CHAPITRE PREMIER

Dispositif expérimental.

Tube à décharge. — Le tube à décharge utilisé a la forme d’un 0z0niseur classique. Il est constitué de deux cylindres concentriques en verre pyrex. L'une des extrémités du cylindre extérieur porte une

lame de quartz AB permettant l'observation du spec- ERA Re D a tre de la [uminescence dans

Eÿ l’ultra-violet. Le cylindre intérieur est terminé par une face plane en pyrex CD venant s'appuyer contre la lame de quartz (fig. 1).

A l'autre extrémité, les deux cylindres sont soudés l’un à l’autre. Le tube à décharge est relié par deux tubulures latérales à une canalisation permettant de remplir de gaz l’espace annulaire compris entre les deux cylindres. Les expériences ont été effectuées soit avec un tube de 4o cm.., soit avec un tube de 20 cm. de longueur. Pour les deux appareils, le diamètre extérieur est de 25 mm., le diamètre intérieur de 15 mm. et l’espace annulaire

Fig. 1. — Schéma du tube à décharge.

d'épaisseur 3 mm.

La face intérieure du cylindre de petit diamètre est métallisée sur les trois quarts de sa longueur, ainsi que la face externe du cylindre

de grand diamètre; j'ai utilisé soit une argenture obtenue par voie chimique, soit une peinture conductrice constituée par de la poudre de bronze en suspension dans un liant approprié. Ces deux couches métalliques forment les deux armatures d’un condensateur cylindrique et sont reliées au secondaire d’un transformateur permettant d'obtenir 25000 V. Le primaire du transformateur est branché sur le secteur alternatif 110 V., par l'intermédiaire d’un transformateur à prises multiples, ce qui permet de faire varier la tension aux bornes du tube dans de larges limites.

Purification de l’azote commercial. — Une première série d’expériences a été réalisée en utilisant l'azote dit pur de la Société « L'air liquide ». En réalité, ce gaz contenait encore de l'oxygène et les spectrogrammes montrent avec une grande intensité les bandes de l'oxyde azotique NO. Pour purifier le gaz, j'ai d’abord essayé de le faire passer lentement sur du cuivre chauffé ou sur du sodium fondu dans un tube métallique, mais un seul passage sur le métal chauffé étant tout à fait insuffisant pour absorber l'oxygène, j'ai été amené à faire réaliser par les soins des Anciens Etablissements Gallois et Cie (), un dispositif permettant une circulation lente du gaz sur des substances capables d’absorber les diverses impuretés.

Sur la canalisation qui alimente le tube à décharge, J'ai installé trois tubes cylindriques, remplis, le premier d’anhydride phosphorique, le suivant de copeaux de cuivre, et le troisième de potasse. Le tube à cuivre porte un enroulement de chauffage. Le cuivre a été au préalable oxydé à l'air, puis réduit à basse température dans un courant d'hydrogène. Dans ces conditions, l’oxygène est facilement absorbé à 3500 C. environ, sans que l’on puisse craindre une dissociation appréciable de l’oxyde formé. La canalisation comprend également deux « pièges » plongés dans de Pair liquide, ainsi que le dispositif assurant la circulation continue du gaz (voir fig. 2).

Ce dispositif est constitué par deux petits réservoirs de verre R, et R: à moitié remplis de mercure, reliés à la canalisation par les tubes #4, #2, {3 et {,. Les tubes f, et {; pénètrent dans les réservoirs R, et R:, ils sont recourbés de telle sorte que leur extrémité se trouve un peu au-dessous du niveau de mercure. Entre les deux réservoirs, se trouve un tube de verre T de 5 cm. de diamètre et 4o em. de longueur, entouré d’un enroulement de chauffage. Cet enroulement est relié à un interrupteur automatique à mercure formé de deux ampoules de verre A et B remplies d'hydrogène; chaque ampoule est soudée à un tube {comportant un « passage » conducteur; les tubes 4 contiennent du mercure et sont reliés entre eux par un troisième tube incliné {'. À la température ordinaire, le niveau du mercure se trouve

() 54, rue Villon, Lyon.

h JOSEPH JANIN

à 1 mm. environ au-dessus du raccordement entre le tube incliné et le tube { de l’ampoule A. Celle-ci est entourée de deux spires de fil (fortement calorifugées), reliées, d’une part, à l’enroulement disposé sur le tube T et, d'autre part, à la colonne mercurielle intérieure de l'interrupteur. rh

Si l’on fait passer le courant dans le circuit électrique ainsi constitué, l’azote contenu dans le tube T s’échauffe et se dilate; la surpression provoque, dans le réservoir R;, l'ascension de la colonne mercurielle dans le tube f; qui plonge dans le mercure; au contraire,

Azote Ÿ ; Ca 4 Pompe M Ste bu J RE Interrupteur automatique Tube à décharge Four ESS ee électrique | LE rot a) P; 05 Cu reduit KOH Fig. 2. — Schéma de l'installation servant à purifier l’azote commercial,

dans le réservoir R>:, des bulles d'azote provenant du tube f; se dégagent et passent ainsi du tube T dans la partie droite de la canalisation. En même temps, l'hydrogène de l'ampoule A de l’interrupteur se dilate également, et le retrait de la colonne de mercure dans le tube incliné provoque la coupure du courant dans le circuit. Le tube T se refroidit beaucoup plus rapidementque l’ampoule A de l'interrupteur, car il n’est pas calorifugé; le gaz qu'il contient se contracte, l’azote de la partie gauche de la canalisation passe dans le réservoir R, et dans le tube T, alors que le mercure s'élève dans le tube /,. Au bout de 5 minutes environ, l'hydrogène d l’ampoule A s'étant suffisamment refroidi, le contact électrique est à nouveau établi et le phénomène recommence. On réalise ainsi des débits de 300 à 400 cm°

à l’heure, débits suffisamment lents pour que l’azote séjourne longuement dans les tubes purificateurs.

On peutsuivre au spectrographe la marche de la purification en faisant des clichés à intervalles réguliers et l’on observe une diminution progressive de l’intensité des bandes du système B, puis du système y de NO. Au bout d’une trentaine d'heures, les bandes y n'apparaissent que très faiblement sur les spectrogrammes, même avec des poses de plusieurs heures.

L'installation comprend également un manomètre à air libre M. Le robinet r permet de faire complètement le vide dans le tube T, avant le remplissage d'azote. Un robinet R à voie double permet soit de faire le vide dans la canalisation en la reliant à une installation de pompage à deux étages comprenant, une pompe à huile destinée à réaliser un vide préliminaire et une pompe Holweck, soit de faire pénétrer de l’azote comprimé dans une bouteille, par l'intermédiaire d’un premier tube desséchant contenant de l’anhydride phosphorique.

Emploi d'azote pur. — Une deuxième série d'expériences a été réalisée en utilisant de l'azote pur préparé par décomposition ther-

Pompe à diffusion

. Fa.

: —} f \ | (De 22 à

Argon Azote pur Tube a < décharge N, Na Fig. 3. — Schéma de la canalisation à vide comprenant l'appareil

permettant d'obtenir l'azote pur.

mique de l’azothydrate de sodium N;Na. Le tube à décharge était alors soudé sur une canalisation à vide comprenant une pompe à diffusion. Deux « pièges » à air liquide disposés entre la trompe à mercure et le tube permettaient de condenser les vapeurs carbonées dégagées par les graisses des robinets ainsi quela vapeur de mercure

provenant de la pompe et des manomètres. Sur la canalisation, deux tubulures latérales étaient soudées; l’une était reliée au tube contenant l'azothydrate de sodium par l'intermédiaire d’un nouveau « piège » et d’un ballon de 2 litres constituant une réserve d’azote pur; la deuxième était reliée à un ballon conteuant de l’argon pur. Ce gaz, fourni par la Société des Anciens Etablissements Gallois et Cie, avait été purifié par passages répétés sur une série de tubes purificateurs; ces tubes contenaient successivement du calcium qui absorbait lébte, de l’oxyde de cuivre pour éliminer l'hydrogène, du cuivre destiné à fixer l'oxygène et finalement de la potasse etde l’anhydride phosphorique. La purification avait été poursuivie jusqu'à ce que les bandes de l'azote et de NO aient complètement disparu; mais le gaz contenait encore malheureusement quelques traces d'hydrogène.

La figure 3 représente le dispositif expérimental utilisé dans cette deuxième série d'expériences.

Dégazage du tube à décharge. — Un four électrique à résistance, entourant le tube à décharge, permettait de porter sa température à koo° C. environ; pendant cet étuvage, les pompes absorbaient de façon continue les gaz dégagés progressivement par les parois latérales du tube. Comme les argentures ne résistaient guère à un tel chauffage, j'ai été rapidement amené à les remplacer par des couches de peinture conductrice à base de poudre de bronze; ces couches peuvent d’ailleurs être renouvelées après chaque étuvage.

Spectrographes utilisés. — J'ai employé trois spectrographes, un instrument à optique de quartz pour l’ultra-violet et deux appareils à optique de verre pour le visible. Le premier est un spectrographe Schmidt et Haansch, pouvant être utilisé avec un ou deux prismes de Cornu, de 4 cm. de côté. Les clichés servant aux mesures de longueur d'onde ont toujours été obtenus avec les deux prismes. Les objectifs sont des lentilles de quartz ayant une longueur focale de 65 cm. pour 3 000 À et un diamètre d'ouverture de5em. L' appareïl est donc ouvert à //15 environ. La définition des raies est excellente; malheureusement la courbure du champ est telle que seule une faible région spectrale est nette sur la plaque; la dispersion linéaire sur les clichés atteint 8 À par millimètre vers 2700 À.

Dans le spectre visible, j'ai employé en premier lieu un spectrographe comprenant deux prismes de flint; les objectifs ont une longueur focale de 47 cm. et un diamètre d'ouverture de 10 em. L appareil, ouvert à //5, permet d° obtenir, sur les clichés, une dispersion linéaire égale à 25 À par millimètre dans le violet. Je l'ai remplacé ensuite par un autre appareil à deux prismes, donnant sensiblement la même dispersion, mais dont l'ouverture était seulement f/10.

L'image de la source était projetée sur la fente; comme cette image a la forme d’un mince anneau lumineux, on s’arrangeait pour que la fente soit placée à peu près tangentiellement au bord intérieur de l'anneau. Le spectre de comparaison était obtenu à l’aide d’un arc au cuivre ou d'une lampe à vapeur de mercure. On prenait la précaution de régler la direction du faisceau lumineux pénétrant dansle collimateur de manière à obtenir sur la face antérieure du prisme une tache lumineuse présentant toujours le même aspect, selon qu'on utilisait le tube à décharge ou la source de comparaison. On évite ainsi tout décalage systématique entre le spectre de l’azote et le spectre de référence. Les raies du mercure qui sont émises par le tube à décharge lorsqu'on ne prend pas de précautions spéciales peuvent également servir de repères. -

Mesures spectroscopiques et spectrophotométriques. — Les spectrogrammes destinés aux mesures de longueurs d'onde ont été étudiés à l’aide d’un comparateur permettant d'apprécier un déplacement de 2 microns. Des formules d’interpolation hyperbolique ont été établies en vue de calculer les lougueurs d’onde des raies observées.

Lorsque les clichés sont utilisés pour des mesures photométriques (variation de l'intensité d’une raie ou d’une bande en fonction de la pression ou de l'intensité du courant, par exemple), il est nécessaire de photographier sur la même plaque des spectres auxiliaires permettant un étalonnage. Ceux-ci ontété fournis soit par une lampe à filament de tungstène, soit par une lampe à vapeur de mercure fonctionnant sous un régime contrôlé ; un dispositif potentiométrique permet d'établir entre ses bornes une tension bien constante. On réduit l’intensité lumineuse de la source au moyen d’écrans absorbants (lames de quartz recouvertes d’une mince couche de platine par pulvérisation cathodique). Les densités de chaque écran ont été déterminées à l’aide d’un dispositif photoélectrique par Dejardin et Cavassilas (4); malheureusement leurs mesures ne s'étendent dans l’ultra-violet que jusqu’à 2950 À. Or la densité varie très sensiblement avec la longueur d’onde suivant une loi presque linéaire jusque vers 3 700 À, mais cette variation devient plus rapide entre 8 700 et 2 900 À. Le tableau permet de se rendre compte de ce fait.

TaBLeau Î

Longueur d'onde 7 000 6 000 5 000 4 000 3 500 3 000

Densité Ecran n° 2 0,293 0,308 0,324 0,338 0,353 0,376

Ayant également à faire des mesures photométriques sur des bandes

de longueurs d'onde comprises entre 2(00 et 2 950 À, il me fallait disposer d’un procédé de gradation des plaques dans ce domaine spectral, J'ai d’abord extrapolé la courbe donnant la densité des écrans en fonction de la longueur d'onde; mais ce procédé ne pouvant donner que des résultats incertains, j’ai déterminé le coefficient de Schwarzschild des plaques utilisées dans la région comprise entre 3 500 et 2900 À; comme ce coefficient a une valeur sensiblement constante dans toute cette région j'ai utilisé la valeur ainsi obtenue pour les mesures d'intensité des bandes de plus courte longueur d'onde. Pour les plaques Guilleminot Super Fulgur, la valeur moyenne du coefficient de Schwarzschild est p — 0,92. En fait, les résultats obtenus à l’aide des écrans absorbants, dont j'avais déterminé par extrapolation les densités, sont très voisins de ceux que J'ai obtenus en employant la variation du temps de pose comme procédé de gradation.

Les clichés ont été étudiés à l’aide du microphotomètre de Chalonge (5). Les spectres auxiliaires permettaient de déterminer les courbes de noircissement de la plaque pour différentes longueurs d'onde. Lorsqu'on désire simplement étudier la variation de l'intensité d’une raie ou d’une bande en fonction des conditions d’excitation, ou bien lorsqu'on veut comparer l'intensité des composantes de rotation d’une même bande, il s’agit d’un problème de photométrie homochrome, et les courbes de noircissement permettent de le résoudre directement. Lorsqu'on veut au contraire comparer les inteusités de deux raies ou bandes de longueurs d’onde assez différentes, on est conduit à donner aux différentes courbes de noircissement une échelle commune d'intensité, car il faut tenir compte de la variation de la sensibilité de la plaque photographique ainsi que de la variation du facteur de transmission de l'appareil dispersif avec la longueur d'onde. Il est alors nécessaire d'utiliser comme source étalon une source donnant un spectre continu dont la courbe de répartition spectrale de l'énergie soit connue; c’est le cas d’un tube à hydrogène pour la région ultraviolette du spectre. On a naturellement soin de tenir compte de la dispersion des spectrographes et par suite de multiplier les intensités mesurées par un facteur de réduction facile à calculer.

Lorsqu'il s'agit de déterminer l’intensité d’une bande, il ne suffit pas en principe de mesurer l'intensité de la tête; mais il faudrait tenir compte des intensités de toutes les composantes de rotation. Il est possible de calculer par intégration cette intensité totale, lorsque la dispersion est suffisante pour séparer ces composantes Quand, au contraire, la bande est trop faible ou la dispersion trop réduite, on ne peut pratiquement déterminer que l'intensité de l’arête, et c’esi elle

que J'ai toujours utilisée comme mesure de l'intensité de la bande. Des mesures faites sur les bandes À — 2 603 À et à — 2 761 À du système de Vegard-Kaplan m'ont permis de m’assurer que les erreurs commises en comparant les intensités de deux arètes au lieu des intensités totales ne sont pas supérieures à 5 o/o et, par suite, n’altèreut pas sensiblement les résultats des observations.

Il faut encore signaler que l’on est parfois obligé de tenir compte du fond continu sur lequel se détache la raie ads lorsque celui-ci n'est pas très faible. J’ai alors retranché de l'intensité totale celle d'une bande de fond contiou ayant pour largeur la largeur de la raie; cette méthode est celle qui a été proposée par Harrison (6).