MESURE DES LONGUEURS D'ONDE PAR LES RÉSEAUX

Théorie.

La mesure des longueurs d*onde se fait avec beaucoup plus de précision et de facilité, au moyen des réseaux par transparence, qu'à Taide des miroirs, des biprismes ou des autres appareils d'interférence, car les raies des spectres constituent des repères très nets, auxquels on peut rapporter les observations.

Quand Tonde incidente est plane et qu'elle coïncide avec la surface du réseau, on peut écrire

sinS

3a8 CHAP. m. — optique physique.

d étant la direction sous laquelle on voit une des raies d'un spectre de rang /i, et N le nombre de traits contenus dans i"". Quand le plan du réseau est incliné d'un angle i sur celui de Tonde, la direction du «'*"• spectre est donnée par la formule

sini — sin (/ — 3)= /iN>; on tire de là

A = —^ sm - cos il ) «

La déviation sera minimum lorsqu'on aura

Les spectres des réseaux ont donc un minimum de dévialion comme les spectres prismatiques et ce minimum a lieu quand le plan du réseau est bissecteur de l'angle que forme le rayon incident avec le réfracté.

Si l'on place le réseau dans la direction qui correspond au minimum de déviation, la longueur d'onde sera donnée par la formule

A = — c^sm -•

11 y a tout avantage à faire l'observation de la sorte; car, d'une part, la netteté des raies est considérablement augmentée, d'autre part, on n'a pas le souci de placer le réseau normalement à la direction du faisceau incident. De plus, ce mode d'observation supprime l'erreur provenant d'un défaut de parallélisme du faisceau incident.

Cette méthode a été appliquée avec un grand succès par M. Mascart (*); nous la suivrons dans cette Manipulation.

Description.

Le réseau est installé sur la plate-forme d'un goniomètrede Babinet, entre le collimateur et la lunette. Dans les appareils

(') Annales de l'École Normale supérieure f t. I, p. aSg; i864; Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences^ t. LVI, p. i3^. et t. LVIII, p. nu.

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construits par Brunner, cette plate-forme est munie de trois vis calantes, qui facilitent grandement Je réglage. Oit mesure d par le cercle répétiteur; M. Mascart évaluait les angles à 5" près.

Pour dédoubler la raie D du sodium dans le premier spectre, il faut un réseau d'au moins 4o traits par millimètre, d'après Lord Rayleigh; 20 traits suffisent pour le second spectre et i4 pour le troisième. Mais les spectres sont d'autant plus brillants et plus purs, que le nombre des traits est plus considérable; Nobert, de Barth, et Brunner ont réussi à en tracer plus de 1000 par millimètre.

La valeur de N est habituellement donnée par le constructeur; on peut révaluer au moyen du microscope de la machine à diviser.

La qualité essentielle d'un réseau est de ne point présenter d'irrégularités systématiques; les traits consécutifs doivent être rigoureusement équidistants; on doit rechercher aussi une grande ouverture et contrôler rigoureusement le parallélisme des faces de la lame de verre.

On emploie généralement le Soleil comme source de lumière ; la flamme de l'alcool salé ou d'un brûleur sodé convient peut-être mieux pour l'observation des raies Di et Dj, et elle peut servir à déterminer la valeur intrinsèque d'un réseau donné. On peut aussi se servir de la lumière du lithium.

Au besoin, on peut encore contrôler ainsi l'indication donnée par le constructeur relativement à N, en calculant sa valeur par la valeur connue de X.

Lord Rayleigh (*) a fait connaître des procédés photographiques permettant de se procurer aisément de bonnes reproductions des réseaux, même des réseaux les plus fins et les plus délicats. Il faut renoncer à l'emploi de la chambre noire, à cause de l'imperfection des objectifs et des franges de difiTraclion qui accompagnent fatalement l'image des lignes très déliées, lesquelles franges sont une quantité de même ordre que la distance de deux traits consécutifs. Mais on peut obtenir de bons résultats, par reproduction directe, en prenant le réseau gravé pour négatif: il faut seulement éviter

(•) Philosophical Magazine y février 1874, p. 81.

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les pénombres. On emploie une source de lumière de petite étendue, telle que Timagedu Soleil ou d'une lampe de Drummond donnée par une lentille à court foyer; les rayons doivent tomber bien normalement sur la surface du réseau; Talbumine sèche ou le coliodion chloruré donnent de bons résultats (*). La durée de Texposilion varie évidemment avec la sensibilité des plaques et Tintensité de la lumière. La couche sensible doit être appliquée sur une plaque rigoureusement plane ou sur une lamelle de mica. Lord Rayleigh a pu reproduire ainsi un réseau de Nobert de 2^0 traits par millimètre et Ton a pu observer, à l'aide de cette copie, presque toutes les raies des tables d'Ângstrôm.

M. Izarn a aussi obtenu d'excellents résultats en employant comme couche sensible la gélatine bichromatée; on produit ainsi un positif, ce qui est assez malaisé à expliquer.

M. Mascart a pu mesurer les longueurs d'onde des raie? caractéristiques des spectres produits par les vapeurs métalliques incandescentes en plaçant la substance à volatiliser entre les pôles d'une pile de 4o éléments Bunsen; il a opéré ainsi sur le lithium, le thallium, le magnésium, Tétaîn, le bismuth et le zinc.

Manuel opératoire.

Nous supposerons que la fente soit bien au foyer principal du collimateur et que la lunette ait été réglée pour voir nettement à l'infmi.

Ces vérifications faites, on opère comme il suit : nous emploierons la méthode de M. Mascarf.

i*» La lunette est mise au zéro de la graduation du cercle divisé, le fil du réticule divisant en deux l'image de la fente vue directement.

2*» Le réseau est ensuite fixé sur la plate-forme^ les traits parallèles à la fente du collimateur; puis on cherche sous

( * ) Lo coliodion chloruré est une dissolution de coton-poudre tenant en saspension du chlorure d'argent finement divisé avec un léger excès d'azotate d'argent libre ; la plaque est d'abord recouverte d'une couche d'albumine sur laquelle on verse le coliodion ; on peut le sécher sur une lampe à alcool.

LYIl' M. — MESLRE DES LONGUEURS d'ONDE PAR LES RÉSEAUX. 33 f

quelle incidence la lumière doit le rencontrer, pour que la déviation d'une raie déterminée soit minimum. On opère absolument comme on le ferait avec un prisme (*).

3® La lunette est mise au point pour les raies D du premier spectre; il est à remarquer qu'elle est dès lors au point pour toutes les raies de ce spectre.

4** On vise les raies dont on cherche la longueur d'onde et l'on note les angles avec le plus grand soin.

La même opération est répétée à gauche, et l'on prend les moyennes des angles ainsi déterminés.

II pourrait sembler au lecteur que la mise au zéro soit inutile; elle n'a d'autre but que de s'assurer que le réseau esta la déviation minimum, car les angles doivent être égaux, à quelques secondes près, à droite et à gauche.

Faisons observer que cette double observation de 3 à droite et à gauche élimine l'erreur produite par le défaut possible de parallélisme des deux faces de la lame de verre.

M. Mascart a observé un fait curieux et très important : en avançant ou reculant l'oculaire pour voir avec plus de netteté les raies du spectre, il a constaté qu'il y a une certaine position de cet oculaire pour laquelle on a un spectre extrêmement pur sillonné de raies d'une admirable finesse. Il importe d'être prévenu de ce phénomène. Généralement, on est obligé de modifier le tirage quand on passe d'un spectre au symétrique.

Résultats.

La méthode décrite ci-dessus présente la plus grande analogie avec celle qui nous a donné les indices de réfraction.

Elle permet de mesurer les X avec une précision remarquable.

Quand le plein du réseau est égal au vide, le premier spectre a l'intensité maximum : dans ce cas, il y a avantage à observer ce spectre.

Nous avons déjà indiqué les longueurs d'onde correspondantes aux diverses raies du spectre ; ces valeurs peuvent être

(») roir notre Cours éUmentairey XXXI» Manipulation, p. 174.

considérées comme rigoureusemenl déterminées aujourd'hui. Voici les valeurs moyennes des deux raies D, d'après les meilleurs observateurs, en millionièmes de millimètre (M:

Fraunhofer 588,8

Van der Willingen 589,5

Ditscheiner 590,3

Ângstrom 589,3

Stefan 589, 3

Esselbacli 589, 1

Mascart 589,43

En opérant avec quatre réseaux différents, M. Mascart a trouvé les nombres suivants :

Il est peu de méthodes, en Physique, susceptibles d'une semblable rigueur : avec un goniomètre dont le limbe gradué ne mesure que i5o"" les élèves de notre laboratoire trouvent des chiffres compris entre 589 et 590.

Nous ferons observer aux jeunes physiciens que la raie A ne se voit point dans les spectres des réseaux, et que le^ raies B et H sont d'une observation difficile.

Signalons enfin à leur attention une propriété remarquable des réseaux; ils fournissent un spectre normal, dans lequel la séparation des radiations ne dépend absolument que d»^ leur longueur d'onde. La dispersion est, en effet, fonction de la longueur d'onde et de l'intervalle des traits du réseau : tous les spectres formés par les réseaux sont donc semblables entre eux. On sait qu'il n'en est point ainsi des spectres obtenus avec les prismes.

( * ) On exprime fréquemment les X en fonction du micron^ qui e«t le millionième du mètre, ou le millième du millimètre; on le représente par la lettre ':^- Ainsi Ton a

XD=o^589.