 les angles relatifs au premier et au second prisme, nous avons

La déviation qu'éprouve un rayon est exprimée par la relation

On peut toujours attribuer à a une valeur telle qu'un rayon traversant le système soit normal au plan bissecteur de cet angle : le couple sera alors au minimum de déviation pour le rayon. En faisant varier a d'une manière continue, on amènera donc successivement au minimum de déviation chacun des rayons simples contenus dans un même rayon incident de lumière blanche.

La dispersion élémentaire du système

d? t __ sin A(cos i[ cos r i -+- cos z s cos r[) dn cos i[ cos r ft cos 1 £ cos r 2

(*) A. Herschel, Chem. News, XIX, 157; 1869.

( 2 ) Thollon, Journal de physique, Vil, 141, et VIII, 73; 1878-79.

est pour le minimum relatif au couple (i( = i s , r/=/- 4 )

di t i sin A

2 sin A

dn cos ij cos /-j cos i x cos /•{ '

et, dans le cas où en outre l'incidence et l'émergence sont normale; (ii = ii = o, r[ = r i =A) 9

le spectre est alors normal par rapport à l'indice.

Thollon réunit dans son spectroscope un certain nombre de ces couples rectangles formés chacun par les deux moitiés en regard de deux prismes consécutifs. Il emploie des prismes composés (crown et sulfure de carbone) ayant un pouvoir dispersif considérable. On a figuré ci-contre l'un de ces prismes ( l ), la marche d'un rayon (*), enfin la disposition générale de l'appareil tel que le construit Laurent. 11 suffit d'agir sur la vis V pour faire défiler tout le spectre devant l'œil de l'observateur; cette vis entraîne avec elle

Fig. 341

une bande de papier sur laquelle on enregistre les raies au moyen d'un crayon commandé par la manivelle M, placée sous la lunelteO. Thollon a pu relever ainsi en quelques mois la position de près de 4000 raies. Beaucoup de raies regardées jusqu'alors comme simples ont été dédoublées : (elles appartenaient toutes à deux substances; mais nombre de raies (F et C, par exemple) se sont seulement montrées plus larges, tandis que d'autres restaient d'une

(') Les indices moyens des deux substances différant peu, il est possible, sans perdre trop de lumière, d'employer des incidences considérables, à la condition toutefois d'une grande perfection dans le travail des surfaces.

(*) Avec deux nouveaux prismes à réflexion, on obtiendrait rigoureusement la vision directe, mais on perdrait un peu de lumière.

DISPERSION. — SPECTBOSCOPE. 603

finesse extrême, malgré l'énorme dispersion. La distance angulaire des raies D était ta', leur distance apparente i5 millimètres, la longueur du spectre i5 mètres.

Il Ta de soi que dans tous ces appareils la lunette pourra être d'autant plus puissante que le spectre sera lui-même plus pur.

Fig. 34,

M. Wolf (') a construit tout récemment un spectroscope dans lequel une lunette à fort pouvoir optique permet de distinguer les détails les plus délicats du spectre.

Échelles spectroscopiques. — Dans le spectroscope de Bunsen, l'échelle était une division en parties égales de longueur arbitraire. On se contente encore ordinairement de ce dispositif; car les distances respectives des raies dépendant du système réfringent adopté, une conversion sera en général nécessaire pour ramener les mesures à un spectre type. On nomme spectre normal, celui dans lequel les déviations des différentes couleurs sont proportionnelles aux longueurs d'onde : c'est le spectre type.

Pour traduire les divisions de l'échelle d'un spectroscope en longueurs d'onde, on notera sur cette échelle la position d'un certain nombre de raies dont la longueur d'onde soit exactement connue, et l'on rattachera ces observations entre elles à l'aide d'une

(') Wolf, Bulletin des séances de la Société française de physique ; 1890.

formule empirique (') ou d'une courbe sur laquelle ou lira immédiatement la longueur d'onde correspondant à une division quelconque de l'échelle (comprise entre les points marqués directement). Importance du spectroscope. — Avec le spectroscope est née une science nouvelle, merveilleusement féconde. Nous n'avons pas à rapporter ici toutes les conquêtes qui lui sont dues. Mais nous ne saurions faire comprendre le rôle capital joué par le spectroscope sans indiquer les questions que cet instrument a permis d'aborder et de résoudre. Nous insisterons seulement sur celles qui touchent spécialement à notre sujet.

Extension des recherches relatives à la décomposition de la lumière. — Sous l'influence du spectroscope, la question de la décomposition de la lumière s'est singulièrement élargie. Newton n'avait expérimenté que les rayons solaires. On a soumis au spectroscope les différentes sources de lumière — sources naturelles : astres et météores lumineux; sources artificielles : flammes et corps incandescents — le rayonnement étant observé tel qu'il émane de la source ou après son passage à travers un milieu retenant une partie des rayons. De là deux sortes de spectres, les spectres d'émission et les spectres d'absorption.

Spectres d'émission.

Deux espèces de spectres d'émission. — Ces spectres se partagent eux-mêmes en spectres continus et discontinus.

Spectres continus des liquides et des solides. — Les solides ou liquides incandescents émettent un spectre continu s'étendant de plus en plus du côté du violet à mesure que la température s'élève ( 3 ). Parmi les sources à spectre continu , nous citerons les charbons entre lesquels jaillit l'arc voltaïque (mais non l'arc), les lampes à incandescence et les flammes (becs de gaz, lampes à huile ou à pétrole, bougies), toutes sources dans lesquelles le corps incandescent est le carbone solide.

(*) Gibbs, Silliman's Journal of science; 1870. — Cornu, Ann. de chim. et de phys., (6), VII, 57; 1886.

( 2 ) Draper, Phil. Mag., (3), XXX, 345 ; 1847.

Spectres discontinus des vapeurs ou gaz. — Les vapeurs ou gaz incandescents donnent un spectre discontinu, formé de raies brillantes sur fond obscur. La température s'élevant, les raies s'élargissent et s'estompent; de même, la densité de la vapeur croissant, le spectre tend à devenir continu.

Différents moyens de volatiliser les corps pour obtenir leur spectre. — Les moyens employés pour porter le corps à l'incandescence ayant ici une grande influence sur les résultats, nous devons énumérer les plus importants qui se rattachent à deux catégories : flammes et décharges.

a) Flammes. — Les flammes non lumineuses de la lampe à alcool (Melville, Brewster, Herschel, Miller (*)) ou mieux du bec Bunsen (Kirchhoff et Bunsen) conviennent très bien pour étudier les spectres des corps se volatilisant à température peu élevée. On voit sur la figure 33i comment le corps (sel métallique) est porté dans la flamme au moyen d'un fil de platine préalablement plongé dans une dissolution ou muni d'un fragment du corps : le fil doit être placé plus basque la fente, de façon à ne pas introduire le spectre continu du platine incandescent^). Si une température plus haute est nécessaire, on se servira de la flamme de l'hydrogène dans l'air (A. Mitscherlich ( 3 ), Mascart ( 4 )) ou de celle du gaz tonnant (Wolf et Diacon ( 3 )). Mais on préférera ordinairement recourir à l'électricité.

(*) En 1752, Melville examina avec un prisme quelques flammes colorées et remarqua que l'alcool salé ne présente qu'une couleur (Melville, Edimb. phys. and litt. Essays, II, 12 ; 1752). En 1822, Brewster confirma cette propriété de la lampe monochromatique (Brewster, Trans. of the R. S. of Edimburgh; 1822). La même année, Herschel étudia les spectres d'un grand nombre de flammes colorées et particulièrement ceux relatifs au chlorure de strontium, au chlorure de cuivre et à l'acide borique (John Herschel, Trans. of the JR. S. of Edimburgh; 1822). En 1845, Miller releva les spectres un peu confus émis par les sels alcalins et alcalino-terreux dans la flamme de l'alcool (Miller, Report of the British Association; et Phil. Mag., (3), XXVII, 81 ; 1845).

( 2 ) Pour obtenir une alimentation continue, on peut employer soit un tube disposé comme ceux au moyen desquels on donne à boire aux oiseaux (A. Mitscherlich), soit un pulvérisateur lançant dans la flamme la substance réduite en poussière (Bunsen, Gouy). — Gouy, Ann. de chim. et de phys., (5), XVIII, 23 ;

( 3 ) A. Mitscherlich, Pogg. Ann., CXVI; 1862; et Ann. de chim. et de phys., (3), LXIX, 169; 4 863.

( 4 ) Mascart, Annales de VÊcole normale, IV; 1866.

( 6 ) Wolf et Diacon, Mémoires de V Académie de Montpellier; 1862.

1)) Décharges. — Dès i835, Wheatstone (') avait observé que l'étincelle éclatant entre deux boules d'un métal donne un spectre formé de raies brillantes, caractéristiques du métal et indépendantes du milieu ambiant (il opérait avec une étincelle grosse et courte). Mais les anciennes machines étaient fort incommodes: et Masson (') perfectionna singulièrement le procédé en tirant l'étincelle de la bobine d'induction et en la condensant à l'aide d'une jarre intercalée dans le circuit.

Ouand il introduisit le métal dans l'arc électrique, Wheatstone obtint les mêmes raies que par l'étincelle. Foucault ( s ) fit également

Fig. 3.(3

usage de l'arc pour réduire les métaux, en vapeurs incandescentes. et Robiquet (*) l'employa dans un travail remarquable auquel nous empruntons les photographies ci-jointes du spectre solaire et du spectre de l'argent ('). Avec ce métal, l'expérience est très belîe

(') Wheatstone, Report of the Britisk Association in Dublin; ou Ckenâcal San,

III, 198; 1835. Cf. Talbot, Brewsters Journal of Science, V; 1826; elPhil. Mac.,