CHAPITRE VII

l 1. — Classification des sources de lumière.

On peut distinguer les sources lumineuses en deux classes, selon leur origine : les unes, cosmiques ou célestes sont extérieures à la Terre; les autres existent sur notre planète même ou dans son enveloppe atmosphérique.

En première ligne, au nombre des sources lumineuses cosmiques, il faut placer le Soleil. C’est de beaucoup la plus intense de toutes. L’éclat moyen de sa lumière est, d’après Wollaston, 800,000 fois celui de la pleine Lune ; et comme la plus brillante étoile du ciel, Sirius, ne donne pas une lumière beaucoup plus forte que la 7000e partie de la lumière lunaire, il en résulte qu’il faudrait au moins 5 mil liards 600 millions d’étoiles semblables pour fournir à notre Terre une illumination semblable à celle qu’elle reçoit du Soleil.

Du reste, comme chacun sait, les mouvements de rotation et de translation de notre planète sont tels

que la lumière du Soleil est périodiquement distribuée à chacun des points de sa surface. L’éclat en est variable selon la saison et selon l’heure du jourla hauteur plus ou moins grande du disque solaire au-dessus de l’horizon étant pour beaucoup dans l’intensité lumineuse apparente de l’astre ; mais l’interposition des masses vaporeuses qui constituent les nuages, les brumes, les brouillards est susceptible de l’affaiblir considérablement.

La lumière solaire nous parvient quelque temps encore après que le Soleil s’est abaissé au-dessous de l’horizon. Les couches supérieures de l’air restent directement illuminées quand le disque a disparu pour les couches inférieures : telle est la cause du crépuscule, dont la durée se trouve aussi prolongée par un phénomène que nous avons étudié sous le nom de réfraction de la lumière.

Parmi les lumières d’origines célestes, quelquesunes ne sont pas des sources lumineuses directes : ainsi le disque de la Lune, qui donne de temps à autre à nos nuits une clarté si vive, reçoit, avant de la réfléchir vers nous, la lumière même du Soleil. Il en est de même des planètes et de leurs satellites, Mais les myriades d’étoiles que nous voyons briller au ciel pendant les nuits sereines rayonnent vers nous leur propre lumière, semblable à la lumière du Soleil, mais affaiblie par la distance prodigieuse des points d’où elle émane. Les nébuleuses, et en partie les comètes sont aussi des sources lumineuses directes.

Les sources de lumière qui ont leur origine sur notre globe même ou dans son atmosphère, peuvent se diviser en lumières naturelles et lumières artifi-

cielles. Les éclairs, dans les orages, les feux produits par les éruptions des volcans, les aurores polaires, si fréquentes dans les régions boréales et australes, enfin les apparitions d’étoiles filantes, de bolides sont au nombre des premières. Nous pouvons y joindre les lueurs que développent certains êtres organisés, la phosphorescence de quelques insectes, des infusoires marins connus sous le nom de noctiluques, de plusieurs végétaux et d’un assez grand nombre de minéraux.

Tout le monde sait qu’on se procure artificiellement de la lumière par la combustion, qui n’est autre chose qu’une combinaison chimique avec dégagement de chaleur. L’électricité est aussi une source de lumière que la science est parvenue à utiliser; et l’intensité en est si grande, qu’elle peut seule être comparée à l’éclat éblouissant de la lumière solaire.

Nous pouvons maintenant étudier ces divers modes de production de la lumière, et la nature intime des principales sources lumineuses, cosmiques ou terrestres, comme nous l’avons déjà fait pour le Soleil. Une telle étude n’était possible qu’avec la connaissance des lois qui régissent la propagation de la lumière dans les divers milieux et des phénomènes variés qui en sont autant de conséquences.

Commençons par les phénomènes de lumière, dus à l’incandescence des corps.

§ 2. — L’incandescence. — Incandescence des solides et des liquides.

Tous les corps, solides, liquides ou gazeux, portés à une température élevée, deviennent lumineux dans l’obscurité. Ils sont alors à l’état incandescence. Ce phénomène est souvent accompagné de combinaisons chimiques qui ont lieu principalement entre un ou plusieurs éléments du corps et l’oxygène de l’air et alors il y a combustion. Nous avons journellement sous les yeux des exemples de faits de ce genre. Le feu n’est autre chose que l’incandescence d’un corps, c’est-à-dire le dégagement de chaleur et de lumière au sein d’une masse de matières organiques ou minérales, dont la température a été élevée à un certain degré. Outre les parties solides, devenues lumineuses, morceaux de charbon ou de braise, de houille ou de coke, le feu contient des flammes plus ou moins vives, c’est-à-dire des gaz incandescents.

Mais il faut distinguer entre l’incandescence simple des solides et même des liquides, qui peut avoir lieu sans qu’il y ait combustion ou quand la combustion proprement dite a cessé, de l’incandescence produite par les combinaisons chimiques ellesmêmes. Ainsi, la plupart des métaux rougissent au feu : quelques-uns avant de devenir lumineux, changent d’état et se fondent, mais le métal liquide devient rouge lui-même, sans qu’il y ait eu de combustion. Les pierres, le verre, la terre, etc. rougissent de la même façon.

Une spirale d’acier qu’on enflamme sous une

cloche pleine d’oxygène et qui jaillit en étincelles brillantes, est au contraire un exemple d’un métal devenu incandescent par la combustion. La haute •température est ici produite par une combinaison chimique, celle de l’oxygène avec le fer.

Il en est autrement du bois et des autres matières organiques et végétales, qui se décomposent en brûlant, et dégagent des gaz qui brûlent sous la forme de flammes plus ou moins vives et plus ou moins colorées. Le charbon de bois, le coke brûlent presque sans flamme ; il est vrai que ces corps ont déjà subi une combustion partielle.

Les différents corps deviennent-ils lumineux à la meme température, et s’il en est ainsi, quelle est la température à laquelle ils commencentà émettre assez de lumière pour devenir lumineux dans l’obscurité? On admettait généralement que c’est entre 500° et 600° centigrades que tous les corps commencent à émettre de la lumière, lumière d’abord faible et d’une couleur rouge sombre. Mais M. Edmond Becquerel a fait sur ce sujet des expériences d’oü il résulte cc qu’on peut, sans erreur bien grande, prendre un terme compris entre 480° et 490° pour celui où les corps solides commencent à émettre quelque trace de lumière dans l’obscurité par l’action de la chaleur, ou bien en nombre rond celui de 500°, qui a été admis généralement jusqu’ici pour la limite où les substances commencent à devenir visibles dans une enceinte faiblement éclairée. » (La Lumière, t. 1.) Il ne s’agit là que de la visibilité, et l’on ne trouverait sans doute pas la même limite de température pour les corps très-peu lumineux, par exemple pour les gaz.

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Si maintenant on élève de plus en plus la température au-dessus de 500°, l’intensité de la lumière émise va en augmentant, sa teinte change, devient de plus en plus blanche, ce qui revient à dire qu’elle se compose de rayons de plus en plus réfrangibles : « de sorte, dit M. Becquerel, qu’à une température qui ne dépasse pas beaucoup celle de la fusion de l’or, la lumière émise est sensiblement blanche, et donne des rayons compris entre les limites de réfrangibilité des raies obscures A et H qui terminent les deux extrémités visibles du spectre solaire. »

Voici , pour le platine , à quelles températures s’obtiennent les diverses teintes qui se succèdent depuis le rouge sombre jusqu’au blanc le plus intense. Elles ont été déterminées à 50° près, à l’aide du pyromètre de M. Pouillet :

Rouge naissant. 525° Rouge sombre.. 700 Cerise naissant. 800

Cerise 900

Cerise clair. ... 1000

Orangé foncé 1 100°

Orangé clair 1200

Blanc 1300

Blanc soudant.... 1400 Blanc éblouissant. 1500

Des expériences dues à M. Becquerel, il résulte qu’un certain nombre de corps opaques, les métaux inoxydables comme le platine et le palladium, le charbon, l’asbeste, la chaux ont sensiblement le même pouvoir d’irradiation, à mesure que la température s’élève ; jusqu’à leurs points de fusion, les métaux oxydables, comme le cuivre sont doués d’une moindre irradiation, ce qui tient sans doute à la couche d’oxyde qui les enveloppe ; mais une fois le point de fusion atteint, l’intensité de la .lumière devient à peu près égale à celle du platine. Au contraire, l’argent incandescent donne toujours une lu-

mière et plus vive et plus blanche que celle de ce dernier métal.

Divers physiciens, MM. Draper, Zoellner, E. Becquerel ont cherché à évaluer l’intensité de la lumière émise par le platine ou tout autre corps incandescent, à des températures de plus en plus élevées, et il résulte de leurs expériences que cette intensité va en croissant très-rapidement. « En représentant par l’unité, ditM. E. Becquerel, l’intensité de la lumière émise au moment de la fusion de l’argent (916°) par un corps tel que le platine ou un fragment de magnésie ou de chaux placé à côté, à 600° il n’y a environ que les 3 millièmes de cette intensité lumineuse ; à 700°, les 2 centièmes ; à 800° le huitième environ, et à 900° les trois quarts. Lors de la fusion de l’or (1037°), l’intensité lumineuse par irradiation serait plus de 8 fois plus forte lors de la fusion de l’argent , et lors de la fusion du cuivre 69 fois ; à 1200° cette intensité deviendrait 147 fois plus forte, à 1500° dans cette hypothèse près de 29 000 fois, et à 2000°, limite des observations avec le charbon polaire positif d’une pile, 191 millions de fois ; mais ces deux derniers nombres supposent que la loi d’accroissement de l’intensité lumineuse reste la même au-delà de 1200°, ce qui n’est pas prouvé. » En restreignant dans la limite des expériences les résultats ainsi obtenus, on voit que la lumière émise par un corps solide incandescent est 45 900 fois plus intense à la température de 1200°, qu’à celle de 600° qui est celle du rouge sombre.

La lumière émise par un solide ou un liquide incandescent jouit d’une propriété caractéristique qui a été mise en évidence par Arago, et dont il sera

question dans un chapitre ultérieur : elle offre des traces de polarisation sous un angle suffisamment petit. « On a cru pendant longtemps, dit-il, que la lumière, émanant de tout corps incandescent, ar- , rive à l’œil à l’état de lumière naturelle, lorsque dans le trajet, elle n’a été ni partiellement réfléchie, ni fortement réfractée; mais c’était là une erreur. J’ai reconnu que la lumière qui émane sous un angle suffisamment petit, de la surface d’un corps solide ou d’un corps liquide incandescent, lors même que cette surface n’est pas complètement polie, offre des traces évidentes de polarisation, en sorte que, pénétrant dans la lunette polariscope, elle se décompose en deux faisceaux colorés. La lumière qui émane d’une substance gazeuse enflammée, d’une substance semblable à celle qui éclaire aujourd’hui nos rues, nos magasins, est toujours au contraire à l’état naturel, quel qu’ait été son angle d’émission. »

Un autre caractère qui distingue la lumière des liquides et des solides incandescents, c’est qu’elle est composée de rayons qui, dans les limites extrêmes de leur réfrangibilité, ont toutes les longueurs d’ondes ; en d’autres termes, le spectre en est continu ; il ne renferme ni raies sombres, ni raies ou bandes brillantes L

1. Il y a une exception pour l'erbine dont la lumière donne un spectre discontinu à raies brillantes, comme ceux des vapeurs métalliques.

§3. — Incandescence des gaz. — Théorie de Davy sur le pouvoir éclairant des flammes ; expériences sur les flammes lumineuses, par M. Frankland.

Un jet de gaz hydrogène pur, brûlant dans l’air ou même dans l’oxygène, donne une lumière d’une très-faible intensité, bien que la température en soit fort élevée. Mais si l’on y plonge un fil de platine, un fragment de chaux ou de magnésie, à l’instant il se développe une lumière éblouissante, due à l’incandescence des matières solides métalliques ou I réfractaires, portées par le gaz à une température très-élevée.

En général, les gaz, bien qu’il deviennent lumineux comme les corps liquides ou solides à une température d’environ 500°, ont un pouvoir d’irradiation beaucoup plus faible; l’élévation de la tempé rature n’accroit ce pouvoir que très - faible- ' ment, de sorte qu’une flamme qui convient parfaitement comme Fig. 46. — Brûleur de Bunsen, source de chaleur est à

peine sensible comme source de lumière. Telle est la flamme du brûleur de Bunsen, qu’alimente le gaz

d’éclairage mélangé avec l’air : cette flamme est très-chaude et très-peu lumineuse.

La flamme de l’oxyde de carbone est, comme celle de l’hydrogène, fort peu intense : elle a une faible teinte bleuâtre. Celle du chalumeau à gaz oxy-hydrogène , dont la température atteint 2500° est à peine visible à la lumière du jour.

C’est à la transparence des flammes ou des gaz incandescents que M. E. Becquerel attribue leur faible pouvoir éclairant, quand elles ne renferment aucun corps solide en suspension. « La flamme provenant de la combustion de l’hydrogène pur est trèspeu lumineuse, car elle ne donne lieu qu’à la production d’un corps transparent, c’est-à-dire de la vapeur d’eau; mais si l’on plonge dans l’intérieur de cette flamme un corps opaque comme le platine, la chaux , la magnésie , aussitôt ce corps solide s’échauffe et donne une lumière très-vive. Si l’hydrogène se trouve mélangé de gaz carbonés, la flamme qu’il produit dans l’air devient par ellemême flamme éclairante par suite de la présence de parcelles charbonneuses, qui proviennent de la décomposition du gaz et qui brûlent en même temps que lui. i>

De tous ces faits et de leur interprétation, découle l’explication du pouvoir éclairant des flammes, donnée pour la première fois par Davy. A l’appui de cette théorie, on invoque encore une série d’expériences dont nous allons indiquer les principales.

Si, avant d’enflammer l’hydrogène pur , on fait passer ce gaz dans la benzine, qui est un carbure d’hydrogène très-volatil, au lieu d’une flamme à peine visible, on obtient une flamme très-brillante :

en barbotant dans le liquide carburé, le gaz en a entraîné des parcelles à l’état de vapeur qui, décomposées par la haute température, se précipitent et deviennent incandescentes.

L’analyse de la flamme d’une bougie est une preuve de la même vérité. Au centre, est un cône G, relativement obscur et d’une température peu élevée , puisqu’on peut y introduire un grain de poudre sans que ce grain prenne feu : ce noyau est formé de vapeur d’acide stéarique. Autour de ce cône est une enveloppe A qui forme la partie la plus lumineuse de la flamme. C’est là que l’activité de la combustion décompose les carbures hydrogénés et précipite, à l’état de poudre ténue, le carbone dont la haute température détermine l’incandescence. Tout autour, l’hydrogène environne cette partie très - lumineuse d’une gaine B , obscure , mais trèschaude. Enfin, en D, à la base de la flamme existe une calotte d’une lueur [bleue sombre qu’on attribue à la réaction d’un excès d’air pur sur le gaz hydrocarboné.

En abaissant sur la flamme un morceau de toile métallique , on constate directement la présence du charbon dans la partie lumineuse, par le dépôt

Fig. 47. — Structure de la flamme d’une bougie.

de noir de fumée qui se fait sur la toile dans la zone correspondante. Un résultat analogue s’obtient en exposant à la flamme un morceau de porcelaine blanche; il s’y dépose de la suie.

Un bec de gaz d’éclairage donne lieu aux mêmes constatations. Mais, au contraire, si le gaz est mélangé avec de l’air avant la combustion, — c’est le cas du brûleur de Bunsen, — il brûle presque sans donner de lumière, et, en effet, l’expérience de la toile métallique ou de la plaque de porcelaine ne fournit alors aucun dépôt de noir de fumée, ni de suie.

Cette théorie de Davy, jusqu’ici universellement admise, rend parfaitement compte en effet de l’irradiation des flammes où des particules solides, se trouvant précipitées à une haute température, deviennent incandescentes. La lumière si vive du phosphore, du zinc, du magnésium s’explique fort bien ainsi; il en est de même de la lumière de l’arc voltaïque qui est due à l’irradiation du carbone déterminée, non plus par une combinaison chimique, mais par l’extrême intensité de la chaleur développée entre les électrodes par le passage de l’électricité.

Cependant de récentes expériences dues à un chimiste anglais, M. Franldand, semblent prouver que lathéorie de Davy ne suffit pas à rendre compte du pouvoir éclairant des flammes ; du moins, les gaz incandescents peuvent acquérir un pouvoir d’irradiation considérable, sans qu’il y ait présence de parcelles solides en suspension. Un accroissement de pression peut suffire. Par exemple un mélange d’oxygène et d’hydrogène enfermé dans des bulles de savon, ne donne quand on l’enflamme, avec une

forte explosion, que très-peu de lumière. La même expérience faite dans un vase résistant, où l’expansion déterminée par la combustion ne peut se faire, donne une lumière très-vive. On obtient des résultats semblables avec l’hydrogène et le chlore, avec l’oxyde de carbone et l’oxygène.

Une autre expérience de M. Frankland, en contradiction avec la théorie de Davy, est celle-ci : l’arsenic métallique brûle dans l’oxygène avec une lumièrç blanche très-intense. La température ne dépasse pas 218° : donc l’irradiation n’est pas due à des particules solides, qui ne deviennent incandescentes qu’à 500°. Cependant le spectre de la lumière est continu. Mêmes résultats avec le bisulfure de carbone brûlé dans l’oxygène, avec le bioxyde d’azote brûlé dans la vapeur de bisulfure de carbone

L’influence due à l’accroissement de pression est mise en pleine évidence par l’expérience que voici : l’habile chimiste a fait brûler dans l’oxygène des jets d’hydrogène et d’oxyde de carbone, en élevant graduellement la pression jusqu’à 20 atmosphères. « A 2 atmosphères, le pouvoir lumineux, faible d’abord se trouve sensiblement augmenté ; à 10 atmosphères, la lumière émise par un jet d’environ un pouce de longueur est parfaitement suffisante pour lire un journal à une distance de deux pieds de la flamme, et sans qu’il y ait aucun réflecteur derrière cette flamme. Examinée au spectroscope, le spectre de cette flamme est brillant et parfaitement continu du rouge jusqu’au violet. »

M. Frankland, tout en reconnaissant que la température influe sur le pouvoir lumineux de la

flamme, croit que ce pouvoir résulte surtout de la densité des corps que l’accroissement de pression rend plus grande. « On peut dire que les degrés relatifs d’éclat lumineux sont presque proportionnels aux densités relatives des différents produits de la combustion. »

M. Henri Sainte-Glaire-Deville, tout en partageant dans une certaine mesure les vues du chimiste anglais, dont il regarde les expériences comme douées du plus haut intérêt, les interprète d’une façon différente. A son avis, l’accroissement de pression aurait surtout pour effet d’élever la température de la combustion. Il distingue une flamme brillante d’une flamme éclairante. Une lumière mono-chromatique peut être brillante ; il suffit que les rayons qui en émanent aient une grande intensité. Une flamme est éclairante, quand elle possède le plus grand nombre possible de rayons de diverses réfrangibilités, comme la lumière du soleil, et que, comme celle-ci, elle est le plus blanche possible. Or, les expériences de MM. Fizeau, Wolf et Diacon prouvent qu’à mesure qu’on élève la température d’une flamme mono-chromatique comme celle du sodium qui est jaune ou celle du lithium qui est rouge, le nombre des raies brillantes de son spectre va en croissant. Ces deux lumières deviennent blanches ; elles finissent par contenir des raies brillantes de toute réfrangibilité. Elles deviennent éclairantes, si le métal brûle à une haute température.

En résumé, d’après M. H. Deville : l’éclat d’une flamme dépend à la fois du nombre et de la disposition des raies spécifiques que les substances existant dans cette flamme peuvent donner à l’analyse

spectrale, de la température à laquelle ces éléments se trouvent portés, enfin de leur densité.

§ 4. — Lumières artificielles d’une grande intensité. — Lumière Drummond ; éclairage au magnésium. — Intensité lumineuse de l'arc voltaïque.

Aucune des lumières qu’on peut produire artificiellement ne peut rivaliser en intensité intrinsèque, — cela va de soi pour l’intensité absolue ou totale — avec la lumière solaire. Néanmoins on obtient par divers procédés que nous avons indiqués plus haut, des lumières fort vives.

Telle est la lumière Drummond. C’est celle qui résulte de l’incandescence d’un fragment de craie ou de chaux dans la flamme d’un jet de gaz oxhydrique, c’est-à-dire d’un mélange de gaz hydrogène et de gaz oxygène. On peut, au lieu de chaux, employer un morceau de magnésie. Aussitôt que la flamme du jet gazeux a échauffé une portion suffisante du fragment solide, la lumière devient éblouissante. M. E. Becquerel a évalué la quantité de lumière produite par un appareil qui dépensait 3 litres et demi de gaz par minute ; il l’a trouvée équivalente à 20 becs Carcel, c’est-à-dire à environ 160 ou 180 bougies. Or une lumière aussi intense projetée sur le disque solaire apparaît comme une tache noire.

La lumière oxy-hydrique est riche en rayons jaunes et rouges ; elle contient les rayons bleus et violets en moindre proportion que les sources dont nous allons parler.

Un fil de magnésium qui brûle dans l’air ou dans l’oxygène donne une lumière d’une grande vivacité

et d’une grande blancheur. Elle renferme en abondance les rayons les plus réfrangibles, les plus actifs au point de vue chimique. Aussi a-t-on imaginé des lampes qui brûlent le magnésium d’une façon continue, le fil étant mû, au fur et à mesure de sa combustion, par un mouvement d’horlogerie. On s’en sert pour suppléer, dans certains cas, à la lumière solaire, notamment pour obtenir des photographies dans les souterrains, dans les cavernes, dans les mines. Un fil de magnésium de 3 millim de diamètre brûlant dans l’air, a un pouvoir éclairant de 74 bougies ; Bunsen a trouvé qu’un décigramme de magnésium brûlant dans l’oxygène donne une lumière équivalente à celle de 110 bougies, bien que la surface incandescente du métal fût 7 fois moindre que la flamme d’une bougie. Ainsi l’éclat intrinsèque de la lumière du magnésium est au moins sept cents fois celui d’une bougie.

Enfin, d’après des expériences dues à M. E. Becquerel, l’arc voltaïque produit par une pile à acide azotique de 100 couples, donne une lumière dont le pouvoir éclairant équivaut à celui de 1000 bougies. En plaçant une telle source de lumière à 1 mètre de distance d’un écran, la surface en serait éclairée 75 fois moins que par le soleil au zénith, environ 60 fois moins que par le soleil à une hauteur de 30 degrés sur l’horizon Mais cette intensité lumineuse a été de beaucoup dépassée, et MM. Fizeau et Foucault, comparant l’éclat de l’arc voltaïque à la lumière que donnait le soleil par un ciel pur du mois d’avril, ont reconnu qu’il était seulement deux fois et demie moindre que celui de l’astre radieux. La lumière ainsi produite était celle du charbon positif

traversé par le courant d’une pile que formaient trois séries de quarante-six couples Bunsen.

§ 5. — La phosphorescence.

L’incandescence, c’est-à-dire la radiation lumineuse développée par une haute température, accompagnée ou non de combinaisons chimiques, n’est pas le seul mode de production de la lumière. Les corps peuvent devenir lumineux et être visibles dans l’obscurité, dans diverses circonstances que nous allons étudier maintenant.

En 1677, un alchimiste de Hambourg du nom de Brandt découvrit, par un procédé qu’il tint d’abord secret *, un nouveau corps doué, entre autres propriétés singulières, de la faculté d’émettre, quand il est exposé à l’air, une légère fumée qui se renouvelle continuellement : dans l’obscurité, cette vapeur est lumineuse. Be là, le nom de phosphore (de oolç lumière, cpopoç qui porte) appliqué à cette substance, qui est un des soixante-six corps simples actuellement connus. Si l’on trace, avec un bâton de. phosphore, des caractères quelconques sur un mur, ils apparaissent comme des traits lumineux dans l’obscurité, et ne cessent de luire qu’après la disparition complète, par combustion lente ou évaporation, de la matière phosphorée.

Bien avant la découverte de ce corps, on donnait

L Peu d'années après Brandt, Kunckel trouva le moyen d’obtenir le phosphore. Un siècle plus tard, en 1769, Scheele montra qu’il est contenu en grande abondance dans les os de l’homme et des animaux.

le nom de phosphores à toutes les substances qui émettent, comme lui, de la lumière, sans accompagnement de chaleur sensible. Tels sont les bois que l’humidité a fait tomber en décomposition, les poissons de mer morts, mais non encore putréfiés, dont la lueur se communique à l’eau elle-même quand on les agite pendant quelque temps, et enfin un grand nombre de substances minérales, quand on les soumet à des chocs ou à des frottements mécaniques, ou qu’elles ont été exposées aux rayons solaires.

C’est à cette émission de lumière, spontanée ou artificielle, que les physiciens donnent le nom de phosphorescence.

La phosphorescence n’est pas particulière aux matières inorganiques ou privées de vie. Quand, par une chaude soirée de juin ou de juillet, nous nous promenons dans la campagne, il n’est pas rare de voir dans l’herbe et sous les buissons une multitude de petites lueurs qui brillent comme autant d’étoiles terrestres : ce sont les lampyres ou vers luisants , genre de coléoptères dont la larve, comme l’insecte parfait, mais à un moindre degré, jouit de la propriété d’émettre une lumière d’un bleu verdâtre. Les fulfjores porte-lanterne de la Guyane et les cucuyos du Mexique et du Brésil brillent, pendant la nuit, d’une lumière assez vivepour qu’il soit possible de lire avec leur seul secours. Certaines fleurs comme les fleurs du souci, de la capucine, de la rose d’Inde, ont été considérées comme phosphorescentes; mais s’il paraît aujourd’hui prouvé qu’on s’est trompé à leur égard, il reste certain qu’une quinzaine de plantes phanérogames et huit ou neuf

cryptogames ont la propriété d’émettre de la lumière; mais c’est seulement le soir, après une journée où ces végétaux ont pu recevoir la lumière du soleil, de sorte que l’insolation paraît être, pour eux, une condition essentielle à la phosphorescence. La phosphorescence de la mer est produite par des myriades d’animalcules qui, comme les lampyres et les fulgores, émettent une lumière assez vive pour donner aux flots l’apparence de nappes embrasées. Ce sont tantôt des infusoires, tantôt des méduses, des astéries, etc., qui répandent, les unes une lumière bleuâtre, les autres des lueurs rouges ou vertes, ou même communiquent à l’eau de la mer une teinte blanchâtre qui lui fait donner par les marins les noms de mer de neige ou de mer de lait.

Les coquilles d’huîtres calcinées deviennent lumn neuses, quand elles viennent d’être exposées à la lumière du soleil : c’est au sulfure de calcium qu’est due cette propriété , qui appartient aussi aux sulfures de baryum et de strontium 1 .

La phosphorescence peut encore être développée dans un grand nombre de substances par des actions mécaniques ou chimiques. Une roue de verre , frottée dans le vide au moyen d’un tube de verre, dégage une lueur assez intense, dont la couleur est rouge de feu ; un morceau du minéral appelée dolomie donne une traînée lumineuse rouge, si on la

1. Canton, physicien anglais, a découvert, en 1764, la phosphorescence des huîtres calcinées : voilà pourquoi l’on nomme le sulfure de calcium phosphore de Canton. C’est à un ouvrier de Bologne, V. Carciarolo, qu’est due la découverte de la phosphorescence du sulfate de baryte calciné, De là le nom de phosphore de Bologne donné au sulfure de baryum.

frotte avec une étoffe de laine. Il en est de même de certains diamants ; la chaux phosphatée dégage une lueur jaune par le frottement. Qui ne s’est aperçu, en cassant du sucre, des lueurs qui se dégagent au moment du choc? On obtient des effets semblables en frottant énergiquement l’un contre l’autre deux morceaux de quartz, de craie, de chlorure de chaux ou en détachant par le clivage des lamelles de mica. Voici, d’après M. Becquerel qui cite lui-même Henri Rose, un curieux effet de phosphorescence due à un phénomène chimique de cristallisation : « Si l’on prend 2 parties d’acide arsénieux vitreux, 45 d’acide chlorhydrique ordinaire et 15 d’eau, que l’on porte le tout à l’ébullition dans un ballon pendant dix à. quinze minutes et qu’on laisse refroidir la dissolution aussi longtemps que possible, en diminuant graduellement la flamme du gaz qui sert à l’échauffer, si le ballon est placé dans l’obscurité, la cristallisation est accompagnée d’une vive lumière et la formation de chaque petit cristal est marquée par une étincelle. Si l’on agite le vase, un grand nombre de petits cristaux se forment tout à coup et en même temps il se produit beaucoup d’étincelles. Ce phénomène dure pendant tout le temps qu’il y a des cristaux à déposer, et quelquefois la dissolution refroidie est lumineuse, le second jour après l’expérience. » (La Lumière, tome I.)

L’action de la chaleur détermine aussi la phosphorescence, et cela à une température qui est bien inférieure à celle de l’incandescence. Le spath fluor, le diamant et d’autres pierres précieuses, la craie, les s.ulfates de potasse et de quinine dégagent de la lumière, quand on les met en contact avec des corps

chauds. Citons encore parmi les corps qui deviennent phosphorescents par l’action de la chaleur, la houille, la tourbe, la plombagine, le jayet, le soufre, le papier, les os, les dents, le corail ; et, parmi les liquides, les essences de térébenthine et de citron, l’huile de pétrole, quand on les porte à la température de l’ébullition. Nous verrons plus tard que l’électricité est susceptible de produire les mêmes effets sur les corps mauvais conducteurs.

Enfin, un grand nombre de substances, d’origine soit organique, soit minérale, deviennent phosphorescentes, si on les expose quelque temps à l’action d’une vive source de lumière, par exemple à celle des rayons du soleil. L’intensité, la durée et la nuance de la lueur produite par l’insolation dépendent à la fois de la nature des substances et de leur état physique. Quant à l’influence de la source qui détermine la phosphorescence, elle varie non-seulement avec l’intensité de cette source, mais aussi avec sa composition, c’est-à-dire suivant la réfrangibilité plus ou moins grande des rayons qu’elle émet elle-même. Ainsi la lumière d’une bougie peut suffire pour rendre phosphorescente le sulfure de calcium ; la lumière solaire est nécessaire pour d’autres corps ; la lumière électrique, si riche en rayons chimiques, détermine la phosphorescence en un temps extrêmement court.

Georges Pouchet nous citait un cas remarquable de phosphorescence déterminée par une insolation prolongée et qui se produirait sur la plus vaste échelle. Il se trouvait en Egypte, en face d’une bande de collines qui, à la lumière du soleil, avaient réflété pendant toute la journée une teinte d’un blanc jau-

nâtre éblouissant ; au coucher de l’astre, descendu presque perpendiculairement sous l’horizon, coucher suivi d’un très-court crépuscule, les collines dont il s’agit, bien que n’étant plus éclairées par la lumière solaire , conservèrent quelque temps un éclat, une illumination que nulle réflexion lumineuse ne pouvait expliquer. N’est-il pas probable que sous l’action continue d’une insolation intense et qui avait duré de longues heures, les roches dont ces collines étaient formées, étaient devenues lumineuses par phosphorescence? M. Edmond Becquerel, comme on le verra plus loin, a reconnu que certains corps soumis à l’action solaire, conservent des traces de phosphorescence plusieurs heures après l’exposition à la lumière : cette persistance est même plus grande chez les substances où la phosphorescence est développée avec une faible intensité.

Ainsi, voilà toute une série de phénomènes, dans lesquels la production de la lumière n’est ni le résultat d’une combustion vive à une haute température, ni celui d’une illumination rapide qui disparaît aussitôt que la source cesse d’être en présence de l’objet éclairé. Tous les corps que nous venons de passer en revue et que des circonstances particulières rendent phosphorescents, acquièrent, pour un temps limité il est vrai, mais souvent assez considérable , la propriété d’être lumineux par euxmêmes, d’émettre de la lumière sensible dans l’obscurité, lumière assez forte pour éclairer les objets voisins.

La phosphorescence paraît due à des causes multiples : dans les êtres organisés et vivants, le mode

de production de la lumière est à peu près inconnu. On sait seulement que la volonté de l’animal joue un certain rôle, qu’une température modérée est nécessaire au dégagement de la lumière, ainsi que la présence de l’oxygène. Un froid trop vif, une chaleur un peu forte la font également disparaître. Dans le phosphore, le bois pourri, les poissons morts, la production de la, lumière est due sans doute à une action chimique, à une combustion lente ; dans le vide en effet, toute phosphorescence cesse. Enfin, il résulte des faits exposés plus haut, que l’insolation, l’élévation de température, l’électricité, et des actions mécaniques où l’électricité et la chaleur jouent sans doute un rôle, sont, dans beaucoup de cas, des conditions favorables au développement de la phosphorescence. Dans ces derniers temps, ce mode singulier de production de la lumière a été l’objet d’études fort intéressantes, dues à MM. Biot, Matteucci, et principalement à M. Edmond Becquerel. Nous allons les résumer rapidement.

Il a d’abord été reconnu que la phosphorescence est une propriété que peuvent acquérir momentanément un grand nombre de corps, surtout à l’état solide et à l’état gazeux : le papier, l’ambre, la soie, et une multitude d’autres matières d’origine organique ; les oxydes et les sels des métaux alcalins, des métaux terreux , et de l’uranium ; un grand nombre de gaz. Mais ni les autres métaux, ni leurs composés, n’ont pu jusqu’ici manifester la moindre trace de ce phénomène.

Les teintes de la lueur phosphorescente varient selon la nature du corps : ainsi les pierres précieuses émettent une lueur jaune ou bleue. Les sulfures de

strontium, de baryum, de calcium, donnent toutes les nuances du spectre, depuis le rouge jusqu’au violet. Mais un fait singulier, mis en évidence par M. E. Becquerel, c’est que la teinte et la vivacité de la lueur ne dépendent pas seulement de la température, mais aussi du mode de production des sulfures, et ce qui est plus singulier encore, de l’état moléculaire des sels d’où ils ont été tirés. Ainsi, ayant pris divers carbonates de chaux, du spath, de la craie, etc., et les ayant traités par le soufre, il obtint six sulfures de calcium qui, exposés au soleil, devinrent phosphorescents, et donnèrent dans l’obscurité les teintes suivantes :

Teinte de la lueur.

I Spath Jaune orangé.

Sulfures i Craie Jaune.

de | Chaux de Spath. . . . Vert,

calcium / Arragonite fibreuse. . Vert.

provenant j Marbre Violet rose.

de I Arragonite de Vertai-

\ son Violet rose.

ce Si l’on veut me permettre une comparaison, dit M. E. Becquerel à l’occasion de ces faits, on pourrait dire que ces derniers corps, par rapport aux elfets lumineux, sont analogues aux cordes sonores auxquelles on fait rendre différents sons suivant leur état de tension. »

L’élévation de la température, nous l’avons déjà dit, accélère la phosphorescence ; mais aussi elle la fait dépenser plus vite : la lueur obtenue dure moins longtemps. Elle a aussi pour effet de modifier les teintes ; ainsi le sulfure de strontium, bleu à la température ordinaire, passe au violet bleu, au bleu clair, au vert, au jaune, et enfin à l’orangé, quand

on élève progressivement sa température de 20 degrés au-dessous de zéro à 150 degrés au-dessus.

Il était d’un grand intérêt d’étudier la manière dont les diverses radiations du spectre agissent sur les corps pour déterminer leur phosphorescence, depuis les rayons chimiques situés dans la partie obscure du spectre au delà du violet, jusqu’aux rayons calorifiques de la partie au delà du rouge. Pour cela, on a projeté le spectre sur des bandes recouvertes de diverses substances phosphorescentes, puis on a examiné dans l’obscurité les effets lumineux produits à des distances différentes, c’està-dire dans les régions que déterminent les raies prismatiques. On a vu ainsi quels étaient les rayons qui produisaient les effets lumineux les plus intenses. On a trouvé que le maximum d’action dépend des corps impressionnés ; mais, dans tous les cas, ce sont toujours les rayons chimiques les plus voisins du violet, les plus réfrangibles par conséquent , qui produisent la phosphorescence : les rayons calorifiques ne l’excitent point; mais ils sont doués de la propriété de continuer l’action des rayons chimiques. Ces résultats expliquent à merveille la faible action de la flamme des bougies ou du gaz pour produire la phosphorescence des corps, et au contraire l’efficacité de la lumière électrique : cette dernière source abonde en rayons chimiques ou ultra-violets, tandis que les premières, riches en rayons de chaleurs, sont très-pauvres au contraire en rayons chimiques. La lumière si vive du magnésium rivalise, comme l’a montré M. Le Prnux, avec la lumière électrique. Il suffit d’allumer un fil de ce métal en présence d’un tube renfermant par exemple

du sulfure de calcium, pour obtenir une phosphorescence prolongée de cette substance, ainsi qu’on le constate en portant le tube dans l’obscurité.

M. Edmond Becquerel a imaginé, pour l’étude de ces phénomènes, un instrument qu’il nomme phosphoroscope, et dont voici la description sommaire. Deux disques noircis sont percés chacun de quatre ouvertures en forme de secteurs et peuvent tourner autour d’un axe commun ; mais comme les ouvertures de l’un ne correspondent pas aux ouvertures de l’autre, il en résulte qu’un rayon de lumière ne peut jamais traverser le système des deux disques, quelle que soit d’ailleurs la vitesse de rotation. Ils sont l’un et l’autre enfermés dans une boîte noircie qui reste immobile et dans les parois de laquelle sont pratiquées deux ouvertures. La lumière solaire arrive par l’une d’elles, frappe le corps dont on veut étudier la phosphorescence et qui est fixé entre les deux disques dans l’axe des fenêtres extérieures de la boîte ; mais comme nous venons de le dire, elle ne peut traverser de l’autre côté. La lueur phosphorescente provoquée dans le corps passe, au contraire, par l’ouverture opposée, toutes les fois que le mouvement de rotation amène l’une des fenêtres mobiles en face de l’ouverture extérieure.

L’action de la lumière sur le corps se reproduit ainsi quatre fois à chaque tour : si la vitesse est suffisante, la phosphorescence produite est continue, et la sensation produite dans l’œil de l’observateur l’est pareillement.

Le phosphoroscope ainsi construit laisse arriver au corps qu’on observe, une quantité de lumière constante, quelle que soit la vitesse de rotation ; il

en est de même pour la quantité de lumière phosphorescente qui arrive à l’œil ; mais la durée, de l’action continue de la lumière sur le corps varie avec cette vitesse, puisqu’elle est égale au temps qu’une ouverture met à passer devant lui ; cette durée se mesure d’ailleurs aisément, quand on connaît les dimensions de l’ouverture et le nombre des tours que fait en une seconde le système des deux disques mobiles. En résumé, plus la rotation est rapide, plus est petite la durée de l’action de la lumière, mais aussi plus les interruptions dans cette action sont courtes, de sorte qu’il doit y avoir une certaine vitesse pour laquelle on obtient le maximum d’éclat.

A l’aide du phosphoroscope, M. Becquerel, outre les résultats que nous avons déjà indiqués plus haut, a pu constater dans certains corps des émissions lumineuses dont la durée est excessivement faible, puisqu’elle ne dépasse pas la dix-millième partie d’une seconde. D’autres, comme les sulfures verts de strontium et de calcium, restent phosphorescents pendant trente-six heures. Le diamant luit pendant plusieurs heures. Enfin, il a pu étudier la loi suivant laquelle les corps phosphorescents perdent leur lumière par émissions successives.

La lumière émise par divers végétaux et animaux phosphorescents, a été soumise à l’analyse spectrale ; on a trouvé que les spectres de ces lumières sont continus, qu’on n’y peut distinguer ni raies obscures ni raies brillantes.