CHAPITRE II

Durée et intensité de la lumière émise.

§ Ier. Durée de la lumière émise par les différents corps phosphorescents

à longue persistance.

' On a dit précédemment que le temps pendant lequel les matières phosphorescentes émettaient de la lumière dans l’obscurité était trèsvariable, et dépendait de la sensibilité des matières et de leur température. La plupart des minéraux et des substances salines lumineuses ne jouissent pas de la faculté de luire pendant plus de quelques secondes, ou, au maximum, de quelques minutes après l’action solaire à la température ordinaire; et encore faut-il que l’observateur soit resté dans l’obscurité pendant quinze à vingt minutes avant d’étudier les substances impressionnables, afin que sa rétine soit plus apte à saisir les moindres traces de lumière.

Il n’y a aucun rapport entre la durée de l’effet lumineux et l’intensité de la lumière émise à chaque instant : ainsi certains minéraux, comme l’arragonite, donnent une émission de lumière verdâtre assez vive, mais qui ne dépasse guère quinze à vingt secondes ; la leucophane, la chlorophane et certains diamants au contraire, qui après l’insolation sont moins lumineux que cette substance, offrent une durée qui est telle , qu’après une heure ils émettent encore de la lumière. Du reste, les expériences dont on va indiquer les résultats, ainsi que celles qui seront faites avec le phosphoroscope, conduisent à la môme conclusion.

On a choisi parmi les sulfures phosphorescents ceux qui présentaient les teintes les plus vives et l’intensité lumineuse la plus grande après l’action du rayonnement; on les a impressionnés en les exposant à la lumière solaire pendant une ou deux secondes, puis on les a rentrés dans l’intérieur d’une chambre parfaitement obscure, afin de suivre le décroissement de leur intensité lumineuse. En outre, ces matières ont été placées dans une boîte dont on n’ôtait le couvercle

PHOSPHORESCENCE PAR LA LUMIÈRE

qu’au moment de l’observation, afin de les soustraire le plus possible à l’influence de la lumière extérieure qui aurait pénétré dans la chambre noire. On a suivi d’abord ces phosphores pendant une heure, puis ensuite on est revenu dans la chambre noire vingt minutes avant chaque observation , afin que les yeux fussent plus impressionnables aux faibles rayons émanés des matières phosphorescentes.

Les résultats suivants ont été obtenus en comparant les intensités lumineuses des différentes matières phosphorescentes renfermées dans des tubes de verre, et, autant que l’on a pu en juger à la vue simple, par la comparaison des effets produits dans différents tubes. On indique ci-après les matières sur lesquelles on a opéré, ainsi que la couleur de la lumière émise immédiatement après l’action solaire , et l’ordre d’intensité de la lumière émise après cette insolation : le n° 1 indique la substance la plus lumineuse, le n° 2 celle qui l’est un peu moins, etc. On a eu :

Sulfure de calcium vert (préparation n° 4, page 231).. lumière verte-bleuâtre. n° 1.

Sulfure de strontium vert (préparation n° 3, page 236).. lumière verte n° 1.

Sulfure de barium vert (préparation n° 4, page 239). . lumière verte-jaunâtre. n° 2.

Sulfure de barium (préparation n° 2, page 239) lumière jaune-orangée. n° 3.

Sulfure de strontium violet (préparation, n° page 236). . lumière violette-indigo. n° 4,

Sulfure de strontium jaune (préparation, n° page 236)... lumière jaune n° 4.

Sulfure de calcium (préparation n° 1, page 23 1) lumière rouge-orangée. n° 5.

Sulfure de calcium (préparation n° 6, page 231) lumière violette n° 5.

""Ainsi, immédiatement après l’influence solaire les .deux premiers phosphores sont aussi lumineux l’un que l’autre et plus que tous les autres; puis viennent successivement les autres préparations.

Trois minutes après l’ordre n’est pas changé, mais la dernière préparation donne une lumière à peine appréciable.

Dix minutes après le commencement de l’expérience les deux premiers phosphores sont encore également lumineux, le troisième l’est un peu moins. Tous les autres, sauf le dernier, viennent ensuite, et présentent à peu près la même intensité, sans que la couleur de la lumière émise soit distincte; le dernier n’est plus visible.

Vingt minutes après, le sulfure de barium jaune-orangé et le sulfure de calcium rouge-orangé sont très-faibles, et à peine visibles une heure ensuite ; l’on a alors :

SOURCES DE LUMIÈRE

Sulfure de calcium vert,

après 1 h.

(n° 1), après 2 h.

après 3 h.

Sulfure de strontium vert,

id.

Sulfure de barium vert,

id.

Sulfure de strontium violet,

id.

à peine visible,

id.

insensible.

Sulfure de strontium jaune,

id.

après cinq heures, sept heures, vingt heures et trente heures, on n’a plus que quatre phosphores visibles; on a :

Sulfure de calcium vert, après 5 h. (n° 1), après 7 li. (n° 1), après 20 h. (n° 1), après 30 h. (n°l).

Sulfure de strontium vert,

id.

Sulfure de barium vert ,

id.

insensible,

Sulfure de strontium jaune,

id.

(n° 2), après 30 h.

à peine visible.

Après dix minutes d’action , les différences de teinte de ces divers phosphores qui sont si brillants immédiatement après l’action solaire sont difficiles à distinguer; après vingt minutes elles sont impossibles à saisir.

Ces résultats mettent en évidence plusieurs faits curieux : on reconnaît que trois des sulfures sont encore visibles après trente heures dans l’obscurité, ce qui dénote une émission très-lente de lumière; mais le sulfure de strontium jaune, qui immédiatement après l’action solaire était peu phosphorescent et ne se trouvait qu’au quatrième rang, a conservé après trente heures une action sensible, tandis que le sulfure de barium jaune était éteint après une heure, et le sulfure vert de la même base, qui luit si vivement dans les premiers instants, n’offrait plus aucune action après vingt heures. Quant au sulfure de calcium rouge, il ne donnait plus aucune phosphorescence après une heure, et le phosphore violet, quoique lumineux à peu près de même intensité que le sulfure jaune de strontium, ne luisait plus après dix minutes, tandis que ce dernier était encore lumineux après trente heures.

On voit que l’intensité 'primitive de la phosphorescence n’est pas en rapport avec la durée de l’émission lumineuse, et que des corps qui sont peu phosphorescents peuvent continuer à luire pendant longtemps. Ces dernières substances, qui sont dans le même cas que la chlorophane et le diamant, ont une grande capacité pour la phosphorescence , si l’on peut s’exprimer ainsi, c’est-à-dire une élasticité plus grande par rapport aux vibrations lumineuses.

PHOSPHORESCENCE PAR LA LUMIÈRE

Les résultats précédents ont été obtenus à la température de 16 degrés. Il faut avoir soin, pendant l’expérience, de laisser les corps à la même température, car en les échauffant, après avoir été insolés, ils deviennent très-lumineux, mais ils cessent rapidement de l’être ; en effet, ils ne sont capables que d’émettre des rayons correspondant à une certaine somme de vibrations lumineuses, qui est la même pour un même corps, comme on l’a expliqué dans le livre III, page 52.

■ § 2. Durée de la persistance de P impression lumineuse sur les corps ;

phosphoroscope.

On a pu voir, d’après les effets dont il a été question jusqu’ici, que ce n’est que dans les cas très-particuliers où les corps présentent une persistance assez grande dans l’impression exercée sur eux par la lumière que les phénomènes de phosphorescence peuvent être observés.

Ce n’est qu’après être arrivé à la construction d’un appareil que j’ai

nommé phosphoroscope que j’ai pu reconnaître, non-seulement que le phénomène de phosphorescence était beaucoup plus général qu’on ne le pensait, mais encore à préciser les conditions dans lesquelles il se produit. Dans cet appareil en effet les corps sont vus par l’observateur après l’action de la lumière, de façon que le temps qui sépare le moment de l’observation de celui de l’action lumineuse est aussi court que l’on veut, et peut être mesuré; en outre, les effets lumineux sont rendus continus.

Cet appareil est fondé sur le principe suivant : Qu’on imagine au milieu d’une chambre n noire deux disques verticaux M et N, fig. 29, fixés d’une manière permanente à un axe horizontal, à peu de distance l’un de l’autre (1 centimètre environ), et pouvant recevoir un mouvement de rotation autour de cet axe. Supposons que le premier disque M porte quatre ouvertures a, a', a", a'", de 22° 30' de grandeur angulaire et placées symétriquement autour du centre, et que le second disque N porte également quatre ouvertures semblables b, b b", b"\ mais ne correspondant pas aux quatre précédentes, de sorte que chaque espace vide a\ a ", a", soit en regard d’un espace plein du second disque, et vice versa. Si l’on dirige d’une

SOURCES DE LUMIÈRE

manière fixe un faisceau de rayons solaires sur le disque antérieur M, perpendiculairement à ce disque et près de la circonférence, ce faisceau ne pénétrera de l’autre côté que si l’une des ouvertures a , a', a!" , se trouve dans la direction de ce faisceau ; mais dans ce cas il sera arrêté par l’autre disque. En donnant donc un mouvement de rotation au système des deux disques autour de leur axe commun, jamais le faisceau lumineux ne pourra le traverser, car il faudrait arriver à une vitesse telle que la lumière pût passer d’un disque à un autre pendant la durée de la rotation de la moitié d’un intervalle plein, ce qui, avec la vitesse connue de la lumière, ne serait atteint que par un mouvement de rotation de plus de deux milliards de tours par seconde; or, on ne peut guère dans ces appareils aller au delà d’une vitesse de quatre à cinq cents tours par seconde. Ainsi, ce système des deux disques M et N, interposé entre un observateur et le volet d’une chambre noire par où arrive le faisceau lumineux sur le disque antérieur, fera l’effet d’un écran opaque dans toute son étendue.

Mais si entre les deux disques on place un corps dans une position fixe et dans la direction du faisceau lumineux, ce corps pourra recevoir de la lumière chaque fois que, par le mouvement de rotation, une ouverture du premier disque M passera entre lui et la source lumineuse. Si alors ce corps devient actif et émet, après l’insolation, des rayons en vertu de son action propre, si en outre cette émission présente une certaine durée, l’observateur placé de l’autre côté, au delà de N, verra le corps chaque fois qu’une ouverture de ce second disque N passera entre lui et le corps. Il faut, bien entendu, que le mouvement de rotation soit tel que la durée de l’émission lumineuse du corps en vertu de son action propre soit plus grande que celle du passage de la moitié d’un espace plein des disques devant l’observateur.

L’appareil suivant réalise cette disposition, et permet de voir les corps d’une manière continue après l’impression de la lumière et en vertu de leur action propre, en éliminant toute trace de lumière incidente, même quand la durée de l’impression de la lumière n’est que de

de seconde.

MN, fig. 30, est une boîte cylindrique de 10 centimètres de diamètre environ, fixée sur un montant en fonte et pouvant se placer dans une position quelconque. Cette boîte renferme un système de deux disques mobiles percés d’ouvertures, et analogue à celui qui vient d’être dé-

PHOSPHORESCENCE PAR LA LUMIÈRE

Fig. 30.

crit plus haut fig. 29. Cette boîte a ses faces à double fond, comme l’indique la coupe de la boîte figurée à côté de l’appareil, de sorte que chacun des disques peut se mouvoir entre deux plaques métalliques en passant très-près de leur surface. Les faces de cette boîte, à l’intérieur comme à l’extérieur, sont percées d’ouvertures qui se correspondent exactement et qui ont même grandeur angulaire que les ouvertures des disques mobiles intérieurs. Si donc ces disques mobiles n’existaient pas, la lumière venant à tomber sur la partie antérieure de MN traverserait la boîte de part en part; mais du moment que les disques mobiles se trouvent dans l’intérieur, la lumière incidente ne peut plus passer, et l’appareil fonctionne pour permettre l’observation des effets de phosphorescence comme cela a été dit plus haut.

Les deux disques mobiles reçoivent leur mouvement dans la boîte fixe MN, à l’aide d’un axe ST. Cet axe, au moyen d’engrenages, est mis 1 en rotation à l’aide d’une manivelle P, ou bien d’un ressort, ou encore d’un tambour monté sur Taxe de la grande roue R et autour duquel

SOURCES DE LUMIÈRE

s’enroule une corde tirée par un poids. Dans l’appareil dont j’ai fait le plus souvent usage, quand le grand axe fait un tour, l’axe du dernier mobile fait 143 révolutions. On ne peut, du reste, avec la manivelle P faire au delà de 3 à 4 tours par seconde; par conséquent les disques mobiles ne peuvent .guère exécuter au delà de quatre à cinq cents révolutions par seconde.

Le corps a, qui doit recevoir l’action de la lumière, est placé dans un étrier qui s’adapte à la partie supérieure de la boîte MN, et au moyen duquel il se trouve interposé entre les deux disques. On pourrait également le fixer sur une tige passant à frottement au travers d’une plaque

adaptée sur le côté de la boîte à l’aide d’un bouton.

Afin que lors du mouvement des disques mobiles il n’y ait aucune trace de lumière diffuse qui vienne entraver la marche des observations, il est nécessaire que la dimension angulaire des parties pleines de ces disques soit égale à trois fois celle des parties vides ; d’après'-cela, les ouvertures doivent être en nombre pair. Les appareils dont les disques mobiles ont 4 ouvertures de 22° 30' sont ceux qui m’ont donné les meilleurs résultats, surtout pour les expériences dont il sera question plus loin. On a construit des appareils du même genre avec des ouvertures différentes de grandeur, soit pour les expériences de démonstration dans les cours publics, soit en vue d’effets spéciaux produits sur différentes classes de substances (1).

Une étude attentive de l’emploi du phosphoroscope m’a montré que lorsque l’axe de cet appareil est en mouvement le corps impressionnable placé au milieu n’est éclairé par la lumière incidente que pendant une série d’intervalles de temps très-courts dont la mesure est la durée du passage d’une ouverture des disques mobiles : d’après la largeur angulaire des ouvertures de l’appareil décrit plus haut (22° 30', les intervalles pleins ayant 07 30'), quand le grand axe fait un tour en une seconde la roue des disques en faisant 143, le temps du passage

d’une ouverture est de — ——ou de 0", 00044.

Ainsi, suivant la vitesse du phosphoroscope, le corps reçoit une série d’éclairements successifs pendant des temps très-courts et bien déterminés. Le temps qui sépare le moment où l’insolation cesse de l’instant où l’observateur voit le corps au milieu de l’ouverture, et que je

(1) Ann. de chimie et de phys., 3e série, t. 62, p. 8 et suivantes.

PHOSPHORESCENCE PAR LA LUMIÈRE

nommerai temps moyen, est représenté par la vitesse d’un point parcourant un arc égal à la moitié d’un espace obscur ou de 33° 43'; il est donc les J de la fraction indiquée plus haut, c’est-à-dire que pour une seconde du temps de la rotation du grand axe ce temps moyen est tle 0", 00066.

Quand un corps devient visible dans le phosphoroscope, l’observateur reçoit donc l’impression lumineuse qui s’est conservée après ce dernier temps, et cela en totalité pendant les passages de chaque ouverture ; ces passages étant successifs, l’effet lumineux est rendu continu. Mais si avec une vitesse déterminée V du grand axe de l’appareil on voit le corps lumineux et que l’on mesure l’intensité de la lumière donnée par ce corps, cette intensité peut être considérée comme représentant celle de la lumière émise après une insolation qui a duré

— — et alors que le corps est vu, en moyenne, — — après cette inso- 2288 1530

lation.

On suppose, bien entendu, que la durée du passage d’une ouverture suffit pour insoler le corps : cela est vrai pour un certain nombre

de substances, quand l’intensité de la lumière excitatrice est suffi-

santé; pour d’autres, comme on le verra plus loin, et notamment pour les corps qui conservent pendant assez longtemps l’impression de la lumière, et que l’on a nommés phosphores artificiels, une seule insolation ne donne pas le maximum d’effet, surtout avec une faible intensité lumineuse excitatrice; mais le passage successif des ouvertures conduit au même résultat, et donne au corps le maximum d’effet qu’il peut recevoir, et qui est atteint au bout d’un temps assez court. C’est pour ce motif qu’avec ces derniers corps, sauf des exceptions dont il sera question plus loin, les intensités lumineuses sont indépendantes de la vitesse de rotation du phosphoroscope entre les limites où j’ai opéré. Afin de diminuer le temps nécessaire pour que le corps ait le maximum d’effet et soit inférieur à la durée de passage d’une ouverture du disque mobile de l’appareil devant l’observateur, il faut donc augmenter le plus possible l’intensité de la lumière incidente, c’est-àdire concentrer cette lumière avec une lentille.

On voit en résumé , d’après ce qui précède, que si un très-grand nombre de co-rps deviennent lumineux dans l’appareil, l’effet produit sur un observateur est continu, car l’impression que ces corps reçoivent de la part du rayonnement se reproduit périodiquement chaque

SOURCES DE LUMIÈRE

fois qu’une ouverture du disque antérieur mobile passe devant eux. Il résulte également de là que pour une vitesse de rotation uniforme l’intensité de la lumière émise reste la même si celle de la lumière incidente ne change pas, et que cette intensité dépend de la vitesse de rotation elle-même. Il faut encore remarquer, et j’insisle sur ce point, que l’intensité de la lumière émise augmente avec la vitesse de rotation jusqu’à une certaine limite, différente pour chaque corps, et atteint un maximum que l’on ne peut dépasser, quelle que soit ultérieurement la vitesse de l’appareil; ce dernier effet provient de ce que si le temps qui sépare le moment de l’insolation de l’instant de la vision devient de plus en plus court, le temps pendant lequel le corps est éclairé diminue dans le même rapport, et lorsque le corps reçoit de la part de la lumière incidente autant qu’il perd pendant qu’il n’est plus soumis à son action, le maximum est atteint.

On peut aisément, à l’aide de différents corps, donner des exemples des effets précédents, c’est-à-dire de l’intensité lumineuse constante avec une vitesse de rotation constante du phosphoroscope , de l’aug-

mentation de cette intensité quand on fait tourner l’appareil plus rapidement, et de l’établissement du maximum d’action.

Le spath d’Islande excité par la lumière solaire blanche ou par la lumière électrique devient lumineux orangé avec une vitesse très-petite de l’appareil ; puis le maximum de lumière est atteint très-vite. En effet, le corps une fois insolé n’émet plus de lumière d’une manière appréciable un tiers de seconde après avoir été soumis à l’action de la lumière. Parmi les variétés de spath d’Islande les plus lumineuses, on peut citer les spaths équiaxes et surtout les variétés prismatiques.

Le verre ordinaire crown ou fïint placé dans les mêmes conditions donne une lumière verdâtre plus ou moins vive : le maximum est atteint avec une vitesse un peu plus grande qu’en employant le spath d’Islande, car ce n’est qu’après un vingtième de seconde environ que les rayons émis ne sont plus appréciables.

L’alumine (coryndon ou alumine calcinée) présente une lumière d’un beau rouge ; après un vingtième de seconde les rayons émis ne sont plus perceptibles. Les rubis sont les variétés de coryndon qui présentent les effets les plus énergiques.

L’azotate d’urane donne une lumière verte qui devient très-vive quand on tourne très-rapidement l’appareil, car ce n’est que lorsqu’il se passe plus d’un centième de seconde entre le moment où l’insolation cesse et

PHOSPHORESCENCE PAR LA LUMIÈRE

l’instant de la vision, que les rayons émis par le corps ne peuvent plus être perçus par l’observateur.

Du reste, plusieurs platino-cyanures ne donnent plus d’effets appréciables après ou 4^ de seconde, et le bisulfate de quinine présente une limite encore plus reculée. On ne fait que citer ici plusieurs exemples, car un grand nombre de corps seront étudiés plus loin en détail.

Ainsi le phosphoroscope résout le problème de faire voir un corps au moyen de la lumière émise en vertu de son action propre et après l’influence du rayonnement, et non pas en vertu des rayons diffusés de la lumière incidente; il tamise pour ainsi dire la lumière qu’un corps peut émettre, quand ce corps reçoit un faisceau lumineux sur sa surface. Cet effet est produit en raison de ce que l’émission lumineuse, par action propre des corps, offre une certaine durée.

Dans l’appareil qui a été décrit plus haut, le corps est vu par transparence du côté opposé à celui par lequel la lumière incidente vient le frapper; quand le corps a une petite épaisseur cela est indifférent, même quand il est presque opaque. Il est facile de comprendre qu’à l’aide d’un semblable principe on a pu construire des appareils de diverses formes et même dans lesquels le corps est du côté par lequel la

Je citerai encore un phosphoroscope qui présente assez de différence avec les précédents pour qu’il soit nécessaire d’indiquer comment il est construit :

La fig. 31 représente la partie supérieure de l’instrument, la partie inférieure comprenant les rouages disposés à peu près de la même manière que dans l’appareil décrit plus haut.

Le disque mobile placé du côté de la lumière incidente , n’a qu’une seule ouverture de 30°, au lieu de quatre ouvertures comme précédemment; dans la figure

de chimie, 3e série, t. 55, p. 80, et t. 57

lumière extérieure vient l’influencer

Fig. 31 .

(1) Voir à ce sujet Annales de physique et et 62.

SOURCES DE LUMIÈRE

elle est représentée en pointillé à la base de la boîte, en face des rouages. Le disque situé du côté de l’observateur, en avant de la figure, a une ouverture C de 120°, mais sur le bord il est soudé à une partie cylindrique laquelle, dans son mouvement de rotation, passe près du fond de la boîte et empêche que le corps m, éclairé par les rayons actifs, ne soit vu dans la chambre noire au moment de l’influence de la lumière.

D’après cette disposition, la boîte AB, essentiellement fixe, est formée du côté opposé à l’observateur par deux plaques circulaires de 12 centimètres de diamètre, entre lesquelles peut se mouvoir le disque mobile. Un tube en cuivre, soudé à cette boîte, et qui n’est pas représenté ici, sert àéliminerles rayons de lumière diffuse dont il est nécessaire de se garantir. Deux ouvertures angulaires de 30° chacune sont pratiquées en face du tube et du corps m, de façon à permettre à la lumière d’impressionner le corps à un moment donné. Ce corps, du reste, se trouve soutenu par un petit support fixé dans l’intérieur de la boîte. La boîte AB est ouverte à sa partie supérieure ; le disque fixe qui est tourné du côté de l'observateur ayant une ouverture KHI représentant un angle au centre de 120°, et la partie cylindrique qui enveloppe la boîte étant également coupée dans toute l’étendue comprise dans cet espace , le corps m se trouve donc à découvert au moment où il brille en vertu de son action propre, et on peut l’observer en avant et da-ns différentes directions autour de lui.

Quand l’appareil est en rotation, l’intervalle vide provenant de l’ouverture faite dans la partie mobile pourrait occasionner un déplacement de l’axe de rotation ; il est facile de s’opposer à cet effet à l’aide d’un contre-poids P, d’une épaisseur suffisante, dont on règle les dimensions par des essais préliminaires.

La disposition de cet appareil ne permet pas à l’observateur, avec la même vitesse de l’axe, de percevoir les impressions lumineuses dans les mêmes conditions qu’avec les appareils précédents, car il n’y a qu’une seule ouverture dans le disque mobile, au lieu de quatre, et il est nécessaire que la vitesse de rotation soit quatre fois plus grande qu’avec l’appareil décrit plus haut.

Il est facile d’évaluer au reste quel est le temps moyen qui sépare l’instant de l’insolation du moment de la vision du corps dans ce phosphoroscope : comme l’axe du dernier mobile fait 180 tours quand la manivelle en fait 1, le temps du passage d’une ouverture est de

PHOSPHORESCENCE PAR LA LUMIÈRE

ce corps est donc vu après l’insolation au bout d’un temps moyen mesuré par

V étant la vitesse de rotation du grand axe.

Ce phosphoroscope, mettant le corps à découvert au moment où celuici est lumineux par lui-même, permet à un certain nombre de personnes placées autour de l’appareil d’être témoins des effets. Un modèle de ce genre se trouve dans les galeries du Conservatoire impérial des arts et métiers.

J’ai fait construire un appareil analogue à celui qui est représenté fig. 30, p. 249, mais dont les ouvertures très-étroites des disques mobiles, ainsi que celles de la boîte, n’ont que 2°, et les espaces pleins 7° ; il y a donc 40 ouvertures dans chaque disque. La vitesse du grand axe étant représentée par V, le temps du passage d’une ouverture est

quant au corps placé entre les deux disques, il n’est vu après l’insolation qu’au bout d’un temps moyen représenté par

Comme on peut facilement faire exécuter à la manivelle deux et trois tours par seconde, on voit que le temps qui sépare l’insolation de la vi-

sion pourrait être de -——à——- de seconde ou de 25 à 30 millio-

nièmes de seconde. Mais je n’ai pas trouvé que cet appareil pût être employé aussi avantageusement que les précédents. Il est vrai qu’on arrive, avec une faible vitesse du grand axe, à avoir le maximum d’intensité lumineuse que peuvent présenter la plupart des corps impressionnables, mais on n’augmente pas le nombre des substances que l’on peut observer avec les autres instruments; on est obligé de leur donner

SOURCES DE LUMIÈRE

une dimension en largeur très-étroite , et ensuite pour pouvoir concentrer une assez grande quantité de lumière sur leur surface il aurait été nécessaire d’avoir une lentille à plus court foyer que celle dont j’ai fait usage et une autre disposition de la boîte fixée à la chambre noire où les expériences ont été faites; aussi ai-je préféré l’emploi du premier phosphoroscope représenté fig. 30, page 249.

Je me suis également servi d’un appareil formé d’un cylindre vertical de 5 centimètres de hauteur sur 3 centimètres de diamètre, mobile autour de son axe et placé concentriquement dans un cylindre fixe, de façon à ce que une distance très-petite les sépare l’un de l’autre; ce cylindre mobile intérieur peut d’ailleurs recevoir sur sa surface une bande de papier enduit de matières impressionnables.

Dans le cylindre extérieur fixe, constituant une sorte d’enveloppe, se trouvent deux ouvertures de 1 centimètre de largeur sur 3 de hauteur, l’une du côté de la lumière incidente, l’autre dans la chambre noire et tournée vers l’observateur. Du reste, un large écran percé à son centre d’une ouverture, est fixé au cylindre, de sorte que la matière impressionnable adhérente à la bande de papier qui entoure le cylindre mobile ne peut recevoir de lumière que par l’ouverture opposée. Un fort mouvement d’horlogerie met en rotation .le cylindre avec une vitesse qui peut être modifiée à l’aide d’un régulateur dont on incline plus ou moins les ailettes.

Au moyen de cette disposition, la lumière incidente ne peut traverser le système des cylindres concentriques ; mais en donnant un mouvement de rotation au cylindre intérieur, à partir d’une certaine vitesse, la persistance des impressions lumineuses sur les matières placées sur le papier fixé à la surface de ce cylindre permet à l’observateur de recevoir une impression lumineuse qui est d’autant plus vive que la vitesse de rotation est plus grande.

On verra, par la suite, dans quelles circonstances chacun des appareils précédents a été employé.

§ 3. Substances impressionnables diverses , visibles dans le phosphoroscope .

Si l’on s’en tient à une faible émission de lumière, un très-grand nombre de corps deviennent lumineux dans le phosphoroscope quand ils sont éclairés fortement par la lumière, solaire ou électrique concentrée avec une lentille. Non-seulement bs matières phosphorescentes

dont on a parlé dans les deux premiers chapitres de ce livre donnent lieu à une émission de lumière, mais encore beaucoup d’autres composés. Parmi les corps simples, indépendamment du carbone à l’état de diamant, on peut citer le soufre comme donnant un effet assez faible; la lueur que le phosphore émet quand il est dans Pair, ne m’a pas permis de reconnaître s’il était lumineux par insolation ; du reste, en tous cas, l’effet produit ne pourrait être que très-faible, car cette lueur ne paraît pas augmenter quand le corps est dans le phosphoroscope. Les métaux n’ont présenté jusqu’ici aucune action appréciable.

Les bases alcalines et alcalino-terreuses ainsi que les terres etplusieurs de leurs combinaisons, sont les corps qui offrent en général les actions les plus vives. La potasse, la soude, ainsi que les chlorures, bromures, iodures de potassium et de sodium, et les sulfates, silicates, etc., de potasse et de soude donnent des effets marqués ; quant aux bases alcalino-terreuses et à lëurs combinaisons, elles présentent des effets parfois très-intenses. On peut citer, indépendamment des chlorures, nitrates, sulfates de chaux, de baryte et de strontiane, ceux qui renferment un acide organique comme les tartrates, formiates, citrates, ou bien les corps à base de cyanogène, etc. L’oxamate de baryte donne une teinte blanche-verdâtre, et dans les rayons ultra-violets une émission lumineuse assez vive de meme nuance. La mellite donne également une teinte verte assez brillante.

La magnésie, le carbonate et le sulfate de la même base, le carbonate de glucine, le zircon, donnent dans le phosphoroscope une émission de lumière.

Parmi les corps dont l’action est des plus vives, on peut citer l’alumine ainsi que plusieurs de ses combinaisons. Cette matière est d’autant plus intéressante à examiner qu’on peut l’obtenir amorphe, cristallisée, puis combinée de manière à jouer le rôle d’acide ou de base; plus loin les effets auxquels elle donne lieu seront étudiés en détail.

Quant à la silice, elle ne manifeste aucune action , à moins qu’elle ne soit à l’état de quartz résinite , et il est possible qu'en raison de cela un très-grand nombre de minéraux dans la composition desquels elle entre ne possèdent aucun pouvoir lumineux appréciable par les moyens mis en usage jusqu’ici. D’un autre côté, dans ses combinaisons elle laisse prédominer l’effet des bases qui se trouvent combinées avec elle. Il est très-remarquable de voir que des deux substances solides les plus répandues à la surface de la terre, l’alumine et la silice, l’une

SOURCES DE LUMIÈRE

offre une action très-énergique, l’autre ne présente d’effets que dans des circonstances spéciales.

Les substances organiques et les composés à base organique sont pour ainsi dire presque tous lumineux, quoique les effets qu’ils présentent soient de faible intensité'; cependant, la durée de la persistance des impressions lumineuses est assez étendue : on peut citer parmi ces matières les alcalis végétaux, les substances comme le sucre, la mannite, la salicine, l’asparagine, la dulcine, l'orcine, etc., les acides tartrique, citrique, benzoïque, stéarique, succinique, etc. Néanmoins, avec quelques groupes de ces corps on observe une disposition moléculaire spéciale d’après laquelle il y a persistance très-courte de l’effet lumineux et non appréciable au phospboroscope dont je me suis servi : tels sont le bisulfate et le bitartrate de quinine, la dissolution végétale de chlorophylle, d’esculine, quelques platino-cyanures, etc.

Les sels métalliques sont en général très-peu actifs, et quand ils le sont, l’effet qu’ils manifestent est très-faible. Je citerai néanmoins parmi ceux qui donnent une émission de lumière, indépendamment du sulfure de zinc (blende-hexagonale) dont il a été question précédemment, page 270, l’acide arsénieux, le nitrate d’argent, les sulfate et acétate de cadmium, le nitrate de plomb, le cyanoferrure de potassium, etc. Quant aux composés d’uranium, ils donnent lieu à des effets d’une grande intensité, mais de courte durée, dont il sera question dans un des paragraphes suivants.

Il faut observer que l’émission de lumière dans l’appareil est nécessairement limitée à la sensibilité de la rétine, à l’intensité des rayons actifs et à une certaine durée de persistance de l’impression lumineuse. Cette durée ne peut être représentée par un temps déterminé que relativement aux effets appréciables à nos yeux, car les corps, même quand ils ne sont pas visibles, pourraient continuer cependant après l’action lumineuse à émettre des rayons qui ne seraient plus sensibles; dans ce cas, en augmentant l’intensité des rayons actifs on augmenterait la durée de la persistance ainsi que l’intensité des effets, et il est probable que l’on augmenterait la liste des matières lumineuses après l’action du rayonnement. De même, on peut supposer que certaines matières qui ne commencent à apparaitre qu'avec une vitesse de rotation assez grande du phosphoroscope deviendraient visibles en faisant usage d’un 'appareil dont les disques tourneraient plus rapidement encore.

PHOSPHORESCENCE PAR LA LUMIÈRE

D’un autre côté, même si les corps ne sont pas lumineux dans le phosphoroscope , on ne peut dire qu’il n’existe aucun effet après l’action du rayonnement; car la lumière pourrait exciter des vibrations d’une autre vitesse que celles qui sont perceptibles à nos yeux (et en général plus lentes), et capables de donner lieu soit à des effets de chaleur, soit à d’autres actions moléculaires encore inconnues.

L’influence de l’état moléculaire de chaque corps sur les effets produits est quelquefois plus grande que celle qui provient de leur nature; les observations faites à l’aide des sulfures alcalino-terreux , et rapportées dans les deux premiers chapitres, avaient déjà conduit à cette conclusion ; cependant, on ne peut formuler aucune loi générale à cet égard.

D’abord, en ce qui concerne la fusion, j’ai déjà signalé les effets observés avec le chlorure de calcium et avec le nitrate de chaux fondus ou avant la fusion. D’autres substances montrent que tantôt l’effet lumineux est augmenté, tantôt il est diminué, tantôt enfin il n’est pas changé. L’acide borique en paillettes est assez vivement lumineux avec une teinte bleue-verdâtre ; si on fond cette substance une fois revenue à la température ordinaire, elle est jaune dans le phosphoroscope avec une intensité presque aussi grande, mais la composition de la lumière émise est différente. Le sulfate neutre de quinine donne une teinte jaune faible quand il est en petits cristaux; lorsque cette substance est ondue, elle donne une masse un peu brune et très-lumineuse avec une teinte jaune. Le borax, le phosphate acide de chaux sont dans le même cas : cristallisés, ils sont faiblement lumineux; fondus, ils offrent une lumière jaunâtre qui est très-vive, surtout avec le second corps. Le sucre blanc en grains cristallins est faiblement lumineux avec une teinte verdâtre ; fondu, l’émission lumineuse est plus vive, et sa teinte devient jaunâtre. Quant à l’alumine, comme on le verra plus loin, amorphe ou cristallisée elle donne lieu aux mêmes effets.

L’acide arsénieux se présente sous deux états moléculaires différents : vitreux ou opaque. En prenant des fragments d’un même morceau, j’ai trouvé sensiblement le même effet pour les deux états de ce même corps. Du reste, dans le cours de ce travail on verra comment l’état moléculaire de chaque corps peut modifier les effets observés.

Dans certains cas les effets de phosphorescence par insolation sont analogues à ceux que l’on peut obtenir par élévation de température par frottement ou par percussion, mais dans d’autres il en sont tout

SOURCES DE LUMIÈRE

à fait indépendants. On a déjà parlé de ce résultat page 37. On peut à cette occasion citer le fluorure de calcium , qui après avoir été porté préalablement à la température rouge perd la, propriété de donner une émission de lumière par la chaleur, en conservant le pouvoir d’être impressionné par le rayonnement solaire ; d’un autre côté, si la dolomie et la chaux phosphatée donnent des lueurs analogues par le frottement et dans le phosphoroscope, le quartz, qui est très-lumineux par percussion, ou bien quand on le frotte, ne donne en général aucune émission lumineuse sous l’influence de la lumière quand il est bien transparent.

§ 4. Intensité maximum de la lumière émise par un corps pour une intensité

lumineuse incidente déterminée.

Lorsqu’un corps impressionnable est soumis à l’action de la lumière, il devient actif et rayonne comme il le fait au moment où on le rentre subitement dans l’obscurité; seulement , l’intensité de la lumière émise étant toujours une fraction très-petite de celle de la lumière incidente, il est difficile sous l’influence de celle-ci, sauf dans des cas spéciaux, de distinguer l’effet dû au rayonnement émané du corps de celui qui résulte de la réflexion régulière ou irrégulière de la lumière.

Il est évident que l’intensité de la lumière que le corps peut émettre en vertu de son action propre augmente graduellement depuis le moment où la lumière vient le frapper pendant un temps qui doit être très-court, et atteint un maximum qui ne peut être dépassé pour une intensité déterminée. Ce maximum est atteint lorsque la vitesse avec laquelle le corps reçoit l’impression lumiqeuse est la même que celle avec laquelle il la perd par rayonnement. On ne connaît pas à priori la loi qui règle cette illumination du corps ainsi que celle de la déperdition de la lumière, de sorte que l’on ne peut déterminer ce temps ; mais on démontre aisément par expérience l’établissement d’un maximum d’action. S’il s’agit des sulfures alcalino-terreux, il suffit d’introduire un faisceau de rayons solaires dans une chambre noire et de projeter ce faisceau sur un fragment d’un corps phosphorescent; on reconnaît alors qu’après une action plus ou moins longue le fragment présente dans les différents cas la même intensité lumineuse à l’instant où l’on cesse de l’éclairer.

L’emploi du phosphoroscope conduit également à l’observation d’un maximum lumineux; pour cela, l’on place dans l’appareil à quatre ou-

PHOSPHORESCENCE PAR LA LUMIÈRE

vertures décrit plus haut, page 248, et représenté fig. 30, un fragment d’un corps comme le spath d’Islande, l’aluminate de magnésie , l’alumine, le verre ordinaire, l’azotate d’urane, etc., et l’on dirige sur ce fragment le tube latéral CD dû photomètre décrit antérieurement page 74, Fig. 3, afin de comparer l’intensité de la lumière émise à celle de la lampe vue au moyen de l’autre tube AB du photomètre. On fixe devant l’objectif de ce dernier un verre coloré convenablement choisi, pour que les deux images à comparer aient la même teinte.

Si l’on met alors le phosphoroscope en rotation , en augmentant graduellement la vitesse de cet appareil, on reconnaît que l’intensité lumineuse avec le spath d’Islande reste la même , quelle que soit la vitesse de rotation ; cependant en employantle phosphoroscope à une ouverture, si l’on tourne très-lentement le grand axe, l’intensité lumineuse est moindre. Cet effet montre néanmoins que dans le premier appareil au delà d’une certaine limite, relativement assez petite, l’intensité lumineuse n’augmente plus avec la vitesse de rotation.

Ce même apareilà quatre ouvertures, qui a servi aux recherches, dont

il va être question, montre que l’intensité lumineuse du verre ordinaire augmente jusqu’à la vitesse de 1 tour du grand axe en 3 secondes , ou

bien jusqu’à une persistance de 011 0 > 0033; avec une vitesse plus

grande, c’est-à-dire pour une limite de persistance moindre, quelle que soit la vitesse de rotalion du phosphoroscope, l’intensité de la lumière émise reste la même.

L’alumine présente le même effet que le spath d’Islande, mais en tournant plus rapidement le grand axe du phosphoroscope. Le verre d’urane et l’azotate d’urane donnent également un maximum , mais qui n’est atteint qu’à une limite dix fois plus reculée qu’avec l’alumine. Le maximum paraît donc être atteint avec une vitesse d’autant moindre que les corps présentent une plus grande persistance des impressions lumineuses, et surtout pour ces derniers 'corps avec une vitesse d’autant plus petite que l’intensité de la lumière émise est plus faible. Ainsi, chaque corps présente un effet maximum dans le phosphoroscope, mais à partir d’une vitesse déterminée , qui est différente pour chacun d’eux et qui dépend de l’intensité lumineuse active ; ce maximum est donc relatif au corps, à l’intensité lumineuse active et à l’appareil employé.

Quand on opère avec le spath d’Islande ou mieux avec la chaux carbonatée prismatique, qui est très-brillante, ou bien avec l’aluminate de

SOURCES DE LUMIÈRE

magnésie ou une substance qui offre une persistance assez grande, il semble qu’en tournant très-lentement la roue du phosphoroscope la substance paraisse plus brillante que lorsqu’on augmente la vitesse de rotation. En examinant le spath d’Islande orangé avec le photomètre, la différence n’est plus appréciable, et si l’intensité lumineuse paraît plus forte dans les premiers instants, cela ne peut être que d’une quantité qu’il n’est pas possible de mesurer; il est probable que cet effet provient d’une illusion due à ce que le phosphoroscope en tournant lentement ne laisse voir la matière que par intermittences, et de ce que cette succession d’éclats et d’intervalles obscurs fait paraître celle-ci plus lumineuse qu’au moment où l’impression devient continue.

On vient de dire que le maximum e$t atteint avec une vitesse d’autant moindre que la persistance de l’action de la lumière sur le corps est plus grande ; cependant il y a des exceptions, dont il est facile de distinguer la cause : la chaux fîuatée. le diamant, le sulfure de strontium •lumineux vert, et d’autres corps, sont dans ce cas ; ils offrent une persistance de longue durée, et ils augmentent d’intensité lumineuse avec la vitesse de l’appareil. Mais aussi ils présentent une émission de rayons de diverse réfrangibilité ayant des persistances inégales, et la plupart changent de couleur dans le phosphoroscope, comme on le verra dans le chapitre IV ; la chaux fluatée ( chlorophane verte) d’abord bleue passe à l’orangé, puis au vert, à mesure que la vitesse augmente; le diamant est jaune pour une faible vitesse, puis bleu avec une vitesse plus grande. Quant au sulfure de strontium vert (1), il n’offre point de changement de couleur, mais il présente cet exemple singulier d’un corps donnant lieu aune émission de différents rayons de même teinte, mais de durée inégale. Avec ces corps, le maximum n’est atteint dans le phosphoroscope qu’avec une vitesse assez grande et quand on a dépassé la limite qui va être indiquée plus loin, et qui est relative aux rayons émis dont la durée est la moindre.

Il semble donc, quand l’émission lumineuse des corps est de longue durée et qu’ils ne changent pas de nuance dans le phosphoroscope quelle que soit la vitesse de celui-ci, que ces corps soient dans des conditions régulières et ne donnent pas de rayons de même réfrangibilité et d’inégale persistance; quand le contraire a lieu, comme on le verra plus loin, la loi d’émission n’est plus la même.

(1) Voir Annales de chimie et de physique, 3e série, t. LV, p. 65 et 116.

PHOSPHORESCENCE PAR LA LUMIÈRE

L’intensité maximum observée dans le pliosphoroscope peut être expliquée de la manière suivante : Le temps an bout duquel le corps placé dans le phosphoroscope acquiert son action maximum dépend non-seulement de l’intensité de la lumière incidente, mais encore de sa capacité pour recevoir l’impression lumineuse et de son pouvoir absorbant. Si le corps n’offre qu’une persistance de peu de durée, le temps nécessaire pour l’impressionner sera aussi très-court, comme on l’expliquera dans le paragraphe suivant; quand on mettra en rotation le phosphoroscope, ce corps sera donc éclairé pendant un temps plus long que celui qui est nécessaire pour avoir le maximum d’effet, et l’intensité de la lumière reçue par l’observateur augmentera graduellement avec la vitesse de rotation de l’appareil, car l’image apparaîtra de • façon que le temps qui sépare le moment de l’insolation de l’instant de la vision deviendra de plus en plus court. Mais au delà d’une certaine limite, qui est atteinte très-promptement avec les corps qui offrent une persistance assez longue, si le temps qui sépare le moment de l'insolation de celui de la vision devient plus petit, le temps de l’insolation diminue dans le même rapport; au moment du passage d’une ouverture du disque tourné du côté de la lumière incidente le corps n’a pas perdu tout l’effet produit par l’illumination précédente, et reçoit à ce nouveau passage une nouvelle impression ; ainsi donc, lorsque le corps recevra à chaque passage des ouvertures autant qu’il perdra pendant le passage de la moitié des espaces pleins des disques, c’est-à-dire pendant le passage nécessaire pour que l’observateur voie le corps, le maximum sera atteint. Comme l’intensité lumineuse n’augmente plus ensuite, il en résulte que la loi qui règle la déperdition est la même] que celle qui régit l’absorption de la lumière.

Il suit de là, si cette supposition est exacte, que si l’on pouvait déterminer à partir de quelle limite l’intensité lumineuse n’augmente plus, on aurait pour l’intensité lumineuse que l’on considère la limite •du temps nécessaire pour donner le maximum d’effet à un corps qui reste exposé à l’action de la lumière extérieure. Il n’est pas possible de déterminer cette limite d’une manière certaine, car lorsqu’on approche de celle-ci, les différences entre les intensités lumineuses deviennent inappréciables. On voit aussi, d’après la supposition précédente, que le maximum d’effet donné dans le phosphoroscope serait plus petit que celui que l’on obtiendrait si la lumière agissait sur le corps d’une manière continue pendant l’observation. Néanmoins, comme on

SOURCES DE LUMIÈRE

le verra dans le paragraphe suivant, si l’on connaît la loi de déperdition de la lumière, on peut arriver à évaluer l’effet maximum dont il s’agit.

Puisque l’on a un moyen, à l’aide du phosphoroscope, d’étudier l’action exercée de la part de la lumière sur un corps en arrivant à une vitesse telle que l’on observe le maximum d’action, il est nécessaire d’examiner comment avec la meme substance l’intensité de la lumière émise varie, alors que l’intensité de la lumière incidente change entre des limites déterminées. Pour résoudre cette question, en avant du phosphoroscope et derrière l’ouverture du volet de la chambre noire (1), on a disposé une ouverture rectangulaire formée parla juxtaposition de deux plaques métalliques à faces parallèles ; une des plaques est fixe, l’autre est mobile à l’aide d’une vis micrométrique, de sorte que la largeur de l’ouverture peut varier par centièmes de millimètre depuis zéro jusqu’à 60 millimètres. Il est évident que le faisceau de rayons lumineux réfléchis par l’héliostat a un volume qui dépend de la surface de l’ouverture qu’il traverse. Si l’on place une lentille derrière l’ouverture, et que le corps impressionnable placé dans le phosphoroscope soit au foyer de cette lentille, à ce foyer on recevra une image circulaire du disque solaire dont la dimension sera la même quelle que soit la largeur de l’ouverture; on voit donc que l’intensité de la lumière active incidente dans la partie illuminée du corps sera proportionnelle à la largeur de l’ouverture, c’est-à-dire à la distance des deux plaques. A l’aide de cette disposition très-simple, et en opérant assez rapidement pour que le faisceau incident se trouve dans les mêmes . conditions d’intensité, on pourra faire varier dans le cours d’une même expérience l’intensité des rayons actifs entre des limites parfaitement déterminées.

On a opéré successivement en plaçant dans le phosphoroscope la chaux charbonatée lumineuse orangée (qui donne le maximum d’effet pour la moindre vitesse de l’appareil), l’alumine (rubis) et le verre d’urane. La largeur de l’ouverture a été déterminée en tours de la vis micrométrique de l’écran, un tour équivalant à ^ millimètre. On a placé successivement différents verres colorés au devant de l’oculaire A du photomètre représenté fig. 3, pag. 74, afin d’avoir, avec la lampe Carcel servant de source lumineuse, les teintes orangées, rouges et vertes semblables à celles présentées par les matières impressionnables dans le phosphoroscope. On a eu :

(l) Ann. de chimie et de physique, 3e série, t. 57.

PHOSPHORESCENCE PAR LA LUMIÈRE