OPÉRATOIRE

Pour faire des observations spectroscopiques, la première condition à remplir est d'avoir un prisme. A la rigueur, il suffirait de regarder au travers de cet instrument une petite quantité de matière colorante placée dans un tube mince et bien éclairé, pour distinguer les raies d'absorption qu'elle est susceptible de donner. Il faut avouer toutefois que ce procédé d'observation serait singulièrement primitif, et qu'il risquerait de se trouver souvent en défaut; il est donc nécessaire d'avoir recours à des appareils plus parfaits.

Ces appareils ont été désignés sous le nom de spectroscopes ou spectromètres . Leur forme a été variée à Tinfini ; mais les parties essentielles restent toujours les mêmes, et Ton peut dire en général que tout spectroscope se compose des pièces suivantes :

l® Mn prisme, qui est habituellement enflint-glass bien pur. On a souvent employé aussi des auges prismatiques de verre creux, fermées par des glaces à faces parallèles, et

remplies de sulfure de carbone. On obtient ainsi des prismes bien homogènes et très-dispersifs ; mais il faut avoir soin d'éviter les inégalités de température dans la masse liquide.

2® Un collimateur, c'est-à-dire un tube qui porte à l'une de ses extrémités une lentille convergente, et à l'autre extrémité, au foyer principal de cette lentille, une fente à bords parallèles, dont une vis dç rappel permet de rapprocher ou d'écarter les lèvres à volonté. La fente, étant éclairée, donne un faisceau divergent de rayons qui traversent la lentille, en sortent parallèles à Taxe, et sont ensuite reçus sur le prisme, où ils se réfractent et se dispersent.

3® Une lunette à fort grossissement, munie d'un réticule, au moyen de laquelle on vise le spectre à son émergence du prisme.

4® Enfin, un micromètre^ c'est-à-dire une plaque de verre noircie sur laquelle est gravée une fine graduation transparente, et qui est portée à l'extrémité d'un tube muni aussi d'une lentille. Ce micromètre étant placé vis-à-vis la face d'émergence du prisme et éclairé par une bougie, son image vient se réfléchir sur cette face et est rejetée vers la lunette, dans laquelle elle se superpose au spectre, et où Ton peut lire ses divisions amplifiées. L'appareil une fois réglé, le collimateur et le micromètre restent tous les deux absolument fixes. Il en résulte que la position des rayons réfléchis venus du second, par rapport aux rayons réfractés venus du premier, ne change plus. En d'autres termes, une radiation d'une réfrangibilité déterminée correspond toujours à une même division de l'échelle. Le micromètre permet

par conséquent de comparer entre eux, avec précision, des spectres que Ton observe successivement.

Tel est l'ensemble du spectroscope. Je n*ai pas à insister ici sur les différentes modifications qu'on lui a fait subir depuis le jour où Frauenhofer le créa, en ayant pour la première fois F idée de regarder un spectre avec une lunette. Ces modifications ont deux buts différents : tantôt on a voulu accroître la puissance de Tinstrument; on a multiplié les prismes, on a augmenté le champ des lunettes et leur pouvoir grossissant; et, comme conséquence, on est arrivé à construire des appareils trèsparfaits, mais de dimensions énormes et d'un maniement difl&cile. C'est dans un spectroscope de ce genre, formé de neuf prismes creux, remplis de sulfure de carbone, que M. Gooke a vu la raie jaune du sodium se résoudre en plus de soixante traits brillants extrêmement purs et parfaitement distincts. D'autres, au contraire, se sont efforcés, tout en conservant au spectroscope une puissance suflBsante, d'en faire un instrument moins embarrassant, plus portatif et d'un usage plus commode. M. Dubosq a heureusement résolu ce problème, et, par une ingénieuse disposition des différentes pièces de l'appareil, il en a presque fait un spectroscope de poche. Dans ses recherches sur les diverses matières colorantes, Valentin s'est aussi servi le plus souvent d'un spectroscope simplifié * . Une simple boite cylindrique, contenant un prisme creux rempli de sulfure de carbone et mobile sur son axe, munie

* Valentin; Der Gebrauch des Speciroskopes zu physiologischen und àrztlichen Zwecken, 1863, pag. 22.

de deux prolongements, l'un portant un micromètre, l'autre jouant le rôle de collimateur, et enfin percée d'une ouverture latérale à laquelle on applique TœQ, tel est son appareil. On voit que la lunette y est supprimée et que le spectre est reçu directement, en même temps que Timage du micromètre, dans Tœil de Tobservateur. Le tout est supporté latéralement et peut monter ou descendre le long d'un pied métallique , à la manière des anciennes lampes à niveau.

La réfraction n'étant pas proportionnelle à la dispersion, on comprend qu'on puisse , par une combinaison convenable de plusieurs milieux de pouvoirs dispersifs et réfringents difierents, faire disparaître à.volonté Tune des deux, tout en conservant l'autre. Les lentilles achromatiques sont une application de ce principe. Le prisme à vision directe est l'application inverse. Sans entrer dans des détails inutiles, je dirai seulement qu'il se compose de plusieurs (trois ou cinq) prismes de ilinl et de crown accolés, et taillés de telle manière qu'un fttisceau lumineux qui les traverse en sort dispersé et non dévié. Ce prisme a été particulièreraont employé pour les observations astronomiques, maison Ta aussi utilisé récemment dans la construction d'appareils nouveaux, désignés sous le nom de micro-spectroscopes, Huggins en a proposé unmodèle ; mais c'est surtout Sorby qui, voulant faire de l'observation des spectres d'absorption une véritable méthode d'analyse, s'est attaché à en perfectionner l'instrument*? A un grand

* Voyez Quaierîy Journal of science, avril 1865, II, 198, el Popuiar cience Review. V, 66.

microscope binoculaire ordinaire, il adapte un objectif qui donne une image réelle de Tobjel à une distance déterminée. En ce point est une fente, semblable à celle du specti'oscope, qui ne laisse passer que les rayons émanés d'une portion de cette image. Ces rayons tombent ensuite sur un prisme à vision directe, qui les disperse et donne un spectre que Ton examine à travers un oculaire amplifiant. Enfin, l'appareil de Sorby porte un micromètre particulier, fondé sur le principe des interférences, et formé de deux niçois et d'une lame de quartz interposée ' .

En faisant passer Tune après l'autre sous l'objectif les difierentes parties du corps soumises à l'observation , on peut analyser successivement la lumière que chacune d'elles envoie à la fente. On comprend de quelle utilité peut être un pareil instrument, lorsqu'on n'a à sa disposition que des quantités très- petites de matière ^

^ Sorby; Proceed., loc. cit.

* «On pourrait encore étendre l'analyse spectrale à la microscopie, en employant la disposition suivante, fondée sur les phénomènes de coloration quedonnentles réseaux do ^ohertÇPogg. ^nn., LXXXV). Lorsqu'on place sur le porte-objet d'un microscope une lame de verre présentant un petit nombre de traits parallèles équidistants et très -rapprochés, çt qu'on l'éclairé au moyen du miroir sous un angle convenable, on voit, lorsqu'on emploie un faible grossissement (25 fois environ), apparaître dans le champ du microscope une bande lumineuse dont la coloration dépend de l'intervalle compris entre deux traits consécutifs du réseau. Si cette distance est de 0,016 de pouce, la lumière est rouge; si elle est de 0,0009 de pouce, elle est violette; pour des intervalles intermédiaires, on obtient les autres couleurs. Or, si, en conservant les dispositions indiquées par Nobert ,on remplace le réseau à lignes parallèles par une série de lignes obliques de 2™™ environ de longueur, concourant vers un môme point, équidistantes, et telles qu'à une extrémité l'intervalle de deux lignes consécutives soit de 0,0016 de pouce et à l'autre de 0,0009 de pouce, il est évident qu'un pareil réseau devra donner de la lumière

C'est de ce microscope binoculaire spectroscopique que Bird Herapath s'est servi pour étudier les spectres d'absorption du sang*. C'est encore avec le même appareil que tout récemment M. Grookes, examinant la lumière qui a traversé les opales, a vu les spectres de ces pierres sillonnés de raies noires très-curieuses^. Je ne sache pas que le micro-spectroscope ait jamais été construit hors de l'Angleterre.

L'appareil qui a servi à mes propres observations est un grand spectroscope deDubosq, qui appartient au cabinet de physique de laSorbonne. Sur un pied massif, muni devis calantes, est supporté un grand plateau métallique, dont la circonférence est divisée en degrés et demi-degrés. Le coUima^^eur, la lunette et le micromètre peuvent tourner autour de cette circonférence et y prendre toutes les positions. Us sont de plus mobiles chacun sur un axe particuUer, qui permet de leur donner toutes les orientations possibles. Tous ces mouvements sont gouvernés par des

rouge à l'une de ses extrémités, de la lumière violette à l'autre, et eutre celles-ci les diverses colorations du spectre. On observerait donc une bande lumineuse dans laquelle les couleurs se succéderaient dans le même ordre que dans le spectre ordinaire. En plaçant sur la lame divisée une substance absorbante, une goutte de sang, par exemple, le spectre deviendrait évidemment discontinu et présenterait les bandes d'absorption qui Caractérisent ce liquide. Cet appareil permettrait donc d'étudier les spectres d'absorption de corps dont les dimensions pourraient être inférieures à 0,1 de millimètre. Il aurait en outre l'avantage de n'ajouter aux accessoires ordinaires du microscope qu'une pièce de petit volume, et de ne pas changer les conditions ordinaires d'observation. » (Diacon; Décomposition de la lumière provenant de diverses sources; analyse spectrale, 1867.)

* Chemical NewSj mars 1868, XVII, 113. — Comparez; Moniteur scientifique du D' Quesneville, l*' mai 1868, X. livr. 273«.

■î Cosmos, 24 juillet 1869.

vis de rappel, et se mesurent à l'aide de verniers. La partie centrale du plateau porte six prismes de flint-glass, mobiles chacun sur un axe vertical , et l'appareil peut se régler à volonté pour un, deux, trois... prismes. Après un certain nombre d'essais, je me suis décidé à n'en employer qu'un seul. Une dispersion trop grande rend les limites des bandes d'absorption indécises, et ôte au phénomène une partie de sa netteté. D'ailleurs, quelque transparents que puissent être les prismes, ils interceptent nécessairement une fraction de la lumière qui les traverse, et les réflexions multiples qu'elle a à subir sur un nombre si considérable de surfaces ajoute à la cause précédente une cause nouvelle de déperdition. Il en résulte que le spectre devient moins lumineux, et que, par conséquent, les contrastes entre les parties ombréus et les parties claires se font moins vivement sentir. On pourrait, il est vrai, remédier à cet inconvénient en augmentant l'intensité de la source.

Le collimateur et le micromètre étant placés dans des directions convenables, le prisme tourné au minimum de déviation, la fente convenablement serrée , et le tirage de la lunette mis au point pour ma vue; — en un mot, l'appareil étant réglé, — je pouvais distinguer très-nettement les raies du spectre solaire, dont les principales correspondaient aux divisions suivantes de mon échelle :

Je dois faire remarquer ici que rien n'est plus variable

que les échelles dont se sont servis les différents observateurs. Mais, grâce à la précaution qu'ils ont toujours prise d'indiquer, comme ci-dessus, la position des raies de Frauenhofer sur leurs divisions, il est, sinon toujours trèsfacile, du moins possible d'établir la correspondance de deux échelles quelconques, et par conséquent de compa^ rer des spectres de dispersions très-diverses et observés dans des instruments diiBférents.

Un faisceau lumineux étant dirigé sur la fente du collimateur, il suflBt de placer devant cette fente la matière à étudier, pour voir se produire immédiatement le spectre d'absorption. Cette matière étant en général liquide, il faut la mettre dans un récipient transparent. On s'est servi pour cela de tubes de cristal, ou de petites cuves parallèles. Ces derrières sont de beaucoup préférables. Le modèle suivant est très-commode.

Une glace à faces parallèles, rodée de part en part dans sa partie centrale, se trouve pressée entre deux autres glaces minces, par une double monture en cuivre, percée de même d'un trou central et serrée au moyen de quatre vis de pression. L'ensemble de ces différentes parties forme une petite cavité cylindrique, fermée par deux parois transparentes et parallèles. On peut donner à la glace centrale des épaisseurs variées, 2'"°*, 5°*", 10"^, 20°*"...., et il suffit de desserrer les vis pour remplacer Tune de ces formes par une ou plusieurs autres, et par conséquent pour obtenir des récipients d'épaisseurs diverses. Un petit trou fermé par un bouchon à Témeri permet de remplir et de vider facilement la cavité centrale au moyen d'une pipette à pointe fine.

L'expérience une fois préparée, il reste à déterminer de quelle lumière on doit se servir. Si Ton a bien compris ce que j'ai dit plus haut sur l'absorption*, on doit voir que le choix de la source lumineuse n'est pas indifférent, et peut influencer d'une manière notable les résultats à obtenir.

Je commence par exclure la lumière directe du soleil. Elle donne en effet dans la lunette une image tellement éblouissante qu'il est à peu près impossible de la supporter. Ce n'est, en tout cas, que dans des circonstances exceptionnelles qu'on pourrait l'employer.

La lumière solaire diffusée par les nuées fournit un spectre excellent, très-net, coupé par les raies, qu'on ne peut confondre avec les bandes d'absorption des liquides interposés ; mais son éclat est h^ituellement peu constant. S'il n'y a pas de nuages au ciel, on peut, au. moyen d'un héliostat, projeter un faisceau de rayons solaires sur un écran de papier blanc, et prendre l'écran ainsi illuminé pour source lumineuse. Quant au rayonnement bleu atmosphérique, les jours où le ciel est pur, il donne un spectre très-pâle et insufl&sant.

La lumière Drummond est blanche et trés-éclatante, mais elle exige tout un outillage spécial et est d'un usage peu pratique.

Enfin, une lampe à gaz ou une lampe à huile ordinaire donne un spectre continu, dû aux particules incandescentes de charbon que sa flamme contient, très-constant, trèsriche en radiations peu réfrangibles, mais pauvre au contraire en rayons bleus et violets. Il en résulte qu'une

I Voir la note page 32 .

même substance paraîtra, avec la lumière du gaz, plus opaque pour Textrémité la plus déviée du spectre, que si Ton employait la lumière diffuse du soleil ; il en résulte aussi que les phénomènes d'absorption se verront plus nettement et s'étudieront mieux, dans le rouge avec la lumière d'une lampe, dans le violet avec la lumière du jour*. La lumière artificielle présente sur toutes les autres cet avantage qu'on peut se la procurer sans difl&culté à un moment quelconque. Cette considération la fera préférer le plus souvent, et avec d'autant moins d'inconvénients que, dans le plus grand nombre de cas, les bandes caractéristiques appartiennent à la partie du spectre la moins réfrangible.

Tous ceux qui ont regardé des spectres d'absorption ont pu remarquer la diflîculté que présente quelquefois l'appréciation de certaines ombres. En effet, s'il existe des bandes ou raies bien nettes, à bord tranchés, se détachant vigoureusement sur le fond lumineux qui les entoure, il y a aussi des absorptions plus ou moins étendues qui vont en se dégradant peu à peu, et passent, par une série de transitions insensibles, de la complète lumière à la complète obscurité. Les limites de ces ombres sont quelquefois très-difficiles à déterminer.

On diminue cette difficulté d'une manière très-sensible

^ Pour se faire une idée des modifications que des sources lumineuses différentes peuvent apporter dans les phénomènes de l'absorption, il suffît d'examiner une dissolution de sulfate de chrome par transparence. A la lumière solaire , cette dissolution est verte ; à la lampe , elle prend une couleur rouge violacée. L'interprétation de ce fait et d'autres du môme ordre se déduit aisément de la formule de l'absorption établie plus haut.

en comparant constamment le spectre d'absorption au spectre normal. Il y a deux manières d'atteindre ce résultat. D'abord, tous les collimateurs portent, à la partie supérieure de la fente, un petit prisme à réflexion totale, qui renvoie dans Tappareil les rayons émis par une source placée latéralement. La lunette vise alors deux spectres à la fois : le spectre normal provenant de la lumière émise par la source latérale et réfléchie par le petit prisme, et le spectre d'absorption provenant de la lumière directe qui a traversé le milieu transparent placé devant la fente.

On peut, en second lieu, se contenter de remplir seulement à moitié la petite cuve du liquide soumis à Texpérience. La partie inférieure du faisceau lumineux traverse le milieu coloré et donne le spectre d'absorption; la partie supérieure, passant au-dessus du niveau du liquide, ne traverse que les glaces parallèles et donne le spectre normal. On a donc encore les deux spectres superposés comme tout à l'heure. xMais, comme la lunette est astronomique et donne des images renversées, on voit, dans le second cas aussi bien que dans le premier, le spectre d'absorption en haut, et l'autre en bas. La comparaison des parties correspondantes des deux spectres permet une appréciation plus juste de la valeur des ombres. Une grande ligne noire, horizontale, indiquant le niveau du liquide, et produite par la déformation que lui fait subir l'attraction capillaire , sépare nettement les deux images l'une de l'autre.

Enfin, une précaution essentielle à prendre, consiste à

éviter avec soin l'arrivée de toute lumière latérale dans

le spectroscope. Une sorte de grand chapeau circulaire , noirci en dedans et percé de trois ouvertures correspondant au collimateur, à la lunette et au micromètre, recouvre les prismes. Mais cela ne suffit pas, et il est nécessaire d'envelopper tout l'appareil de pièces d'étoffe de couleur noire. Il est même préférable de faire les observations dans r obscurité.