PAR LA CHALEUR

La liste des corps phosphorescents par la chaleur est fort longue, bien que dans les traités de minéralogie il en soit seulement cité un petit nombre : la fluorine, le spath fluor, la topaze, diverses variétés de phosphate de chaux, la leucophane, le diamant, notamment.

A ces divers corps il faut en ajouter un très grand nombre. Parmi ceux que j'ai examinés, je citerai surtout : Témeraude de Sibérie et celle de Bogota, Taméthyste d'Auvergne (et non celle de Madagascar), la chlorospinelle, Vopale, la cryolite, la schéellte,

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la wagnérite, la phénakite, la pétalite, le castor, le pollux, la colemanite, le talc, la baryte, etc.

La plupart de ces composés ont été formés par voie aqueuse. Les corps très phosphorescents à la lumière, c'est-à-dire les sulfures alcalino-terreux, n'acquièrent au contraire la propriété de devenir phosphorescents qu'après avoir été soumis pendant leur fabrication à une haute température.

Plusieurs des corps phosphorescents par la chaleur, notamment l'opale d'Australie, la leucophane, Tapatite d'Ëstramadure, et la presque totalité des diverses variétés de fluorine, deviennent également phosphorescents par exposition à la lamière; mais leur phosphorescence étant dans ce cas très faible, on ne la perçoit qu'après un séjour d'un quart d'heure dans Tobscurité.

Les précédents corps possédant des propriétés identiques et ne différant entre eux que par l'intensité de leur phosphorescence, sa durée et la température à laquelle elle se manifeste, je me bornerai à étudier quelques-uns de ceux présentant la plus vive phosphorescence : l'apatite d'Ëstramadure et la fluorine verte, notamment.

L'apatite d'Ëstramadure, qu'on se procure facilement en grande quantité est le corps dont la phosphorescence se manifeste à la température la plus basse. Réduite en poudre et mise dans un tube placé ensuite dans un bain de sable ou dans de l'eau chaufi'ée lentement dans l'obscurité, elle commence à briller faiblement à 51 degrés. Chauffée à 200 degrés, elle acquiert une phosphorescence brillante qui se prolonge pendant environ une heure, à la condition,. bien entendu, de ne pas dépasser cette température. Quand on la chauffe au rouge son éclat devient beaucoup plus vif encore, mais se dissipe en moins d'une minute.

Les nombreuses variétés de fluorine se comportent

246 l'âvolutiôn dbs forces

à peu près comme l*apatîte, mais sont toujours moins lumineuses.

La température à laquelle les fluorines deviennent phosphorescentes varie beaucoupavec les échantillons. J'en ai examiné une trentaine, d*origines difTérentes, et constaté que la plupart brillent avant 200 degrés. Les variétés s'illuminant à la plus basse température sont celles de Morgen (Saône-et-Loire), des Pyrénées* et de Schwarzenbergen (Saxe). Elles commencent à briller vers 62 degrés.

On a écrit que les fluorines transparentes ne donnaient pas de phosphorescence par la chaleur. Cette assertion erronée ne peut tenir qu'à i'imperfectiOD de la méthode d'observation. Toutes les fluorines examinées, y compris celles incolores et transparentes comme du verre qui servent à fabriquer des prismes et des lentilles, sont phosphorescentes par la chaleur. Je n'ai d'ailleurs trouvé qu'un seul échantillon de fluorine non phosphorescente par la chaleur, la variété cubique jaunâtre en petits cristaux d'Herblay*

Les fluorines sont légèrement phosphorescentes par la lumière, sauf la variété jaune qui vient d'être mentionnée et une fluorine cristallisée verte de Durham (Angleterre).

Lorsqu'après expulsion par la chaleur de toute leur phosphorescence les corps précédents sont exposés au soleil et chauffés de nouveau, ils brillent encore» mais beaucoup moins que la première fois.

La propriété de plusieurs corps tels que la fluorine^ d'être à la fois phosphorescents par la chaleur et ia lumière, a été l'origine d'une erreur qui traîne depuis un siècle dans tous les traités de minéralogie et que les divers auteurs, y compris Edmond Becquerel, ont répétée sans s'être jamais donné la peine d'en vérifler les fondements. Suivant eux, certaines variétés de fluorine verte désignées sous le nom de

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chlorophane brilleraient indéflDiment dans robscuritè à la température de BO degrés, c'est-à-dire pendant presque tout Tété dans nos climats et éternellement dans les pays chauds. Voici comment s'exprime à ce* sujet Beudant [Minéralogie^ 2* édition, t. P% p. 203) : « Il y a des variétés qu'on a désignées sous le nom ff de chlorophane dont quelques-unes sont phospho- « rescentes à la température moyenne de notre cli> « mat, en sorte qu'elle^ brillent constamment dans- « l'obscurité; d'autres n'ont besoin que de la tempe- « rature de la main... »

Le plus récent et le plus important des traités deminéralogie allemands, celui de Naumann et Zirkel,. s'exprime d'une façon analogue :

« Beaucoup de topazes, de diamants, de fluorines, (( deviennent phosphorescents à la température de u la main... La fluorine verte (chlorophane) reste « souvent brillante pendant des semaines après avoir « été insolée. »

Bien que le fait énoncé par les minéralogiste^ fût théoriquement peu vraisemblable, j'ai tenu, en raison de ses conséquences, à le vérifier. J'ai donc examiné d'innombrables échantillons de la variété de fluorine, dite chlorophane, venus des plus importants comptoirs minéralogiques de l'Europe. Aucun n'a brillé ni à. 30 degrés ni à la température de la main.

Il devait évidemment en être ainsi. Supposons, en effet, qu'ils aient pu briller de 30 à 37 degrés. Ayant été bien des fois exposés à celte température depuis leur formation géologique, ils auraient perdu depuis^ longtemps leur provision de phosphorescence, A moins de les faire rentrer dans la catégorie de& corps radio-actifs spontanément et perpétuellement phosphorescents.

Après avoir constaté que le fait énoncé par de» physiciens comme E. Becquerel, et des minéralogistes comme Beudant était inexact, il fallait déterminer les-

causes de leur méprise. Son explication est très simple. «

Les fluorines en question acquièrent par insolation une phosphorescence très faible et qu'un œil non reposé ne voit pas dans l'obscurité. Si on les chauffe légèrement ensuite en les tenant dans la main, il arrive, comme pour tous les corps phosphorescents, que leur luminosité rendue plus vive se perçoit alors aisément et l'observateur çn conclut que c'est la chaleur de la main qui est l'origine de la phosphorescence.

Pour s'assurer qu'il n'en est rien, on laisse le même échantillon 48 heures dans l'obscurité. Le mettant alors de nouveau dans le creux de la main on constate qu'il ne brille plus du tout. Si on l'expose alors à la lumière et le remet ensuite dans la main, il brillera aussitôt. L'exposition à la lumière était donc Torigine du phénomène.

L'erreur, reproduite si fidèlement, dans les traités de minéralogie, tenait donc simplement à ce que les opérateurs avaient laissé leur fluorine exposée à la lumière avant de la placer dans la main. Loin de pouvoir briller tout Tété, la fluorine ne* conserve pas cette propriété après Finsolation plus longtemps que les corps phosphorescents ordinaires, c'est-à-dire quelques heures.

Quelle est l'origine de la phosphorescence de certains corps sous l'influence delà chaleur? Les sulfures phosphorescents peuvent conserver indéflniment une partie de l'énergie emmagasinée après leur exposition à la lumière. Ne pourrait-on pas dès lors supposer que la phosphorescence émise sous l'influence de la chaleur est due à ce que les corps qui la manifestent furent souvent manipulés à la lumière avant d'arriver dans les mains de l'observateur? Leur phosphorescence serait alors d'origine récente et analogue à celle conservée pendant des années, par les sulfures.

après leur insolation, et qu'on peut faire apparaître en les chauffant.

Afin de résoudre cette question, il fallait observer des corps n'ayant pas vu la lumière depuis leur formation géologique.

Pour y arriver, il suffisait de briser dans l'obscurité absolue de gros blocs de substances faciles à se procurer en grande masse, tels que l'apatite et la fluorine, d'extraire des fragments du centre de ces blocs et de les soumettre à l'influence de la chaleur. Ces fragments brillaient aussi vivement que ceux pris à la surface des blocs. Leur phosphorescence par la chaleur n'était donc pas due à un résidu provenant de l'action récente de la lumière.

En étudiant les causes de la phosphorescence, nous verrons que la lumière manifestée par les corps sous l'influence de la température est le résultatde réactions chimiques dont la chaleur provoque la formalion. Pour les corps phosphorescents par la lumière à la température ordinaire, ces combinaisons se refont facilement après avoir été défaites, c'est pourquoi on leur rend toute leur phosphorescence en les exposant de nouveau à la lumière quand ils. sont devenus obscurs. Pour les corps ne devenant phosphorescents qu'à une température plus ou moins élevée et qui ne reprennent que très faiblement l'aptitude à une phosphorescence nouvelle par la chaleur après insolation, il est probable que les combinaisons détruites par la température ne se refont que très incomplètement par la lumière. Nous verrons cependant qu'elles peuvent se régénérer entièrement sous l'influence de l'électricité et qu'on peut rendre aux corps qui l'avaient perdue la propriété de briller de nouveau sous l'influence de la chaleur aussi vivement que la première fois qu'ils ont été chauffés.

L'aptitude des corps à redevenir phosphorescents à la lumière après avoir été chauffés ne se perd d'ail-

250 l*£yoliitioh du pobcbs

lears que Irès'difBcilement. Toas ceux sur lesquels j*ai expérimenté, fluorine, leucophane, apatite, etc.^ ont dû être calcinée au rouge pendant 15 heuresavant de la perdre. Dix heures de calcination étaient insuffisantes.

Comment agit une température prolongée ? Pourquoi ôte-t-elle à un corps son aptitude à donner de lu phosphorescence?

La première idée venant à l'esprit est que la calcination détruit certaines substances étrangère» nécessaires à la phosphorescence.

Cette hypothèse semble d'abord justiflée par lechangement d'aspect qu'éprouve un petit nombre de corps soumis à cette calcination. L'améthyste violette calcinée se décolore entièrement et devient aussi transparente que du verre. Elle a évidemment perdu alors quelque chose produisant la phosphorescence puisqu'on ne peut plus la lui rendre ensuite par l'action de la lumière ou de la chaleur.

Ce qui est vrai pour l'améthyste, et peut-être aussi pour d'autres corps, cesse entièrement de l'être pour la grande majorité des substances phosphorescentes. En les calcinant pendant 15 heures, nous avons détruit leur propriété de redevenir phosphorescents par la chaleur après insolation. Mais en opérant ainsi, nous n'avons éliminé aucun élément étranger. Nous avons simplement détruit l'aptitude des corps en présence à se combiner chimiquement. La preuve en est fournie parce fait qu'au moyen d'un traitement convenable, on peut rendre aux corps calcinés l'aptitude à devenir aussi phosphorescents par la chaleur, qu'ils l'étaient avant la calcination.

Pour rendre à un corps calciné son aptitude à la. phosphorescence il sufflt de le faire traverser pendant quelque temps par des étincelles électriques.

Celte propriété de l'étincelle électrique avait été

LA PB0SPROBB8CBNCB PAR |«A CHALEUR 251

«oinmairemeiit constatée dès les premières années du dernier siècle. Cependant comme on ne connaissait pas alors la bobine' dinduction, il nous a semblé utile de reprendre l'étude du phénomène.

Les corps soumis à TinSuence de l'étincelle d'induction étaient placés dans un tube de verre fermé à ses deux extrémités par des bouchons de liège, au traders desquels passaient deux tiges de cuivre, en relation avec une forte bobine. En rapprochant ou éloignant ces tiges, on avait à volonté des étincelles de 1 à 15 centimètres.

La longueur de Tétincelle a une action manifeste. Si Ton électrise par exemple du carbonate de chaux avec une étincelle de 2 centimètres, il brille très faiblement à 200 degrés et très vivement au contraire & cette température si Tétincelle est de 15 centimètres.

La durée de l'électrisation a aussi une influence notable. Si Ton électrise 5 secondes seulement du verre pilé, il brille faiblement à 200 degrés et vivement au contraire à cette température si l'action de rétincelle se prolonge 5 minutes.

D'une façon générale, l'électricité rend seulement plus vive la phosphorescence qui, sans son influence, aurait été très faible ; mais elle ne la communique Jamais à des corps n'en possédant aucune trace. Elle abaisse, en outre, le degré auquel ils commencent à briller par la chaleur. Des diamants du Gap, à peine phosphorescents à 200 degrés, brillent à cette température après le passage de l'électricité. Du Spath de Bologne qui ne brille qu'à 500 degrés Sans éleclri- 43ation, brille à 200 degrés dès qu'il a été électrise.

Il existe bien un très petit nombre de corps ne présentant aucune trace de phosphorescence à 500 degrés, qui en donnent une très légère à cette température à la suite de l'électrisation. Tel est, par exemple, le bromure de baryum. Mais alors, on peut supposer ^ju'ils manifestaient avant l'électrisation une phos-

phorescence trop légère pour être perçue. Je fonde cette conclusion sur le fait général que l'électrisatioû ne fait que rendre plus vive une faible phosphorescence. Même à des corps possédant une phosphorescence intense quand ils sont impurs, tels que les sulfures de calcium, de baryum, de strontium et de ^iic,rétincelle électrique ne communique aucune trace d'aptitude à la phosphorescence, s'ils sont purs.

Les seuls corps auxquels on ne puisse rendre aucune phosphorescence par Téiectricité sont ceux auxquels la calcination fait perdre réellement quelque chose. Tel est le cas de Taméihyste qui, calcinée, perd sa matière colorante. Dans tous les autres corps phosphorescents par la chaleur, Télectrisation rend la phosphorescence perdue par calcination. Nous l'avons constaté notamment pour de la fluorine, de Tapatite et de la leucophane qui, calcinées pendant 15 heures, avaient perdu la propriété de redevenir phosphorescentes par la chaleur après insolation.

Il semble donc bien prouvé que, lorsqu'on détruit dans un corps l'aptitude à la phosphorescence par une calcination suffisamment v prolongée, cette der-nière n'agit pas le plus souvent en éliminant des corps étrangers, mais bien en modifiant certains équilibres chimiques que seule l'étincelle électrique est apte à rétablir.

§ 3. - ANALOGIES ENTRE LA PHOSPHORESCENCE DES CORPS PAR LA LUMIÈRE ET PAR LA CHALEUR.

L'ensemble des observations précédentes a déjà dû faire naître dans l'esprit du lecteur Texistence d'une parenté très grande entre la phosphorescence par la chaleur et celle par la lumière. Les expériences qui vont suivre prouvent définitivement que ce sont des phénomènes du môme ordre.

Prenons des corps phosphorescents par la chaleur, tels que la fluorine et Tapatite, ou des corps phosphorescents par la lumière, restés quelques jours dans Tobscurité après insolation, tel que du sulfure de cal^ cium. Plaçons-les sur une plaque chauffée à 100 degrés. Ils deviendront immédiatement lumineux, brilleront pendant un certain temps, puis s'éteindront complètement. Sans sortir de l'obscurité, plaçons les mêmes corps sur une seconde plaque chauffée à 200 degrés. De nouveau, ils brilleront, puis s'éteindront. Nous pourrons continuer la même expérience à toutes les températures jusqu'à 5 ou 600 degrés et nous verrons à chaque accroissement de chaleur le corps briller, puis s'éteindre. Ce n'est qu'après avoir été chauffé suffisamment longtemps au rouge, qu'il aura perdu toute sa phosphorescence.

Ces expériences montrent qu'à une température donnée correspond une certaine émission de phosphorescence ne pouvant jamais être dépassée à cette température. Un corps phosphorescent chauffé à 200 degrés n'abandonnera de sa phosphorescence que ce qu'il peut perdre à 200 degrés ou au-dessous, et jamais la provision qui serait émise à une température supérieure.

De ces premières expériences, il nous fût possible de déduire immédiatement qu'un corps phosphorescent peut conserver indéfiniment une certaine provision de phosphorescence jusqu'à ce qu'il soit chauffé à une température convenable. Nous avons pu le vérifier avec divers sulfures alcalino-terreux, notamment du sulfure de calcium, resté près de dix ans à l'abri de toute lumière, du sulfure de strontium, de M. Mourelo, resté cinq ans dans une boîte fermée, des diamants conservés pendant un an dans l'obscurité, etc.

Canton, qui observa un des premiers la phosphorescence, paraît avoir pressenti la loi précédente.

254 l'évolution ubs fobces

Ayant chauffé un sulfure dans de l'eau bouillante quelque temps après son insolation, et ne l'ayant pas vu briller, il le rendit lumineux en le portant à 500 degrés, mais ni lui ni ses successeurs n'essayèrent .de préciser les conditions du phénomène et ne soupçonnèrent pas sa durée.

Dans les expériences relatées plus haut, nous avons élevé progressivement la température des corps et prouvé de cette façon qu'à chaque degré de cha^leur correspond une certaine émission de phosphorescence qui ne peut être dépassée.

Procédons maintenant d'une façon inverse, c'est-àdire chauffons le corps immédiatement à 500 degrés^ sans prolonger assez réchauffement pour arriver à l'extinction complète de la phosphorescence. Laissons-le refroidir, puis portons le corps à 200 degrés seulement. Qu'arrivera-t-il ?

Dans ce dernier cas, le corps chauffé à 500 degrés émettra d'abord ce qu'il pouvait perdre à toutes les températures inférieures et par conséquent ne pourra plus briller au-dessous de 500 degrés. Pour lui rendre sa phosphorescence, il faudra le chauffer de nouveau à 500 degrés ou au-dessus.

Cette loi générale de l'émission de la phosphorescence en fonction de la température, déjà indiquée dans le chapitre précédent, permet de réunir en une seule classe certains corps phosphorescents par la lumière et la chaleur, séparés jusqu'ici. Nous pouvons très aisément en effet transformer les corps phosphorescents par la lumière en corps phosphorescents par la chaleur. Des sulfures de calcium, de zinc ou de strontium, maintenus dans l'obscurité pendant des années après leur insolation, sont identiques aux corps phosphorescents par la chaleur, tels que l'améthyste, la fluorine, la leucophane et l'apatite. Il suffira également de les chauffer vers 70 degrés pour les voir briller.

L'analogie peut être, d'ailleurs, poussée beaucoup plus loin. Les substances dites phosphorescentes par kl chaleur, ne brillent qu'à des températures déterminées variant entre + 50 et + 300 degrés, suivant les corps observés. Les sulfures lumineux, brillant quand on les insole à la température ordinaire, diffèrent des corps précédents uniquement parce que la température à laquelle ils cessent de briller est bien plus basse. Dewar, je l'ai dit déjà, a montré que dans l'air liquide les corps insolés n'acquièrent pas de phosphorescence, mais en manifestent dès qu'on les laisse revenir à la température ambiante. Porter à la température ambiante des corps refroidis à — 180 degrés environ, cela signifie simplement qu'on les échauffe de plus de 200 degrés ^ Des sulfures obscurs à — 180 degrés et brillant à degré sont analogues à des corps qui deviennent phosphorescents, par la chaleur à la température de -f~ 200 degrés. Les uns et les autres ne sont phosphorescents que sufflsamment échauffés. Un sulfure phosphorescent maintenu indéfiniment à — 190 degrés resterait toujours obscur, tout comme de l'apatite maintenue indéfiniment à une température inférieure à 4-^0 degrés. Les deux corps ne diffèrent, je le répète, que par la température à laquelle ont lieu les combinaisons s'accompagnant de phosphorescence.

Les corps phosphorescents par la chaleur, chauffés assez pour que leur phosphorescence s'éteigne, ne peuvent, comme il a été dit, en récupérer par exposition à la lumière qu'une très faible partie. Cela tient probablement à ce que la réaction chimique, produisant la phosphorescence, n'est pour certains corps que partiellement régénérée par la lumière,

1. Ce sont là des écarts d'ailleurs beaucoup trop grande. Les divers sulfures phosphorescents cessent de briller bien avant —ISO" et redeviennent phospho* rescents bien avant O». Cette température varie du reste suivant les divers sulfure^.

alors qu'elle Test en totalité pour d'autres, les sulfures phosphorescents et le diamant, notamment. Ce sont là des nuances plutôt que des différences fondamentales. Il n'existe aucune barrière réelle entre les corps phosphorescents par la lumière et ceux phosphorescents par la chaleur.

De ce qui précède, on peut déduire les lois suivantes applicables à tous les corps phosphorescents par la lumière ou la chaleur :

l*" Il n'y a pas de corps phosphorescents sans chaleur. Un corps pouvant être rendu phosphorescent par la lumière, ne manifestera sa phosphorescence qu'à une certaine température ;

2° Pour chaque corps phosphorescent il y a une température minima, au-dessous de laquelle l'exposition à la lumière ne saurait produire de phosphorescence visible ;

3^ A chaque température correspond une certaine émission de phosphorescence ne pouvant être dépassée. •

4'^ Les corps que la chaleur rend phosphorescents le deviennent également par la lumière, mais faiblement. Ils diffèrent seulement de ceux vivement phosphorescents par la lumière, en ce que chez ces derniers les rayons lumineux régénèrent entièrement la phosphorescence détruite au lieu de ne la régénérer qu'en partie..