PERSISTANCE DE UAPTITUDE A LA PHOSPHORESCENCE

APRèS. LA. CESSATION DU RAYONNEMENT SPONTANÉ.

TRANSFORMATION DE LA PHOSPHORESCENCE IflVISIBLE

Nous venons de voir que pendant 18 mois certains corps phosphorescents peuvent émettre des radia-, lions invisibles, mais qu'il arrive un moment où L'émission cesse entièrement. Nous, allons montrer maintenant que ces corps obscurs, qui, après, avoir rayonné pendant si longtemps, semblaient avoir perdu toute leur énergie, conservent indéfiniment une certaine provision de phosphorescence résiduelle. On la. rendra visible à. un moment quelconque, après; 10 ans de séjour dans l'obscurité, par exemple, en faisant tomber à la surface des corps, certaines radiations invisibles. Ils deviennent alors assez, vivement l,umineux pour être photographiés en quelques minutes à la chambre noire.

J'ai constaté pour la première fois le fait qui précède avec les écrans de sulfure de calcium ayant servi 4, mes anciennes expériences et ne donnant plus <J!i,mpressions photographiques au bout de 18 mois après. 6 semaines de pose. Ils avaient été alors abandonnés dans l'obscurité où ils se trouvent encore depuis plus de 10 ans.

Mettons dans l'obscurité un de ces écrans dans un châssis photographique dont le verre a été recouvert 4'une feuille de papier noir ou d,'une lame d'ébonite.

286 l'évolution des forges

corps opaques pour la lumière ordinaire, mais très transparents, comme je Tat montré, pour les radiations obscures de grandes longueurs d*onde. Exposons ce cb&ssis pendant vingt ou trente secondes devant une lampe à pétrole, puis portons-le dans Tobscurité pour rouvrir et Texaminer. Nous constaterons alors que, sous Tinfluencedes radiations invisibles, l'écran, obscur depuis plusieurs années, est redevenu lumineux. Sa phosphorescence suffit pour donner une impression photographique par contact, en deux ou trois minutes, alors qu'il n'en donnait pas une en six semaines de pose auparavant.

La phosphorescence ainsi produite disparaît rapidement, mais la même expérience peut se répéter sur le même écran plus de cinquante fois à des intervalles quelconques, c'est-à-dire pendant un nombre illimité d'années. Naturellement un moment arrive où le résidu phosphorescent étant épuisé par ces expériences successives, les radiations obscures ne produiront aucun effet, à moins d'une insolation nouvelle. Il s'agissait donc bien d'une charge résiduelle limitée ne se renouvelant pas spontanément, mais qu'on peut garder indéfiniment avant de la dépenser.

Un grand nombre de corps possèdent ainsi la propriété d'acquérir une provision de lumière résiduelle dont une partie se dissipe spontanément et dont l'autre partie se conserve indéfiniment. Chez quelques-uns, tels que les sulfures de calcium et de strontium, la lumière résiduelle invisible peut devenir visible simplement sous l'influence de radiations obscures de grande longueur d'onde, même quand l'écran exposé à ces radiations est maintenu à très basse température, par exemple entre deux cuves de verre de un centimètre d'épaisseur pleines d'eau congelée. La chaleur ne doit donc pas être invoquée comme cause du phénomène. Il est important de le constater, car elle produirait le même effet, si on

relevait à 80 degrés environ, faction produite par la chaleur est d'ailleurs fort différente de celle engendrée par les radiations obscures, comme nous le montrerons bientôt.

Les expériences précédentes réussissent très bien avec plusieurs sulfures phosphorescents, celui de calcium notamment, mais pas du tout avec le sulfure de zinc, pour cette raison, sur laquelle nous reviendrons ailleurs, que les radiations de grande longueur d'onde, capables do détruire la phosphorescence de ce sulfure, sont incapables de Texciter. Le sulfure de zinc gardera, comme les autres sulfures, une charge résiduelle indéfiniment, mais cette charge ne sera expulsée que par une température voisine de 100 degrés et nullement par les radiations obscures infrarouges.

Il existe beaucoup d'autres corps, le diamant par exemple, qui peuvent garder indéfiniment une phosphorescence résiduelle qu'il est possible de rendre visible par la chaleur, mais non par de Tinfra-rouge. Un diamant du Brésil exposé au soleil acquiert une phosphorescence visible rapidement perdue ; mais il conserve une phosphorescence invisible qu'on peut faire jBipparaître au bout de quelques années en le chauffant à 200 degrés environ.

Au lieu d'exécuter les expériences précédentes avec des écrans phosphorescents demandant une petite préparation, on peut les réaliser plus simplement en mettant le sulfure de calcium dans un tube placé après insolation, à Tintérieur d'une boîte fermée par une lame d'ébonite, ou mieux par une lame de verre couverte de vernis dit japonais, en couche assez épaisse pour que le disque du soleil soit invisible à travers^. Au bout de vingt-quatre heures, le sulfure

1. Pour qae la couche soit assez épaisse, on colle un petit rebord de carton autour du verre. EUe peut avoir une épaisseur quelconque. J'ai constaté qu'une

ne brillera plus; mais maintenu dans robscurité, il conservera indéfiniment la faculté de devenir lumineux quand les radiations invisibles dont il a été parlé tomberont sur sa surface.

Pour le prouver, il n'y aura qu'à exposer, pendant une minute, la boîte fermée contenant le tube plein de sulfure de calcium devant une lampe à pétrole. En l'ouvrant ensuite dans l'obscurité, on verra que le tube est devenu lumineux. C'est à cette expérience dont la répétition est extrêmement facile que je faisais allusion au commencement de ce chapitre.

Pour rendre les expériences précédentes plus démonstratives encore, je mets au fond d'une grande boîte en carton, fermée comme il a été dit plus haut, des bas*reliefs enduits d'une couche de sulfure de calcium délayé dans du vernis à bronzer et j'abandonne cette boîte dans l'obscurité. Si, à une époque quelconque, elle est exposée toujours fermée, devant une lampe pendant deux minutes et ouverte ensuite dans un cabinet noir, les statues sont lumineuses. L'opération peut être faite plusieurs semaines ^ après insolation.

Jusqu'ici, nous avons fait intervenir, pour réveiller la phosphorescence éteinte, des radiations visibles traversant un écran opaque qui les rend invisibles. Mais l'expérience, sous cette forme, peut laisser supposer que de la lumière ordinaire a pu passer à travers une fente de la boîte pour illuminer le sulfure.

épaisseur de 1 centimètre est aisément traversée par les radiations infra-roages. Le seul inconvénient des couches trop épaisses, c'est qu'elles mettent plus d'une semaine pour sécher. Une couche de 1 millimètre suffit d'ailleurs pour obtenir une opacité absolue pour l'œil, ce qu'on reconnaît en Tinterposant entre le disque du soleil et l'œil.

1. Pendant plusieurs semaines, et non indéfiniment comme je Tai dit plus haut pour les tubes pleins de sulfure de calcium. Cette différence tient simplement à ce que les vernis mélangés aux sulfures allèrent rapidement leur composition. Les écrans dont la luminosité a pu être réveillée pendant dix ans — et pourra Tétre probablement pendant des siècles — étaient simplement formés de sulfure de calcium en poudre comprimée entre deux lames de verre.

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une statuelte couverte de sulfure de calcium abaudonnée depuis plusieurs jours dans Tobscurité, et par conséquent ne présentant aucune trace de phosphorescence. Tout étant ainsi préparé, l'observateur voit au bout de une à deux minutes la statue s'illuminer et surgir des ténèbres.

L'expérience, fort curieuse, impressionne vivement les assistants,. Il semble, en effet, très étrange de voir les radiations obscures de la lampe, ajoutées ^ux radiations obscures du sulfure, produire de. la lumière visible. C'est un peu l'inverse é(e la célèbre expérience des interférences dcFresnel, dans Jac^iieile des rayons visibles, ajoutés à d'autres rayons égaleriient visib^les, produisaient de l'obscurité.

La lumière ainsi obtenue, bien qu'elle, ne soit paâ très vive, Test assez cependant pour que, avec un objectif à portrait dispQsé d'avance à une place convenable, on puisse, obtenir la photographie de la statue en vingt minutes de pos/B. On maintient, bien entendu, la lampe noire près de la statut pendan| toute la durée de l'opération; car ^i on la retirait^ la phosphorescence s'éteindrait ^n moina^ 4'unû minute. Nous donnons (fig. 28) la reproduction de statuettes ainsi obtenues.

Ce qui précède prouve que la phosphorescence résiduelle, emmagasinée par certains corps, est formée d'un élément transitoire et d'un élément permanent, tous deux susceptibles de se transformer en lumière visible. Mais alors que l'élément transitoire se dissipe spontanément par rayonnement dans un temps plus ou moins long, l'élément permanent ne rayonne pas spontanément et persiste jusqulà ce qu'on l'expulse, soit par la chaleur, soit sans aucune élévation de température, en exposant le corps à des radiations obscures d'une certaine longueur d'onde.

iSi^f-sffifpfc

leur de toute phosphorescence résiduelle. Plaçons-le alors dans le châssis d'un appareil photographique, muni d'un obturateur donnant environ le 1/5® de seconde, dirigeons l'appareil vers le ciel et démasquons Tobturateur de façon que I9, plaque soit exposée à la lumière pendant 1/5® de seconde. En ouvrant ensuite le châssis dans TobscurUé, nous constatons que le sulfure n'est pas lumineux, mais il sufûra de le poser, sur une plaque chauffée à 200 degrés pour que son illumination se produise. Sa courte exposition à la lumière lui avait donc donné une phosphorescence invisible.

L'expérience peut se faire plus simplement avec * d'autres corps, par exemple le spath d'Islande. Ce composé acquiert une phosphorescence visible très faible par la chaleur et aucune par la lumière; mais si on i'insole, puis qu'on le chauffe à 200 degrés^ il brille assez vivement pendant quelques instants, prouvant que la lumière lui avait communiqué une certaine quantité de phosphorescence invisible. On peut répétier indéfiniment cette série d'opérations^ c'est-à-dire rendre au spath la même luminosité par la chaleur, après l'avoir insolé. :

§6. - EFFETS COMPARÉS DES RAQ1ATI0(4S INFRA-ROIK^ES ET DE LA CHALEUR SUR LA PHOSPHORESCENCE.

Les premiers observateurs, ayant étudié l'action des diverses parties du spectre sur les corps susceptibles de phosphorescence, constatèrent très vite que les radiations allant du bleu à l'ultra-violet produisent la phosphorescence et que celles qui vont du vert jusque très loin dans l'infra-rouge, l'éteignent.

H. Becquerel crut trouver l'explication de cette action destructive de l'infra-rouge, en disant qu'il agit simplement comme source de chaleur et oblige ainsi

le corps à épuiser très vite sa provision de phosphorescence. Cette explication fut répétée, depuis cette époque, dans tous les ouvrages de physique.

Il suffisait cependant d'observations très simples pour voir qu'elle est fondée sur une apparence n'existant même pas, du reste, pour tous les corps phosphorescents. Les expériences suivantes permettent de différencier nettement le rôle spécifique de l'infrarouge et celui de la chaleur. ^

On coUe sur uq môme carton deux petits écrans, Tun de sulfure de calcium, l'autre de sulfure de zinc, et on les expose simultanément après insolation aux radiations infra-rou^^es de notre lampe noire. Le sulfure de calcium brille plus vivement, mais le sulfure de zinc s'éteint aussitôt sans aucune augmentation d'éclat.

Ce n*e3t là qu'une première indication. Nous allons montrer que la chaleur et Tinfra-roiige exercent sur la phosphorescence deux actions très différentes. Elles psuvent s'ajouter, d'oîi Terreur d'interprétation signalée plus haut, mais aussi agir en sens exactement contraire.

Voyons d'aH l'd le cas où ces deux effets, action spécifique de certaines radiations et chaleur, semblent identiques.

Prenons un écran de sulfure do calcium insoïé depuis un quart d'heure et exposons-le à l'action dé notre lampe noire, soit devant la cheminée métallique, soit devant la partie fermSe par de l'ébonite qui laisse passer l'infra-rouge. Dans les deu\ cas, la phosphorescence sera activée d'abord puis s'éteindra. L'action de la chaleur est seul6m3nt plus lente que celle do l'infra-rouge, parce qu'elle n'agit que lorsque la surface de l'écran a eu le temps de s'échauffer.

Mêmes résultats si l'on emploie un écran insolé depuis quelques jours et pir conséquent obscur. Il brillera devant toutes les parties de la lampa noire, c'est-à-dire sous l'action de la chaleur et sous celle de l'infra-rouge.

En se bornant à ces expériences on conclurait comme les anciens observateurs que les rayons infra-rouges agissent en échauffant récran phosphorescent.

Pour montrer l'inexactitude de cette interprétation, répétons l'expérience précédente, mais en interposant entre l'écran de sulfure et la lampe une lame do verre destinée à empêcher réchauffement de la matière phosphorescente. Les effets seront alors fort différents.

Devant l'ébonite, c'est-à-dire dans la région à basse température^ mais laissant passer beaucoup d'infra-rouge, il y aura encore illumination. Devant la cheminée do la lampe, c'est-à-dire dans la

région assez cliaude, et agissant comme corps chaud, il n'y en a plus. La lame de verre interposée qui empoche l'action de la chaleur empêche aussi la phosphorescence. Il est donc évident que le rôle de la chaleur et celui des radiations de grande longueur d'onde sont très différents.

On pourrait objecter que si Tinfra-rouge possède l'action spécifique que je lui attribue, en dehors de tout rôle calorifique, la cheminée de la lampe dont on empêche Taction par l'interposition d'un verre devrait cependant agir puisqu'elle produit, ainsi que tous les corps chauds, de l'infra-rouge. Mais comme les parois de cette cheminée ne dépassent guère 10O>, les ondes émises n'ont pas une longueur inférieure à 5 ou 6i^ ; or, ces dernières sont sans action spécifique sur la phosphorescence. Elles agissent seulement par réchauffement qu'elles peuvent à la longue produire et c'est pourquoi l'interposition d'une lame de verre supprime toute action. A travers Tébonite, le verre noir, etc., sortent des radiations de 0j*,8 à 3i& environ ayant une action spécifique indépendante de l'action calorifique qu'elles finiraient à la longue par produire et c'est pour quoi elles agissent instantanément sur la phosphorescence.

Pour rendre la théorie qui précède plus convaincante encore, nous allons montrer maintenant que l'infra-rouge peut produire sur les deux moitiés d'un même écran des efieté opposés suivant qu'il agit par son action spécifique ou son action calorifique.

A l'écran de sulfure de calcium substituons un écran de sulfure de zinc à phosphorescence verte. Insolons~le à la lumière du jour, plaçons-en une moitié devant la cheminée métallique de la lampe (c'est-à-dire devant une source de chaleur), et l'autre moitié devant rébonite qui masque la flamme et laisse passer les radiations infrarouges. Sur les deux moitiés de l'écran les effets seront diamétralement opposés. Devant l'ébonite l'écran s'éteindra instantanément sans qu'il y ait eu au préalable aucun accroissement de la phosphorescence. Devant la cheminée métallique sa phosphorescence sera au contraire notablement accrue.

Si, au lieu d'avoir été insolé avant l'exposition à la lampe, Técran de sulfure de zinc est resté quelque temps dans un cabinet noir, de façon à ne plus présenter de phosphorescence visible, la différence d'action entre la chaleur et les radiations infra-rouges se manifestera encore. L'écran redeviendra phosphorescent devant la paroi métallique chaude et restera obscur devant l'ébonite dont les rayons ne peuvent plus détruire la phosphorescence visible puisqu'elle est déjà éteinte *.

Ces expériences mettent en évidence les différences Ibnda-

1. Dans toutes ces expériences où on compare des plages lumineuses (l'intensité inégale, il est bon de mettre sur les écrans une étroite lame d'étain (du côté regardant la lampe), ce qui leur conserve l'intensité qu'ils auraient eue sans avoir été exposés à aucune radiation.

LA P&OSPHORESCENCE INVISIBLE 295

mentales qui existent entre TeiTet de Ja chaleur et Taction spécifique de certaines radiations.

On peut compléter la démonstration précédente en serrant l'écran phosphorescent entre deux cuves d'eau congelée de 1 centimètre d'épaisseur avant de le placer devant les radiations infrarouges de la lampe. Bien que sa surface ne puisse dans de telles conditions s'échauffer, on observe devant Tébonite les effets d'illumination du sulfure de calcium et d'exlinction du sulfure de zinc déjà décrits.

Il est donc clair que les radiations infra-rouges peuvent avoir des actions spécifiques tout à fait indépendantes de celles produites en élevant la température des corps qui les absorbent.

Nos expériences ayant prouvé que la chaleur et les radiations infra-rouges produisent, dans que^ucs cas, des effets semblables sur certains sulfures phosphorescents, celui de calcium notamment, il était intéressant de rechercher à quelle température doivent être portés ces corps pour obtenir par leur échauffement des effets identiques à ceux obtenus à basse température avec les radiations infra-rouges. Rien n'est plus facile puisqu'il suffit de déterminer à quelle température du sulfure de calcium insolé depuis quelques jours et par conséquent obscur redevient lumineux. On y arrive en le mettiint dans des tubes introduits dans un récipient plein d'eau contenant un thermomètre et qu'on chauffe progressivement dans l'obscurité. Le sulfure de calcium, insolé depuis huit jours, ne commence à briller que vers 60° ei seulement au bout de 55 secondes, temps nécessaire pour son échauffement. Il devient, au contraire, instantanément lumineux, quand on l'expose à basse température à l'action de radiations infra-rouges.

On peut se proposer aussi de recherche!* ce que l'infra-rouge est susceptible d'ôter de phosphorescence aux sulfures lumineux et voir ainsi son équivalent calorifique. On y arrive en introduisant dans un châssis photographique fermé par une feuille mince d'ébonîte un écran de sulfure de calcium et l'exposant plusieurs heures au soleil ; il faut, pour lui rendre ensuite de la phosphorescence, le porter à une température un peu supérieure à 100®. Les grandes radiations agissant à la température ordinaire ont donc ôté à un corps phosphorescent toute la lumière résiduelle qu'il pourrait perdre en le chauffant à 100° environ.