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de phénomènes que les anciens connaissaient dès lors certainement comme nous, mais sans en avoir soupçonné la cause. Les pierres précieuses, les diamants lancent des feux de diverses couleurs, et ce n’est pas une des moindres beautés de la précieuse substance de décomposer, à travers ses facettes, les rayons lumineux. L’arc-en-ciel est un phénomène dû à la même cause, comme nous le montrerons ailleurs dans la description des météores. Il en est de même des couleurs variées dont se teignent les nuages et les couches atmosphériques, à l’instant où ont lieu les crépuscules et les aurores. Enfin, dans les vases en verre contenant des liquides transparents, dans les morceaux de verre taillé dont on orne les lustres , on aperçoit suivant certaines directions des franges irisées offrant dans toute leur pureté les couleurs du spectre.

Une seconde expérience prouve à la fois qu’un Layon de chacune des couleurs du spectre est simple, et que son degré de réfrangibilité va en croissant du rouge au violet. Cette expérience consiste à laisser passer par un petit trou pratiqué dans l’écran, à l’endroit ou se forme le rouge par exemple, un étroit pinceau de cette couleur. Reçu sur un second écran (fig. 41), ce pinceau forme une image rouge en un point qu’on note avec soin. Si, au lieu de le recevoir directement sur cet écran, on interpose un second prisme, le pinceau lumineux reçoit une nouvelle déviation, et son image va se former en un point plus élevé que l’image directe . Mais la nouvelle image est rouge comme la première, et de même forme si le prisme est convenablement placé. La lumière rouge du spectre ne peut donc se décomposer.

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Or, la même expérience, répétée sur les couleurs successives, donne des résultats analogues. Donc, toutes les couleurs du spectre solaire sont indécomposables ou simples. Mais leur réfrangibilité est croissante : car on remarque que les distances entre les images directes des couleurs sur l’écran et l’image obtenue par la réfraction dans le second prisme, sont d’autant plus grandes que la couleur est plus rapprochée de l’extrémité violette du spectre.

Si, au lieu d’un prisme formé de flint-glass, on emploie un prisme d’une autre substance réfringente, solide ou liquide, on obtient des spectres plus ou moins brillants et plus ou moins allongés ; si les prismes sont incolores, les spectres sont composés des mêmes couleurs, rangées dans le même ordre. Mais leur proportion, les espaces occupés par chacune d’elles, varient suivant la nature de la substance, tandis que l’ordre des couleurs reste le même. C’est le flint-glass qui, parmi les solides, donne le spectre le plus étendu, surtout dans le violet, et le sulfure de carbone, parmi les liquides.

L’angle du prisme influe aussi sur l’étendue du spectre produit, étendue qui est d’autant plus grande que l’angle est plus ouvert. C’est un fait qu’on vérifie aisément par l’expérience, à l’aide des prismes à angles variables dont nous avons parlé plus haut.

Ainsi la lumière blanche se décompose par la réfraction en rayons diversement colorés, et la couleur de chacun des rayons correspond à un degré de réfrangibilité particulier. Voilà pour l’analyse de la lumière.

Mais si telle est, en effet , la composition de la

lumière, il doit en résulter qu’en réunissant, dans une proportion convenable, toutes les couleurs du spectre, le mélange des rayons colorés formera un faisceau de lumière blanche. Des expériences variées confirment pleinement cette conséquence de l’analyse de la lumière. La plupart de ces expériences sont dues à Newton, qui les décrit dans son Optique, et l’on ne fait guère aujourd’hui que les reproduire dans les cours avec de légères modifications.

La plus simple de toutes consiste à recevoir sur une lentille convergente le spectre solaire étalé par un prisme. En plaçant un écran de papier blanc au foyer où se réunissent les rayons des diverses couleurs (c’est le foyer conjugué du point où les rayons émergent du prisme) on aperçoit une image blanche du soleil. En approchant l’écran de la lentille, les rayons de couleur non réunis encore reparaissent d’autant plus vifs que l’écran est plus loin de ce foyer. Au contraire, l’écran est-il éloigné de la lentille, à partir du point de convergence, les couleurs reparaissent encore, de sorte que le rouge, précédent ment en bas, se trouve placé en haut, et le violet d’abord en haut est situé à la partie inférieure de l’image colorée.

A l’aide de deux pri smes de même substance et de même angle, mais opposés de position, ainsi que le montre la fig. 42, le faisceau de lumière blanche qui tombe dans le premier prisme se divise en rayons divergents et diversement colorés, mais la réfraction les ramène au parallélisme, à leur émergence du second prisme, et alors au lieu d’un spectre, on obtient un faisceau de lumière blanche .composée par la réunion des rayons de diverses couleurs. Sen-

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lement, le bord supérieur de l’image reçue sur un écran est rouge, et le bord inférieur est violet. Gela vient de ce que, parmi tous les rayons de lumière blanche formant le faisceau, les rayons moyens seuls donnent lieu à des spectres dont les couleurs se rassemblent ensuite, tandis que les rayons extrêmes du spectre ne se sont superposés avec aucune autre couleur, et la recomposition n’a pu s’effectuer en ces points.

Fig. il. — Recomposition de la lumière à l'aide d’un second prisme.

Deux spectres obtenus au moyen de deux prismes différents et projetés en sens inverse sur un écran donnent du blanc, à l’endroit où les couleurs se superposent.

Le spectre donné par un prisme étant observé avec un second prisme, on retrouve une position pour laquelle l’image reçue dans l’œil est ronde et blanche.

Toutes ces expériences et d’autres encore sont décrites par Newton avec une clarté et une simpli-

cité admirables. <c Jusqu’ici, dit-il, j’ai produit du blanc en mêlant les couleurs des prismes. Maintenant, pour mêler les couleurs des corps naturels, prenez de l’eau un peu épaissie avec du savon, et agitez-la jusqu’à ce qu’elle s’élève en écume. Après que cette écume sera un peu reposée, vous n’avez qu’à la regarder attentivement, et vous verrez partout diverses couleurs sur la surface de chacune des bulles dont cette écume est composée. Mais si vous vous éloignez au point de ne pouvoir plus distinguer les couleurs l’une de l’autre, toute l’écume vous apparaîtra d’une parfaite blancheur., » ( Optique , liv. I.)

Il essaya aussi d’obtenir la couleur blanche par le mélange, en proportions diverses, de certaines poudres colorées. De l’orpiment (sulfure d’arsenic de couleur jaune-orangé) mélangé de poudre de vert de gris et d’azur, lui donna un composé d’un gris cendré qui, exposé au soleil, et comparé à un morceau de papier blanc de même grandeur, posé à côté du mélange et à l’ombre, parut d’un blanc éclatant. Newton explique la couleur grise des mélanges de ce genre par l’absorption de lumière des éléments, et c’est pour obvier à cette diminution d’éclat qu’il jugea convenable d’éclairer fortement le composé par les rayons solaires.

Enfin, si l’on fait tourner rapidement un cercle, divisé en secteurs qu’on a colorés des couleurs principales du spectre, autour d’un axe qui passe par son centre, à mesure que la rotation devient plus rapide, les couleurs disparaissent à l’œil (fig. 43). Le disque prend une teinte d’autant plus blanche que la proportion des diverses couleurs aura été mieux

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observée, On comprend qu’alors les impressions successives des diverses couleurs sur la rétine se confondant, grâce à la rapidité du mouvement, les choses se passent comme si les rayons faisaient leur impression simultanément, et la sensation qui en résulte est celle de la couleur blanche.

Fig 43. — Expérience du disque tournant pour la recomposition de la lumière blanche.

Toute lumière dont le Soleil est la source, celle des nuages, de l’atmosphère, la lumière de la Lune et des planètes, donnent lieu aux mêmes phénomènes de décomposition et de recomposition. Analysées à l’aide du prisme, elles produisent des spectres d’éclat très-variable, mais dont la composition en rayons colorés est précisément celle du spectre solaire.

Les lumières provenant d’autres sources, des

étoiles, des flammes artificielles, du dégagement de l’électricité, soit dans les appareils de physique, soit dans les orages, donnent toutes des spectres, dans lesquels les couleurs sont disposées dans le même ordre que les couleurs du spectre solaire. Mais, en général, le phénomène est moins brillant; et, comme nous le verrons bientôt, il arrive que telles ou telles couleurs manquent, et alors elles se trouvent remplacées par des bandes obscures.

Les expériences qui servent à montrer que les diverses couleurs du spectre donnent, par leur réunion, de la lumière blanche, sont aussi concluantes, quand on emploie les rayons colorés du spectre, que si l’on se sert des couleurs des corps éclairés. Cela seul suffirait pour prouver que ces dernières couleurs sont, comme celles des sources lumineuses, inégalement réfrangibles. Mais Newton a fait des expériences directes sur cette différence. En voici une dont la vérification est aisée. On examine, à l’aide d’un prisme, un morceau de papier dont les deux moitiés sont peintes de couleurs différentes, par exemple l’une rouge, l’autre bleue ; et, en disposant le prisme et le papier au devant d’une fenêtre, comme l’indique la figure 44, on remarque que les deux moitiés du papier paraissent inégalement déviées, la moitié bleue se trouvant transportée un peu plus bas que la moitié rouge, de sorte que le morceau de papier paraît divisé en deux parties, dont l’une n’est plus le prolongement de l’autre. Le contraire arriverait si l’angle du prisme était placé en sens inverse. Ainsi le bleu est plus réfrangible que le rouge.

En recevant derrière une lentille et sur un écran

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de papier blanchies images du même papier éclairé par une chandelle, Newton reconnut pareillement qu’il fallait pincer l’écran à des distances différentes

Fig. 44, — Inégale réfrangibilité des couleurs des corps. Reproduction de l’expérience de Newton.

pour obtenir des images nettes de la moitié rouge et de la moitié bleue. Un fil de soie très-noire, qui entourait le papier plusieurs fois, permettait de juger

avec plus de facilité l’endroit où l’image de chaque couleur se faisait avec netteté; car, en d’autres points, les raies noires étaient mal terminées et confuses. Pour la moitié bleue, la distance de l’image à la lentille se trouva plus petite que pour la moitié rouge, ce qui montre encore que le bleu est plus réfrangible que le rouge. Ces deux expériences sont les premières que Newton décrit dans son Optique.

§ 2. — Les raies du spectre solaire.

Joseph Fraunhofer, né en 1787, à Straubing, petite ville de Bavière, était fils d’un simple vitrier. Il fut d’abord ouvrier tailleur de verres, mais, à force de travail et de persévérance, il parvint à mériter la réputation du plus savant et du plus habile opticien de notre siècle. Fraunhofer ne se borna point à apporter à la construction des instruments d’optique une perfection jusqu’alors inconnue; observateur consommé, il se servit des appareils qu’il fabriquait, pour faire différentes découvertes, parmi lesquelles celle que nous allons décrire est à coup sûr une des plus curieuses et des plus fécondes en conséquences.

Newton, en étudiant les diverses parties du spectre solaire , n’avait rien pu distinguer qui servît de limite précise aux diverses couleurs : elles paraissaient se fondre les unes dans les autres d’une manière insensible et sans interruption apparente. Persuadé, par ses expériences, que les rayons colorés de la lumière blanche possèdent, de l’extrême

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rouge à l’extrême violet, tous les degrés possibles de réfrangibilité, il regardait chacun de ces rayons comme simple et homogène, et pensait que la lumière décomposée par le prisme était étalée d’une manière continue sur toute l’étendue du spectre.

C’est en cherchant à mesurer les indices de réfraction des rayons colorés, et en s’efforçant de trouver dans le spectre des points singuliers propres à lui servir de repère, que Fraunhofer découvrit ce fait capital, que la lumière du spectre solaire n’est pas continue, qu’elle est sillonnée d’une multitude de raies fines et sombres, formant dès lors autant d’interruptions brusques dans la bande lumineuse.

Il employa dans cette expérience, qui exige les précautions les plus délicates, un prisme de fïintglass d’une grande pureté, exempt de stries, sur lequel venait tomber le faisceau solaire après avoir passé par une fente étroite parallèle à l’arête du prisme. Le spectre ainsi obtenu, étant observé avec une lunette qui en grossissait les dimensions, lui donna, au lieu d’une bande continue où les couleurs se fondaient sans interruption, un ruban rayé dans le sens de sa largeur d’une multitude de raies obscures et même totalement noires, très-inégalement réparties dans toute l’étendue du spectre. La distribution de ces raies ne paraissait point d’ailleurs en rapport avec les teintes des couleurs principales.

Fraunhofer varia de toutes les manières possibles son expérience ; mais, tant que la source lumineuse employée fut la lumière du Soleil, soit directe, soit réfléchie, les mêmes lignes sombres apparurent toujours, conservant entre elles les mêmes rapports

d’ordre et d’intensité. Si, au lieu d’un prisme de flint-glass, on se sert d’un prisme d’une autre substance solide ou liquide, les distances seules des4 raies varient, mais d’ailleurs elles occupent toujours les mêmes positions relativement aux couleurs du spectre.

L’illustre opticien de Munich étudia avec un soin infini ce remarquable phénomène, il fixa avec une précision extrême les positions de 580 raies obscures, et, pour servir de point de repère et de comparaison, il distingua dans ce nombre huit raies principales, qu’il désigna par les premières lettres de l’alphabet. Les raies A, B, C, se trouvent toutes les trois dans le rouge, la première à l’extrémité du spectre, la seconde au milieu du rouge, et la troisième à peu de distance de l’orangé. La raie double D forme à peu près la limite de l’orangé du côté du vert ; E est au milieu de cette dernière couleur; F au milieu du bleu ; G et la double raie H sont l’une à la fin de l’indigo vers le bleu, l’autre à la fin du violet.

Depuis 1817, époque à laquelle Fraunhofer découvrit les raies qui portent son nom 1 de nouvelles lignes sombres ont été observées, et l’on évalue aujourd’hui à plus de 2 000 celles dont la position a été déterminée. Des raies aussi nombreuses sont difficiles à voir distinctement; il est nécessaire, pour cela, d’employer des prismes d’une grande puissance* dispersive, ou des appareils formés d’une

1. En 1802, le physicien Wollaston avait signalé déjà quelques-unes des raies du spectre. Fraunhofer ignorait cette observation, et a mérité, par ses études approfondies, d’être regardé tout au moins comme le second auteur de la découverte.

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série de tels prismes. Brewster, un des physiciens qui se sont le plus occupés de ces recherches, outre les précautions indispensables pour obtenir un spectre bien net et bien pur, augmentait la sensibilité de sa vue à l’aide du gaz ammoniac, dont l’action dissolvante détruit le voile fluide qui recouvre la surface de l’œil.

Fraunhofer ne se borna point à étudier les lignes qui rompent la continuité de la lumière dans le spectre solaire. Il appliqua ses belles méthodes d’observation aux spectres des autres sources de lumière. Et d’abord, comme on pouvait le pressentir, il trouva les mêmes raies dans les sources lumineuses qui renvoient par réflexion la lumière du Soleil : la lumière des nuages ou du ciel pur, celles de la Lune et des planètes. Les raies y sont, à la vérité, d’une intensité moindre. En observant les étoiles les plus brillantes, par exemple le spectre de Sirius, il trouva que ce spectre est aussi strié de raies sombres ; mais ces raies , beaucoup moins nombreuses, ne sont pas distribuées de la même façon que dans le spectre solaire ; d’ailleurs , les raies sombres changent d’une étoile à une autre. Enfin, il appliqua la même méthode à la lumière électrique : au lieu de raies sombres, il vit dans le spectre de cette lumière un certain nombre de raies lumineuses.

Telles sont les célèbres expériences qui ont servi de point de départ à une série de brillantes découvertes , dont l’ensemble constitue aujourd’hui une des branches les plus importantes de l’optique, et pour la chimie, la plus ingénieuse et la plus délicate méthode d’analyse. Essayons de donner une

idée de cette méthode, connue sous le nom d’analyse spectrale.

§ 3. — Analyse spectrale.

Le spectre solaire et les spectres qui proviennent de sources lumineuses analogues sont, comme on vient de le voir, sillonnés de raies sombres qui indiquent des interruptions dans l’émission de la lumière et prouvent, contrairement à ce que pensait Newton, qu’il n’y a pas, dans ces sources, des rayons possédant tous les degrés possibles de réfrangibilité.

D’autres sources lumineuses donnent des résultats différents. Quand on introduit dans une flamme artificielle, par exemple dans celle d’un bec de gaz ou d’une lampe à alcool, certaines substances métalliques que la haute température de la source réduit à l’état de vapeurs, on n’observe plus de spectres continus, mais quelques raies brillantes séparées par de larges intervalles obscurs. C’est ce qu’avait déjà remarqué Fraunhofer.

Depuis, le même fait a été étudié sous toutes ses faces et par diverses méthodes. On a reconnu que les raies brillantes des vapeurs métalliques varient en nombre et en position suivant la nature du métal; leur intensité varie de même avec la température ; mais, de même que les raies noires du spectre solaire, elles occupent les mêmes positions relatives, dont on a déterminé la concordance avec quelquesunes des premières.

Pour étudier les spectres de cette nature } les physiciens emploient des appareils qu’ils nomment

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spectroscopes. La fig. 45 représente l’un de ces instruments réduit à ses pièces principales. La flamme d’une lampe à gaz est placée sur l’axe d’une lunette dans laquelle elle pénètre par une fente étroite et

Fig. 4o. — Spectroscope à un seul prisme.

va rencontrer un prisme posé sur une plate-forme circulaire. Le spectre qui résulte du passage de la lumière à travers le milieu réfringent va former au foyer d’une autre lunette une image qu’on examine en mettant l’œil à l’oculaire de celle-ci.

Pour obtenir le spectre d’un métal, par exemple du sodium, on introduit dans la flamme de la lampe un fil de platine imprégné d’une dissolution concentrée d’un sel dont ce métal forme la base, de sel marin (chlorure de sodium), je suppose. Aussitôt on voit apparaître une raie jaune d’une grande intensité et aux contours très-nets. C’est la raie unique du spectre du sodium.

Le lithium donne deux raies principales, l’une jaune d’un faible éclat, l’autre rouge et brillante; le potassium fournit deux raies caractéristiques, une rouge, une violette ; d’autres raies jaunes et vertes les accompagnent. Le calcium donne une raie verte très-vive, une orangée, une bleue. Le strontium, huit raies , dont six sont rouges , une orangée , une bleue ; le baryum, deux raies vertes ; le thallium, une raie unique, de couleur verte et remarquable par son éclat.

Un grand nombre de corps simples ont été étudiés de cette manière, les raies brillantes de leurs spectres reconnues et fixées de position, de sorte qu’il suffit d’examiner et de comparer aux résultats dont nous parlons le spectre d’une flamme, pour qu’on puisse en déduire la nature des vapeurs métalliques qui s’y trouvent en dissolution. Delà, on le comprend, une nouvelle méthode d’analyse pour la chimie, méthode si délicate et si sensible que la millionième partie d’un milligramme de sodium suffit pour qu’on voie aussitôt apparaître la raie jaune caractéristique du spectre de ce métal. Deux chimistes et physiciens allemands, MM. Kirchhoff et Bunsen, ont porté l’analyse spectrale au dernier degré de précision, ce Je prends, dit M. Bunsen, un mélange

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des chlorures des métaux alcalins et alcalino-terreux, sodium, potassium, lithium, baryum, strontium et calcium, contenant au plus un cent-millième de milligramme de chacune de ces substances; je place ce mélange à la llamme, et j’observe le résultat. D’abord la ligne jaune intense du sodium apparaît sur le fond d’un spectre continu très-pâle ; quand elle commence à être moins sensible, et que le sel marin s’est volatilisé, les faibles lignes du potassium apparaissent; elles sont suivies de la ligne rouge du lithium, qui disparait bientôt, tandis que les raies vertes du baryum apparaissent dans toute leur intensité. Les sels de sodium, de potassium, de lithium, de baryum sont alors entièrement volatilisés; quelques instants après, les lignes du calcium et du strontium se montrent, comme si un voile se dissipait, et atteignent peu à peu leur forme et leur éclat caractéristiques. »

A l’aide de l’analyse spectrale, on a constaté la présence du sodium dans l’air et dans les poussières qu’il tient en suspension. La sensibilité de réaction de ce métal est si forte, que les observateurs du spectroscope sont obligés de s’entourer de toutes sortes de précautions pour que cette réaction ne se manifeste pas aussitôt par la présence de la raie jaune dans le spectre : il suffit d’épousseter un livre dans le voisinage de l’instrument, pour que cette raie se montre aussitôt.

Quatre nouveaux métaux ont été découverts par cette méthode : les deux premiers, le cæsium et le rubidium par MM. Bunsen et Kirchhoff, le troisième, le thallium, par M. Grookes et M. Lamy, le quatrième, l’indium, par MM. Reich et Richter. Le nom