CHAPITRE VI

Formes inférieures de l'énergie.

§ 1. — L'ÉQUIVALENT MÉCANIQUE DE LA LUMIÈRE ET LA COMPLEXITÉ DU SPECTRE.

11 peut sembler étrange de ranger la lumière parmi les formes inférieures de l'énergie. Telle est pourtant la place que lui assigne une classification rationnelle des énergies de diverses qualités. Et la connaissance de la vraie place réservée dans cette classification aux diverses lumières n'est point indifférente à qui se préoccupe du problème de l'éclairage artificiel.

Tandis qu'il n'y a qu'une catégorie d'énergies de qualité supérieure, il y a, au contraire, autant de catégories d'énergie calorifique que de températures différentes et, de même, autant de catégories d'énergie lumineuse que de lumières différentes. La qualité dune lumière est d'autant meilleure, qu'elle est plus bleue : une lumière rougeàtre est la plus mauvaise ; à mesure qu'elle tire sur le jaune et le vert, elle est de qualité meilleure ; plus enfin elle contient de rayons bleus et violets, et plus sa qualité, au sens thermodynamique du mot, est élevée. Une lumière, peut-on dire encore, représente une énergie d'autant plus

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relevée qu'elle émane d'une source à plus haute température. Sans préciser encore, pour l'instant, cette notion de qualité d'une lumière, nous pressentons déjà que produire de la lumière par voie purement calorifique sera, a priori, une mauvaise combinaison : la produire à partir d'une énergie de qualité supérieure, telle que l'énergie électrique non dégradée, sera au contraire augmenter les chances de bon rendement.

On emploie quelquefois l'expression équivalent mécanique de la lumière, pour désigner le nombre de bougies qu'on peut obtenir, dans les conditions les plus favorables, avec une dépense donnée de puissance mécanique ou électrique. — Les pouvoirs éclairants des sources de lumière sont, on le sait, évalués en bougies. La bougie est sensiblement le pouvoir éclairant d'une bougie française de l'Étoile. —Pour entretenir une lumière, il faut une dépense permanente d'énergie : énergie chimique mise en jeu dans la combustion d'une bougie ou du gaz, énergie électrique comme dans la lampe à incandescence. Un nombre donné de bougies, entretenues d'une manière continue, suppose la dépense d'une puissance déterminée : c'est ainsi que, d'après M. Ch. Féry, une source idéale fournirait 10 bougies par watt en lumière blanche ; une source de lumière monochromatique donnant une lumière verte choisie dans la région la plus lumineuse du spectre pourrait fournir jusqu'à 17 bougies par watt. Pour montrer à quel point la pratique s'éloigne de ces rendements, il suffira de rappeler qu'il faut 60 watts environ pour entretenir une lampe électrique ordinaire à incan- . descence de 16 bougies, ce qui fait à peine un quart de bougie par watt.

Mais l'équivalent mécanique de la lumière n'est nullement quelque chose d'aussi bien défini, objectivement, que l'équivalent mécanique de la chaleur.

Quand on parle de lumière, on fait, par là même, intervenir la sensibilité particulière de nos organes, et on prétend opérer un triage arbitraire dans les radiations qui émanent du corps lumineux; on ne compte comme bonnes, comme utiles, que celles qui correspondent à un nombre de vibrations compris entre 400 trillions et 800 trillions par seconde. Effectivement, parmi l'énergie rayonnée totale émanée de la source, on n'a que faire de celle qui correspond à des notes trop aiguës ou trop basses, à des vibrations ricbes en actions chimiques, ou sensibles seulement par la chaleur qu'elles apportent aux corps absorbants. Non seulement on n'en a que faire, mais elle est souvent nuisible. Et cette énergie rayonnée en dehors du spectre visible, représente pratiquement la presque totalité de l'énergie rayonnée.

Il existe, en effet, d'autres rayons que les rayons lumineux visibles, et tous obéissent aux mêmes lois. Newton avait séparé les unes des autres les radiations visibles de diverses couleurs ; Fresnel a montré que ces couleurs diverses sont des notes, ne différant que par leur nombre de vibrations, c'est-àdire par leur hauteur : du rouge au violet, il y a l'intervalle d'une quinte. C'est tout ce que notre œil perçoit : tandis que notre oreille est sensible à des notes échelonnées sur sept ou huit octaves, notre œil ne perçoit pas tout à fait une octave entière de vibrations. Mais il ne s'ensuit pas qu'il n'y ait que ces notes visibles dans le clavier infiniment riche des vibrations que nous envoient le soleil ou les sources de lumière. La découverte de ce clavier est l'œuvre du xix e siècle. William Herschel aperçoit, en 1801, les rayons infra-rouges; ce sont les notes trop graves pour notre rétine ; l'année suivante, en 1802, Wollaston trouve les notes aiguës, les radiations ultra-violettes, capables d'agir sur certains composés chimiques ; il inaugure par là un chapitre nou-

veau d'optique, la photochimie, d'où Niepce et Daguerre feront sortir la photographie.

Ce clavier s'est enrichi encore dans les dernières années du xix e siècle. Du côté des notes aiguës, Schumann a révélé, dans le rayonnement de certaines sources, des vibrations ultra-violettes dont la fréquence est de 3.000 trillions par seconde. Par contre, du côté des notes graves, Langley en Amérique, puis Rubens en Allemagne, ont trouvé des notes infra-rouges de plus en plus basses; il en est dont la fréquence ne dépasse pas 4 trillions. Il reste à peine quelques octaves inexplorées avant de rejoindre les plus aiguës des radiations électromagnétiques hertziennes.

Pour donner une idée claire des hauteurs des radiations lumineuses, nous rappellerons à quelle fréquence correspondent les couleurs moyennes du spectre lumineux :

Rouge moyen : 450 trillions de vibrations par seconde.

Orangé -

Jaune -

Vert

Bleu

Indigo

Violet

Ces fréquences énormes ne sont pas quelque chose d'hypothétique. Quand une lumière jaune a brillé durant une seconde, il s'est passé, suivant la juste expression de M. Bergson, 540 trillions « d'événements physiques distincts » qui, d'ailleurs, se sont succédé identiques. L'habitude de la comparaison acoustique nous fait donner à ces événements le nom commode de « vibrations ». Ce nom peut recouvrir les hypothèses les plus diverses, mais le nombre en est parfaitement défini et connu.

La question qu'auront à résoudre les physiciens ou les industriels qui cherchent à perfectionner l'éclairage sera la suivante : Un corps matériel que Ton

chauffe émet en général, à doses variables, un peu de toutes les radiations, depuis les infra-rouges extrêmes, à vibrations lentes de fréquence 4 trillions, jusqu'aux ultra-violettes à vibrations rapides de fréquence 3.000 trillions. Il faudrait produire à volonté les vibrations lumineuses de fréquence intermédiaire entre 450 et 750 trillions, el, si possible, les produire exclusivement.

De là deux problèmes distincts qui s'imposent à l'attention du chercheur : le problème théorique de l'étude générale du rayonnement de l'énergie, et le problème pratique du choix, parmi toutes les radiations, de ces radiations spéciales auxquelles la constitution de notre rétine confère des propriétés si précieuses pour nous.

La solution du premier de ces deux problèmes est la préface nécessaire de toute solution rationnelle du second.