CHAPITRE II

{Sources lumineuses par incandescence*

§ 1er. Appareils destinés à l’étude spectrale ou spectroscopes.

On a vu précédemment que Fraünhofer, dans ses recherches sur le spectre lumineux, avait fait usage d’un prisme de flint très-pur placé sur un théodolite, et qu’il examinait avec une lunette l’image d’une ouverture longitudinale vue par réfraction au travers du prisme. La disposition la plus simple, quand on ne veut pas mesurer les distances angulaires des lignes lumineuses ou obscures, consiste à se servir d’un appareil muni d’un collimateur, comme le goniomètre de M. Babinet, et n’ayant

SOURCES DE LUMIERE

pas de cercle divisé. L’appareil représenté (fi g. 14), et disposé comme l’ont indiqué MM. Kirchhoff et Bunsen, est généralement employé.

’ Fig. 14.

En C se trouve un prisme en flint: il est couvert d’une boîte cylindrique en cuivre, percée d’ouvertures en face des lunettes B, D et E, afin d’éliminer les rayons de lumière diffuse qui tomberaient de différents côtés sur le prisme. B est une lunette faisant collimateur ; elle porte une fente verticale très-déliée, laquelle, étant au foyer de la lentille de la lunette, rend parallèles les rayons qui viennent tomber sur le prisme ; on peut du reste, avec une vis, faire varier l’ouverture de la fente. Une lunette oculaire D permet de viser cette fente au travers du prisme et du collimateur; elle est portée sur une alidade qui peut recevoir un mouvement de rotation autour de la verticale passant par le prisme C , de façon à faire varier sa position par rapport au prisme. On peut ainsi viser sur telle partie que l’on veut de l’image prismatique.

Une disposition ingénieuse permet à l’observateur de voir en même temps que l’image du spectre produite par une source lumineuse A,

ANALYSE PAR RÉFRACTION

les traits d’un micromètre éclairé qui donne les distances comparatives des diverses raies obscures ou lumineuses. Pour cela ce micromètre est tracé sur une plaque en verre E, et est éclairé par transparence au moyen de la flamme d’une bougie F ; il est placé dans le tube E faisant collimateur, et son image est réfléchie sur la face du prisme de flint qui est du côté de l’observateur, de façon à être vue dans la lunette D en même temps que le spectre de la flamme A. Des vis déplacent le micromètre de bas en haut et de côté de manière à faire coïncider telle division que l’on voudra avec une des raies de la lumière que l’on étudie.

A l’extrémité du collimateur B se trouve en face de la fente un petit prisme en verre faisant fonction de miroir et couvrant la moitié de la fente. On peut faire réfléchir, au moyen de ce prisme, les rayons solaires ou les rayons d’une autre source lumineuse, lesquels, pénétrant par la même fente que la lumière A, donnent un second spectre vu en même temps que le premier dans la lunette, et qui se trouve placé au-dessus ou au-dessous, parallèlement à lui, suivant la position du prisme. On peut donc au moyen de cette disposition comparer les parties de même réfrangibilité de deux sources lumineuses et vérifier si des raies occupent les mêmes places dans les deux images, en même temps que le micromètre donne les distances relatives des différentes raie., entre elles.

Cet appareil n’offre pas une grande dispersion et ne peut servir quand on veut examiner les positions des raies les plus déliées des sources lumineuses par rapport aux raies du spectre solaire; on a recours alors à des spectroscopes à plusieurs prismes. Celui qui est représenté fig. 15, page suivante, porte six prismes; le collimateur auquel estfixé la fente mobile est en A; un petit prisme en couvre la moitié comme dans l’appareil précédent, etpermetde comparer les raies de deux sources de lumière. Les rayons lumineux émis par la source L, traversent le collimateur A, peuvent se réfracter successivement dans les prismes et sont ensuite reçus par la lunette oculaire B. De plus, un système de bras de levier peut déplacer à la fois tous les prismes pour permettre de viser sur telle partie du spectre que l’on veut. L’image d’un micromètre C, éclairé pari, est réfléchie sur la face antérieure du prisme n° 6, qui est devant la lunette oculaire B, et des vis peuvent changer sa position, comme dans le spectroscope décrit plus haut (1).

Les appareils à plusieurs prismes sont destinés à donner une grande dis*

(1) L’appareil figuré ici a été construit avec soin par M. J. Duboscq, et se trouve dans les galeries du Conservatoire impériale des arts et métiers.

152 SOURCES DE LUMIÈRE

persion aux images prismatiques, et l’on a été, comme on l’a vu , jusqu’à former des spectroscopes avec douze prismes en sulfure de carbone.

On a construit des appareils à vision directe qui ne donnent pas une dispersion aussi grande que ces spectroscopes , mais qui sont trèscommodes, surtout pour les observations astronomiques, alors que les intensités lumineuses ne sont pas très-considérables et qu’il est plus facile de placer l’instrument dans la direction même où la vision s’opère. Parmi ces appareils, j’indiquerai ceux qui sont fondés sur l’emploi des systèmes de prismes représentés fig. 16 et fig. 17.

M. Amici (1) a eu l’idée, pour rendre plus faciles les observations du spectre, d’associer deux prismes de crown à un prisme de flint compris entre eux, ce dernier ayant un angle de 90° opposé à ceux des deux autres prismes. On peut arriver à donner à ceux-ci un angle tel que le faisceau incident ressorte à peu près parallèlement à lui-même et soit dispersé, c’est-à-dire donne l’image du spectre.

(1) Donati, Museo Fiorcnlino, vol. 1, série seconde , 1860

ANALYSE PAR RÉFRACTION

M. Janssen (1) a utilisé cette disposition dans la construction d’un spectroscope portatif à vision directe formant une petite lunette. Le système de prismes qui est placé dans l’axe de l’appareil est représenté fig. 16. Il se compose de cinq prismes; deux en flint d’un angle de 90°,

BCD , DEF , et 3 en crown ABC, CDE, EFG . D’après la forme du système, le prisme en crown CDE com-

pris entre les -deux flints a un angle de 90° en D et les deux angles en C et en E sont de 45°. Ainsi les trois prismes centraux ont les mêmes angles. Les deux crowns extrêmes ABC, EFG ont en A et en G des angles de 54°; en B et en F des angles de 81 0 ; et en C et en E des angles de 45°. Les angles des prismes extrêmes doivent être un peu corrigés suivant l’indice de réfraction du crown employé, et l’on arrive aisément à observer que la transmission du faisceau lumineux se fait au travers du système en même temps que sa dispersion sans aucune déviation de la partie centrale. L’emploi de deux prismes de flint au lieu d’un seul augmente la dispersion du faisceau, sans diminuer beaucoup l’intensité lumineuse à cause des faibles pertes dues aux réflexions intérieures : aussi cet appareil est-il employé avec avantage pour être placé dans l’oculaire des lunettes à l’aide desquelles on observe les spectres lumineux des astres.

Le père Secchi (2), dans ses recherches sur la composition de la lumière des astres, dont il a été question plus haut, page 136, s’est servi d’un! prisme de ce genre à vision directe. La dispersion était telle que la distance angulaire des deux lignes B et G était de 20', et que celle de B à H était de 6° 51'; ainsi l’étendue visible du spectre occupait environ 7°, c’est-à-dire que le pouvoir dispersif de ce système était presque double de celui d’un prisme de flint ordinaire d’un angle de 60°.

M. J.^Herschell a proposé la disposition suivante (3) pour réfracter un faisceau de rayons lumineux sans le dévier, à l’aide d’un ou deux prismes

(1) Comptes rendus de l’Acad. des sciences , t. 55, p. 576.

(2) Id., t. 63, pages 364 et 621.

(3) Journal les Mondes, 7, p. 132, janvier 1865.

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formés d’une seule substance. Soit ABC, fig. 17, un prisme à angle droit

en B, tel que le plus petit angle A donne sin. 2 A=1 — —, w étant

Tb

l’indice de réfraction moyen ou correspondant ■ au j^une ; pour le flint ordinaire A est à peu près égal à 20°. Un faisceau émané d’une source L tombant sur la face AB sous un angle de 45° se réfracte, puis se réfléchit totalement en a et en b , et ressort parallèlement à la direction incidente; il est donc dispersé sans être dévié.

Si deux prismes semblables ABC, EDC, sont placés de manière à faire près du plus grand angle aigu C un angle de 90°, alors un rayon incident L sur une face, sous un angle de 45°, se réfracte et se réfléchit totalement deux fois dans chaque prisme, ou quatre fois en totalité en a b b' a' et ressort dans la même direction que l’incidence en L'.

Cette disposition est très-ingénieuse, mais ne donne pas une dispersion aussi grande que la réunion des prismes indiquée plus haut.

§ 2. Analyse par réfraction de la ; lumière des flammes. Raies brillantes.

Si la combustion lente dans quelques circonstances particulières donne lieu à une émission lumineuse assez faible, on peut dire que toute combustion vive produit un dégagement considérable de chaleur et de lumière. La production de la lumière dans ce cas est une des conséquences de l’élévation de la température et est due à l’incandescence des particules des corps; aussi, suivant l’élévation de température, la nature des composés formés ainsi que celle des éléments qui se trouvent en présence, l’intensité lumineuse est différente.

On ne peut estimer à priori la température à laquelle s’élèvent les composés dans des réactions aussi vives que les combustions ; on peut bien évaluer les quantités de chaleur produites, mais, ne connaissant pas les changements des capacités calorifiques des corps à mesure que la température est plus élevée ainsi que les effets résultant de la dilatation et des changements moléculaires qui peuvent se manifester, on ne peut arriver qu’à des évaluations incertaines si l’on veut déduire de ces

ANALYSE PAR RÉFRACTION

données la température observée lors de ces réactions : c’est à l’expérience seule à décider. On a vu dans le livre III, page 121, comment on pouvait estimer approximativement ces températures.

Quand les composés formés dans la combustion sont solides et opaques, à égalité de température , la quantité de lumière est la plus grande possible. Quand les composés sont gazeux, alors l’intensité lumineuse peut être beaucoup plus faible: les exemples qui ont été donnés dans le livre précédent suffisent pour établir cette proposition. Mais si les corps solides, liquides ou gazeux portés à l’incandescence émettent une lumière qui est d’autant plus vive que la température est plus élevée, avec les solides et les liquides il n’y a en général de différence que dans l’intensité lumineuse, et si l’on étudie la composition des rayons réfractés, elle indique un spectre continu sans solutions de continuité; avec les gaz incandescents, c’est-à-dire avec les flammes, il n’en est plus de même, et la composition lumineuse dépend de la nature des composés qui constituent la flamme. Alors l’analyse prismatique indique des solutions de continuité et des intervalles ou des raies brillantes.

On a vu précédemment quels avaient été les travaux relatifs aux raies ou lignes noires du spectre- solaire, et qui avaient paru depuis les recherches de Wollaston et de Fraünhofer. Ce dernier avait remarqué que la lumière des lampes donnait des lignes lumineuses très-déliées, pareilles en grosseur et en distance aux deux lignes noires D du spectre lumineux solaire ; il observa aussi que la lumière électrique obtenue comme on l’indiquera dans le livre suivant présentait des lignes brillantes au lieu de raies noires.

M. J. Herschell en 1822 (1) décrivit les spectres des flammes colorées par les sels de chaux, de strontiane et de cuivre, et indiqua entre autres la raie brillante orangée donnée par le chlorure de strontium. A la même époque, M. Brewster , s’occupant de ce sujet , montra que la flamme de l’alcool salé est d’un beau jaune puret que les rayons rouges émis par les sels de potasse quand ils se trouvent dans une flamme sont caractéristiques pour ces sels. M. Talbot (2) en 1826 décrivit les lignes brillantes qui existent dans différentes flammes, et émit l’opinion que le spectre prismatique d’une flamme pouvait montrer si elle contenait certaines sub-

(1) Transactions p kilo soph. d’Édimbourg,t. 9, p. 433, 1822.

(2) Comptes rendus de T Acad, des sciences , t. 62, p. 18. — Herschell, Traité d'optique , traduction de M. Quetelet, t. 1, page 316, et t. 2, page 454.

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stances qui autrement ne sauraient être découvertes que par une longue analyse chimique.

M. Brewster continua à s’occuper de cette question ayant en vue l’explication des raies noires du spectre solaire et la recherche d’un principe d’analyse chimique d’après lequel les corps simples pourraient être distingués par leur action sur certaines, parties du spectre. En 1833(1), comme on l’a indiqué précédemment , il exprima l’opinion qu’il y a dans notre atmosphère terrestre des éléments gazeux exerçant une action spécifique pour donner des raies noires d’une réfrangibilité déterminée, et que cette action dans quelques cas est identique avec celle qui est exercée par l'atmosphère solaire. Plus tard (2) il découvrit que les lignes lumineuses et brillantes de quelques flammes correspondent aux lignes qui manquent dans la lumière solaire. Il restait à montrer comment les flammes artificielles produisent des raies brillantes, et comment, si ces corps sont cause des raies que l’on observe dans l’atmosphère solaire, ils donnent des raies noires au lieu de raies brillantes; on verra plus loin quelle peut être l’explication de cette coïncidence.

M. Miller en 1845 (3) a donné la composition des spectres produits par des flammes provenant de la combustion de l’alcool mélangé de divers sels, et M. Swan (4), en s’occupant de la composition de la lumière des flammes des gaz hydrocarburés, a montré quelle était la faible quantité de sel marin nécessaire pour faire apparaître la raie des sels de soude.

On ne doit pas omettre de dire qu’avant ces dernières publications M. Wheatstoneen 1835, en analysant la lumière électrique des différents métaux, comme il sera dit dans le livre suivant, démontra que les raies lumineuses dont se compose son spectre variaient avec la nature des électrodes et étaient dues aux particules votatilisées des métaux employés. Depuis, M. Masson, en 1854, et surtout M. Plucker se sont servis des mêmes principes pour étudier les conditions diverses de la décharge électrique dans des gaz à des pressions différentes.

On voit, d’après ces recherches , qu’il était établi que l’analyse prismatique pouvait servir à spécifier la nature des matières existant dans

(1) T ransact. philos. d'Édimbourg , t. 12, p. 544 et 545. •

(2) Rapport de l'Association britannique, p. 1842, t. 15.

(3) Philosoph. mag., avril 1845. — Ann. de Poggend., t. 69.

(4) Transact. d'Edimbourg , t. 21, p. 411. — Ann. de chim. et de physique, 3e série, t. 57, p. 363.

ANALYSE PAR RÉFRACTION

les flammes ; mais MM. Kirchhoff et Bunsen en 1860 (1) imprimèrent une grande impulsion à l’étude de ces phénomènes en donnant aux procédés d’expérience une rigueur très-grande, et en analysant les conditions diverses dans lesquelles se produisent les raies brillantes des flammes.

Ils se sont appliqués d’abord à montrer l’avantage de l’emploi de l’analyse spectrale pour la recherche des métaux alcalins et terreux, car les autres métaux, comme le fer, le cuivre, etc., donnent des raies tellement nombreuses qu’il faut une étude plus longue pour les distinguer. Avec les métaux alcalins, le nombre des raies est moins grand ; ainsi le sodium en vapeur ne donne qu’une double raie correspondants à la raie D ; le lithium, deux raies, etc.

Ils ont fait voir que les raies sont d’autant plus visibles que la température de la flamme est plus élevée et son pouvoir éclairant moindre; et, en général, de toutes les combinaisons d’un même métal c’est la plus volatile qui pour une même flamme donne les raies les plus intenses.

Pour s’assurer que le même métal fait toujours apparaître les mêmes raies jusqu’aux plus hautes limites où l’on puisse parvenir, ils se sont même servis de l’étincelle électrique excitée entre des électrodes formées des métaux alcalins dont lés sels avaient été étudiés à l’état de vapeur, et ils ont trouvé que ces étincelles donnaient les mêmes raies caractéristiques. Indépendamment de celles-ci, le spectre des étincelles en présente d’autres, résultant en partie de la présence des métaux étrangers dans les électrodes, et de l’atmosphère gazeuse qui est portée à l’incandescence par les étincelles ; mais aussi il peut y avoir des raies qui sont très-faibles quand les flammes sont à des températures peu élenées, et qui prennent de l’intensité quand la température est aussi haute que dans la décharge électrique.

D’après leurs recherches, pour être dans les conditions les plus avantageuses à l’analyse chimique , on doit se servir d’un appareil à un prisme et de faible grossissement , comme le spectroscope représenté fig. 14, page 150, sans quoi l’apparence du spectre peut changer et les rapports d’intensité des raies peuvent n’être pas tout à fait semblables. Ils ont même montré que dans les spectres des flammes, quand il y a des raies de différente intensité, si l’on vient à augmenter le pouvoir lumineux de la flamme, ce sont les raies les moins brillantes qui gagnent en in-

(1) Ann. de Pogg , t. 110, p. 161. — Id., t. 113, p. 337. — Ann. de physique et de chimie, 3e série, t. 62, p. 452, et t. 64, p. 257. — Id. 4e série, t. 1, page 396.

SdURCES DE LUMIÈRE.

tensité, mais sans qu’elles puissent égaler les plus brillantes. Il fautdonc se tenir dans des limites d’un examen rapide et facile.

Us ont confirmé l’observation de M. Swan (1) sur les quantités trèsminimes de chlorure de sodium qui suffisent pour donner naissance à la raie caractéristique de ce métal. Ainsi en faisant détonner 3 milligr. de chlorate de soude mélangé de sucre de lait, dans une pièce de 60 mètres cubes où l’on observait le spectre avec une lampe à gaz qui ne donnait aucune raie, après quelques minutes ils virent apparaître la raie caractéristique du sodium, et cette raie ne s’effaça qu’après 10 minutes. En considérant qu’il faut une seconde pour observer commodément la réaction, et que pendant ce temps la flamme emploie environ 50 cent, cubes de gaz, lequel ne contenait que 1 vingt millionième de milligr. de sel de soude, on peut calculer que l’œil perçoit distinctement la présence de 1 trois millionième de milligr. de sel de soude.

La sensibilité excessive de cette réaction explique pourquoi tous les corps qui ont subi l’accès de l’air pendant un certain temps donnent naissance à la raie du sodium lorsqu’on les introduit dans la flamme de l’appareil, et pourquoi l’on ne parvient que pour un très-petit nombre de substances à faire disparaître entièrement cette réaction, même après un grand nombre de cristallisations dans des vases en platine.

MM. Rirchhoff et Bunsen dès le début de leurs recherches ont pu voir réaliser leur prévision que la méthode basée sur l’analyse optique pourrait reculer de beaucoup les limites de l’analyse chimique ordinaires ; ils ont en effet découvert qu’en outre du potassium, du sodium et du lithium, il existait deux autres métaux alcalins , bien que ces nouveaux éléments donnent lieu aux mêmes précipités que les sels du potassium et qu’on ne les rencontre qu’en très-petite quantité dans des eaux mères de certaines salines. Ces deux métaux ont reçu les noms de cæsium et de rubidium, d’après les couleurs bleue et rouge que ces métaux donnent aux lignes brillantes caractéristiques de leur image prismatique.

Bientôt après, en suivant cette méthode, M. W. Crookes (2) découvrit l’existence d’un nouveau corps simple, le thallium, que M. Lamy (3) a montré être un métal dont il a décrit les propriétés et les différentes

, t*t * il

(1) Ann. dechim. et de physique, 3e série, t. 57, p. 303.

(2) Chemical ne as, mars et mai 1801.

(3) Comptes rendus de V Academie des sciences , t. 54 et 55. — Ann. de chim. et de physique, 3P série, t. 07, p. 385 et 418.

ANALYSE PAR RÉFRACTION

combinaisons. En outre, MM. Reech et Ritter ont découvert (1), en 1863, l’existence d’un autre métal, l’indium.

Rien des recherches ont été faites sur l’analyse spectrale; mon but n’est pas de les décrire, mais de parler seulement des résultats généraux les plus importants qui ont été obtenus.

Si Ton fait dissoudre dans de l’alcool quelques chlorures très-volatils tels que les chlorures de lithium, de strontium, de sodium, d’antimoine, de cuivre, et que l’on forme avec ces liquides des petites lampes comme les lampes à alcool ordinaires, les flammes qu’elles produisent ont une coloration dépendant de la nature du chlorure qu’elles renferment. Les chlorures de lithium et de strontium donnent des flammes rouges; le chlorure de sodium, une flamme jaune monochromatique qui est d’un usage fréquent dans les expériences d’optique; le chlorure de cuivre, une flamme verte et celui d’antimoine une flamme d’une couleur blanche-verdâtre de teinte livide. Ces flammes offrent les raies lumineuses caractéristiques des différents métaux qu’elles renferment, et peuvent servir à l’étude spectroscopique des substances qui se dissolvent dans l’alcool et se volatilisent dans la flamme des lampes.

Ce mode d’expérimentation n’est applicable qu’à un petit nombre de substances; pour les matières moins volatiles, on se sert de fils de platine que l’on plonge dans une dissolution aqueuse du sel à essayer, et il suffit d’une très-petite quantité de sel portée dans la flamme non éclairante d’un bec de gaz et comme l’indique la fig. 14, page 150, pour produire les effets que l’on va décrire. Quelquefois l’on se borne à brûler une allumette que l’on a plongée dans la dissolution d’essai.

La planche fig. 18 jointe à ce volume donne l’indication de la position des principales raies obtenues dans la volatilisation des chlorures deà métaux alcalins et terreux au moyen de la flamme d’un bec de gaz ainsi que leur couleur.

En haut de la planche se trouve le micromètre dont les traits servent à indiquer les distances des différentes figures entre elles. La première représente le spectre solaire lumineux avec ses principales raies.

Ensuite viennent les figures des images prismatiques données par le cæsium et le rubidium. Le cæsium donne 2 raies bleues a, g, puis d’autres raies vertes et jaunes, parmi lesquelles on distingue 2 raies orangées y. Le rubidium donne en outre de deux raies orangées , placées

(1) Journal fiir praktische Chemie, 1863. — Frézénius, Traité d’analyse chimique,

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comme les précédentes, deux raies rouges caractéristiques de ce métal et un peu moins réfrangibles que la raie A.

Les figures des spectres du potassium Ka, du sodium Na et du lithium Li sont placées à la suite. Le potassium présente une lumière sans raies caractéristiques dans le vert et le bleu, mais il donne une raie violette et une raie rouge a correspondante à A. Le sodium présente la raie jaune bien connue a correspondante à D, et qui se dédouble comme celle-ci quand la dispersion du prisme est suffisante. Le lithium n’offre qu’une raie rouge-orangée a et une raiejaune p, bien plusïaible et plus difficile à distinguer.

Les trois figures qui suivent sont relatives au strontium Sr, au calcium Ca et au barium Ba; elles renferment des raies plus nombreuses que les images prismatiques précédentes. Le strontium donne une raie bleue S bien tranchée, deux raies orangées et une raiejaune a ; du reste, au-dessous de la figure du micromètre, on a indiqué les positions des différentes raies du strontium, ainsi que par l’épaisseur des traits noirs leur intensité approximative. Le calcium offre une large raie jauneorangée et une large raie verte parmi d’autres lignes jaunes et vertes. Le barium présente plusieurs raies vertes et des raies jaunes. L’image prismatique du thallium Tl donne une raie verte unique a ne correspondant à aucune raie noire du spectre solaire. L’image spectrale de l’indium In, représentée en dernier lieu, est formée de deux raies bleues a et p, la première étant la plus forte.

Le spectre du magnésium, non figuré ici, a plusieurs raies brillantes dont une correspond à la raie triple b du spectre solaire. Quant aux métaux tels que le fer, le cuivre, etc., ils donnent des raies lumineuses tellement nombreuses que leurs figures spectrales sont fort compliquées.

Ces figures supposent que les chlorures des métaux sont volatilisés isolément; quand plusieurs d’entre eux existent simultanément dans une flamme , on voit apparaître ensemble les systèmes appartenant aux divers chlorures, mais les figures spectrales des éléments les plus volatils se distinguent les premières.

Dans les images prismatiques dont on vient de parler, les lignes sont indiquées comme particulières à l’incandescence de la vapeur du métal alcalin , mais cela suppose que le chlorure soit décomposé ou bien que dans la volatilisation du sel le composé basique donne seul son caractère à la composition du spectre lumineux. Gela est vrai dans la plupart des cas; ainsi , par exemple, la flamme de l’alcool salé donne la même

ANALYSE PAR RÉFRACTION

raie double jaune D que celle que l’on observe avec la vapeur de sodium; mais plusieurs circonstances viennent modifier les résultats observés avec différents sels, et font que suivant les conditions de l’expérience d'autres# raies peuvent apparaître.

D’abord la température a une très-grande influence, et en général plus elle est élevée , non-seulement plus l’intensité lumineuse de chaque raie est grande, mais aussi plus sont nombreuses les raies que l’on peut apercevoir. On a vu plus haut que MM. Rirchhoff et Bunsen avaient même montré que, par un effet d’optique, la visibilité des raies faibles, dont l’épaisseur était plus ou moins grande, croissait plus vite que celle des raies brillantes. Aussi voit-on apparaître de nouvelles raies brillantes, quand on emploie la décharge électrique pour volatiliser les métaux et observer l’image réfractée qu’elle présente, la température étant plus élevée que dans les flammes ordinaires; le sodium peut alors à une plus haute température donner d’autres raies que la raie double jaune qui a la réfrangibilité de D (1) ; le thallium peut également donner d’autres lignes que la ligne verte (2), et l’on verra dans le livre suivant, où l’on étudiera particulièrement les effets provenant du passage des décharges électriques dans les gaz, qu’il est possible que l’incandescence du même gaz raréfié puisse donner des apparences diverses suivant l’intensité des décharges transmises entre les électrodes.

D’un autre côté, les recherches de M. A. Mitscherlich (3) ont montré que les combinaisons d’un même métal, comme les sulfates, chlorures, oxydes, ne donnent pas toujours un spectre, et que quand elles en donnent les raies ne sont pas toujours les mêmes, car ces spectres peuvent être dus, ou au métal lui-même si une portion du sel est décomposée dans la flamme, ou en partie à la combinaison si elle est volatilisée sans être décomposée. D’après cela , on ne saurait conclure l’absence d’un métal de l’absence d’une raie caractéristique de ce métal, car ce dernier pourrait faire partie d'une combinaison qui ne présente pas cette raie. Cependant, avec des sels très-facilement décomposables, comme les chlorures, la plupart des lignes appartiennent à la vapeur du métal lui-même, comme MM. Rirchhoff et Bunsen l’ont prouvé.

(1) Comptes rendus de VAcad. des sciences , t. 55, p. 334.

(2) Miller, Ann. de chim. et dephys., 3e série, t. 69, p. 507.

(3) Ann. de chim. et de phys ., 3e série, t. 69, p. 169(1863). — Id., 4e série, t. 2,p. 497.

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Ces recherches ont été confirmées par celles de M. Diacon (1). Elles montrent que tout en attachant une très-grande importance à l’analyse spectrale on ne peut en tirer des conclusions certaines, quant à l’existence des matières que l’on recherche, qu’en variant les conditions expérimentales pour connaître l’influence de la nature des éléments en présence sur la composition de l’image prismatique.

§ 3. Causes des raies du spectre solaire.

M. Kirchhoff (2) a montré que si l’on admettait pour toute espèce de rayons le principe de l’égalité entre le pouvoir émissif et le pouvoir absorbant d’un corps à la même température, il était facile d’expliquer pour quel motif une flamme donnait des raies brillantes quand elle agissait comme source de lumière, et des raies obscures par rapport aux parties voisines quand, agissant comme écran, elle était placée devant une source de lumière d’une intensité plus grande. Dans le premier cas en effet, les raies brillantes, sont dues au plus grand pouvoir émissif de la flamme pour les rayons d’une réfrangibilité déterminée. Dans le second cas la flamme, servant d’écran, en vertu de son pouvoir absorbant plus grand pour les rayons de même réfrangibilité que ceux qui sont émis en plus grande abondance, agit par absorption sur ces rayons émis par la source lumineuse placée derrière; et comme de chaque côté les autres rayons émis par les deux sources lumineuses n’éprouvent pas de changements notables, l’intensité lumineuse de ces parties reste à peu près la même, tandis qu’il y a diminution dans les régions où l’absorption a lieu, et il en résulte par contraste des raies obscures à la place des premières raies brillantes.

Ce principe était déjà admis pour la chaleur rayonnante ; il l’a prouvé pour la lumière en montrant que la flamme de l’alcool salé, qui donne une raie brillante quand on analyse la lumière de cette flamme, donne une raie obscure quand on place derrière la flamme une flamme plus vive, comme celle,du chalumeau à gaz oxygène et hydrogène. 11 y a alors renversement de la raie, puisqu’à la même place où l’on voyait une raie brillante on voit une raie obscure ; c’est donc par un effet de contraste que le second effet se produit. De même, si dans la flamme non éclairante

(1) Ann. de chim. et de phys., 4e série, t. 6, p.6 (1865).

(2) Mém. de l'Acad. de Berlin, 1859, p. 662; id., 1861. — Ann. de chim. et de phys. r 3e série , t. 58, p. 254 ; id., 3e série , t. 68, p. 5.

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d’un bec de gaz on introduit du chlorure de lithium, le spectre de cette flamme présente la raie rouge indiquée précédemment qui correspond à peu près au milieu de l’espace de B à C; mais si .l’on fait traverser la flamme par des rayons solaires, on voit apparaître une raie obscure nouvelle dans le spectre solaire , laquelle occupe exactement la position de la raie brillante dont il s’agit.

M. Kirchhoff put alors expliquer la cause de la coïncidence des raies brillantes de certaines flammes avec les raies noires du spectre solaire. C’est que, dit- il, dans l’atmosphère solaire les substances métalliques, les matières volatilisées se trouvent en incandescence, et ces massesgazeuses formant écrans par rapport à des parties plus lumineuses, les mêmes effets ont lieu comme précédemment, et il y a renversement des raies que donneraient ces mêmes matières agissant comme sources lumineuses ; on a donc des raies obscures au lieu de raies brillantes.

D’après cette supposition , l’expérience par laquelle M. Fizeau (1) a montré que la lumière du sodium brûlant dans l’air donne au commencement de la combustion, par l’analyse prismatique, une double raie noire qui est bientôt remplacée par une double raie jaune située à la même place, tient à ce que, lors de la plus grande ignition du sodium , la partie la plus brillante de la flamme se trouve entourée de vapeur de sodium à plus basse température, et qu’à la fin de l’expérience toute la flamme a sensiblement la même intensité lumineuse.

Le phénomène de renversement des raies n’avait été observé jusqu’ici qu’avec des flammes et les raies ou bandes d’absorption, c’est-à-dire les raies ou bandes obscures présentées par les dissolutions métalliques quand on plaçait celles-ci sur le trajet des rayons lumineux avant leur réfraction, et provenant de l’absorption de certains rayons par ces dissolutions, ne correspondaient pas en général aux raies ou lignes lumineuses données par les substances volatilisées dans une flamme. En effet, le principe de l’égalité des pouvoirs émissifs et absorbants d’un même corps pour un même groupe de rayons n’est relatif qu’à une même température ; mais il peut se faire que des corps présentent pour des rayons d’une même réfrangibilité le même pouvoir absorbant à diverses températures, et alors les mêmes raies ou bandes d’absorption se produiraient entre des limites calorifiques différentes.

(1) Comptes rendus de l’Acad. des sciences , t. 54, p. 493.

SOURCES DE LUMIÈRE

MM. J. Bahr et Bunsen (t) ont reconnu récemment qu’il en était ainsi avec les dissolutions des sels d’erbium; ces liquides placés sur le trajet des rayons réfractés donnent un spectre offrant huit bandes obscures (deux rouges, quatre vertes et deux bleues) dont les positions coïncident exactement avec les huit lignes lumineuses que donne Terbine incandescente placée dans la flamme non éclairante d’un bec de gaz. Ainsi l’erbine offre l’exemple d’une substance pour laquelle, par exception, le renversement des raies brillantes en raies obscures peut être effectué de la manière la plus simple, car avec les composés de cette substance les positions des bandes spectrales restent les mêmes à basse ou à haute température.

MAI. Bahr et Bunsen ont reconnu en même temps que l’erbine se distingue de tous les corps actuellement connus par ses propriétés optiques : Quand on calcine cet oxyde dans la flamme d’un chalumeau à gaz il ne se fond pas , il répand une lumière verte et s’entoure d’une auréole de même couleur quand la température est très-élevée, et donne par irradiation un spectre à raies lumineuses. MM. Bahr et Bunsen ont remarqué encore qu’en humectant un morceau poreux d’erbine avec une solution d’acide phosphorique concentré et en calcinant de nouveau la substance on augmente le pouvoir émissif de la matière et que l’effet optique est encore plus marqué. Si l’erbine ne présente aucune trace de volatilisation, comme le supposent MM. Bahr et Bunsen, ce serait le premier exemple d’une substance non volatile donnant par irradiation un spectre lumineux discontinu, puisque nous avons vu, page 104, que les solides et les liquides incandescents présentent une image prismatique continue et sans solutions de continuité, et que les gaz seuls jusqu’ici ont donné des spectres à bandes lumineuses. Mais cette exception mérite confirmation.

M. Kirchhoff, d’après la coïncidence que M. Brewster avait observée entre les positions des raies brillantes de certaines flammes, et celle de raies noires du spectre, et en remarquant que, dans l’analyse par réfraction de la lumière solaire et de celle d’une flamme dans laquelle le fer était en ignition, il y avait également une coïncidence parfaite entre les raies brillantes de fer et des raies obscures du spectre solaire, M. Kirchhoff pensa qu’il y avait la plus grande probabilité pour que ces dernières fussent dues) à la présence du fer en vapeur dans l’atmosphère solaire.

(1) Ann. der Chemie und Pharm., t. 137, p. 1 (nouvelle série, t. 61). Ann. de chimie et de physique, 4e série, t. 9, p. 484.

ANALYSE PAR RÉFRACTION

Il trouva en outre qu’il y avait coïncidence entre les raies brillantes des flammes de plusieurs métaux et plusieurs des raies du spectre, et que d’autres flammes ne paraissaient pas présenter ce résultat. D’après

lui, il se trouverait dans l’atmosphère solaire du fer, du magnésium, du

sodium , du potassium, du calcium, du chrome, du nickel et peut-être du cobalt, de l’aluminium, du barium, du cuivre, du manganèse et du zinc; mais l’atmosphère solaire ne renfermerait pas d’or, d’argent, de plomb, d’étain , d’antimoine, de cadmium , d’arsénic, de mercure, de lithium , de strontium , de silicium, ni de thallium.

Il est extrêmement remarquable que l’on ait pu s’élever par des observations d’analyse de lumière à la probabilité de la constitution chimique de l’atmosphère solaire; mais on a vu, d’après ce qui a été dit page 161, que l’absence de raies ne pouvait pas indiquer qu’une matière n’existât pas à l’état d’incandescence dans une flamme ; d’un autre côté , il peut se faire qu’il y ait des combinaisons entre les éléments qui constituent l’atmosphère solaire, et si tous les éléments ne sont pas séparés , il pourrait y avoir des raies correspondantes à ces combinaisons, et non pas aux bases métalliques elles-mêmes. Mais la température est si élevée que peut-être les éléments sont tous désunis.

Des considérations du même ordre permettraient de rendre compte des raies observées dans la lumière des astres, et dont il a été question page 134, et la diversité des matières qui se trouvent dans leurs atmosphères expliquerait pour quel motif les raies ne sont pas toutes les mêmes que les raies solaires.

Un certain nombre des raies noires du spectre solaire sont dues à la présence de l’air atmosphérique, car on a vu au commencement de ce livre, page 133, que l’atmosphère terrestre peut agir par absorption pour donner des solutions de continuité aux images prismatiques. On a désigné ces bandes et ces raies sous le nom de raies atmosphériques ou telluriques, et l’on a réservé le nom de raies solaires à celles que l’on observe en analysant le spectre solaire, et qui dépendent de la constitution même de cet astre.

Je dois faire remarquer, en terminant ce livre, que d’autres causes que les absorptions exercées par les masses gazeuses peuvent produire des raies noires analogues aux raies du spectre solaire. On verra en effet livre VI (1) que dans l’analyse par réfraction des rayons émis par les

(1) Ann. de chim. et de pluys., 3e série, t. 57, p. 54. Leçons faites à la Société chim ., 1861, p. 193. -

SOURCES DE LUMIÈRE

corps phosphorescents on observe avec les corps solides, à la température ordinaire, des effets de ce genre. Sans vouloir prétendre que des conditions analogues puissent se présenter dans des sources d’origine météorique où l’incandescence est d’ailleurs manifeste, quand on voit des causes si diverses et des actions exercées à des températures si différentes donner lieu au phénomène dont il s’agit ici, on ne doit pas se hâter de déduire des conclusions trop absolues des recherches, d’ailleurs fort importantes, faites sur l’analyse spectrale.