CHAPITRE II

Nature de la lumière. — Structure des corps. — Chocs des atomes d’éthers et des atomes matériels. — Actions chimiques des diverses couleurs du spectre. — Théories dynamique et chimique. — Théorie de Niepce de Saint- Victor.

Il est nécessaire, avant (le se demander comment agit la lumière pour provoquer les diverses actions chimiques que nous venons de passer en revue, de savoir ce qu’est la lumière. Newton a montré que la lumière blanche du soleil était en réalité complexe. Sien effet on laisse entrer dans une chambre obscure un petit faisceau de lumière solaire et si on le reçoit sur un prisme, il traverse ce dernier et en sort dévié de sa direction primitive et de plus étalé et nuancé de vives couleurs. Si on reçoit le faisceau lumineux à sa sortie du prisme sur un écran blanc, on y voit une image allongée présentant les couleurs bien connues de l’arc-en-ciel ; cette image est ce qu’on appelle un spectre. Bien que les teintes se suivent et se fondent insensiblement les unes dans les autres, on continue de distinguer sept

nuances principales : rouge, orangé, jaune, vert, bleu, indigo, violet; mais notre œil n'est impressionné que par une faible région du spectre solaire. Si en effet on promène le long d'un tel spectre un thermomètre très sensible tel qu’une pile thermo-

Fig. 5. — Spectre solaire,

électrique ou mieux un bolomètre l, on constate que le spectre renferme de la chaleur rayonnante, dont l'intensité est d'autant plus grande qu’on avance vers le rouge et que les propriétés calorifiques se manifestent même au delà du rouge, dans une région quatre à cinq fois aussi étendue que la région visible. On a aussi constaté que les diverses régions du spectre étaient capables de produire des actions chimiques dont le sens et l’intensité dé-

(1) Instrument dù à Langley, basé sur les variations de résistance électrique que la chaleur fait subir à un fil métallique. On trouvera tous les détails désirables sur la nature de la lumière dans la deuxième partie de l’ouvrage de MM. G. -H. Niewenglowski et A. Erxault, Les couleurs et La photographie , Paris, Société d’éditions scientifiques.

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pendent de la couleur qui agit; ces actions chimiques ont permis de montrer que le spectre s’étendait aussi au delà du violet et on a pu ainsi explorer dans l’ultra-violet une région six à sept fois aussi étendue que la région visible.

Ainsi donc, chaque région du spectre semble susceptible de propriétés lumineuses, calorifiques et chimiques ; les anciens physiciens distinguaient un spectre lumineux, un spectre calorifique etun spectre chimique et parlaient de rayons calorifiques et de rayons chimiques comme on parle d'un rayon lumineux. Mais, d’une part, on ne peut séparer un rayon lumineux, un rayon calorifique et un rayon chimique pris dans la même région d’un spectre ; et d’autre part quand l’un des trois pouvoirs calorifique, lumineux ou chimique d’une région du spectre varie, les intensités des deux autres pouvoirs varient dans le même rapport : on en conclut que les effets chimiques, calorifiques et lumineux ne sont que des manifestations diverses, suivant les corps impressionnés, d’un seul et même agent ; nous l’appellerons la radiation.

Quant à la nature intime de cet agent, nous ne pouvons la connaître qu’après avoir rappelé les conceptions modernes de la nature. On considère la nature comme formée de matière groupée en portions que nous appelons les objets ou corps matériels, et on appelle énergie la propriété qu’a une portion de matière d’agir sur une autre portion de matière ou sur nos sens.

La matière est divisible; mais on admet que cette divisibilité est limitée et que les corps sont formés de particules très petites, les molécules ; celles-ci seraient elles-mêmes composées d’éléments plus petits, les atomes ; chaque molécule d’un corps simple ne renfermerait que des atomes identiques, tandis que chaque molécule d’un corps composé serait un édifice d’atomes dissemblables.

En outre, les molécules matérielles seraient séparées par des intervalles, les intervalles moléculaires remplis par une matière très raréfiée, très élastique et peu dense et qui remplirait l’univers : X éther. Ce fluide serait, comme la matière, formé d’atomes animés de forces attractives et répulsives de même nature que les forces moléculaires.

On admet aussi que les molécules de la matière et celles de l’éther sont animées de mouvements complexes dont le principal est un mouvement ondulatoire. Pour nous représenter un tel mouvement, supposons qu’un système de forces agissant d’une manière continue sur une molécule la maintienne dans une certaine position d’équilibre; si nous faisons intervenir une nouvelle force ne durant qu’un instant, un choc par exemple, la molécule sera écartée de sa position d’équilibre ; si la molécule était libre, dès le choc supprimé, elle prendrait, en vertu du principe de l’inertie, un mouvement rectiligne uniforme ; mais le système de forces continues ralentit son mouvement et finit par annuler l’effet de la force perturbatrice quand

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la molécule a atteint une certaine position; elle tend alors à revenir vers sa position d’équilibre qu’elle dépasse en vertu de sa vitesse acquise, jusqu’à ce qu’elle ait atteint la position symétrique de celle où l’effet perturbateur a été annulé, par rapport à sa position d’équilibre.. Elle rebrousse alors chemin pour se diriger à nouveau vers sa position d’équilibre quelle dépasse encore : elle exécute ainsi une série d 'oscillations ou vibrations autour de cette position d’équilibre. Le temps que dure une oscillation est la période.

Si la molécule vibrante n’est pas seule, les molécules qui l’entourent vibrent à leur tour et le mouvement se propage ; nous aurons une idée du mode de propagation en nous rappelant ce qui se passe quand on jette une pierre à la surface d’une eau tranquille. La pierre, en s’enfonçant, déprime d’abord l’eau à l’endroit où elle tombe ; mais i immédiatement, l’eau se soulève produisant ainsi une saillie qui ne tarde pas à être suivie d’une dépression ou onde rentrante ; tandis que se fait ce changement, la zone de liquide qui entoure le centre d’ébranlement se soulève à son tour et ainsi de suite de sorte qu’on voit des anneaux circulaires alternativement soulevés et déprimés gagner de proche en proche les bords du bassin ; l’expérience montre aisément que le mouvement seul se transmet, mais qu’il n’y a pas transport de liquide ; en effet, un brin de paille jeté sur l’eau s’élève et s’abaisse alternativement, mais ne s’éloigne ni se

rapproche du centre d’ébranlement. On donne le nom d’onde à chaque anneau circulaire.

On a encore une idée assez nette de ce qu’est une onde en observant l’effet d’un coup de vent sur un champ de blé : les épis s’abaissent et se relèvent alternativement sans se déplacer.

La distance parcourue par une onde pendant une seconde est la vitesse de propagation du mouvement ; on appelle longueur d’onde la distance parcourue pendant une période; la longueur d’onde est, pour divers mouvements vibratoires se propageant avec la même vitesse, en raison inverse du nombre de vibrations par seconde.

Les diverses manifestations de l’énergie qui nous permettent d’avoir la sensation de la matière et des modifications qu’elle subit, dépendent de la vitesse vibratoire des molécules matérielles. Supposons que nous animions de telles molécules d’un mouvement vibratoire tel que sa vitesse aille en croissant.

Tant que ce mouvement est assez lent, l’énergie nous apparaît sous forme d’énergie mécanique, que nous utilisons dans l’industrie1. Si le nombre de vibrations atteint 16 par seconde, le mouvement vibratoire se communique aux molécules matérielles voisines et, par leur intermédiaire, aux divers milieux qui constituent notre organe de

(l) Nos lecteurs trouveront dans le chapitre vi de la IIe partie de l’ouvrage : Les couleurs et la photographie (déjà cité) des généralités sur la lumière considérée comme forme de l’énergie.

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louie ; leurs oscillations impressionnent le nerf acoustique qui transmet à notre cerveau la sensation de son; celle-ci cesse quand le nombre de vibrations dépasse 48 X 103 par seconde. C’est alors que nait la chaleur qui commence quand les molécules exécutent 10 X 109 vibrations par seconde, et est accompagnée de la première onde lumineuse perçue par l’œil; le rouge foncé, quand le nombre de vibrations atteint 370 X 109 par seconde ; puis la vitesse vibratoire augmentant, naissent successivement toutes les couleurs du spectre qu’on peut comparer aux diverses notes de la gamme. A ce que l’on pourrait appeler l’octave aiguë du rouge correspond une teinte gris lavande que certains yeux perçoivent au delà de F ultra-violet ; bien au delà de cette teinte lavande se trouvent probablement les oscillations électriques suivies de l’influx nerveux et entre la teinte lavande et les radiations électriques semblent devoir être placées certaines radiations émises par les corps phosphorescents et fluorescents et les nouvelles radiations découvertes récemment par le professeur Rontgcn, de Wurtzbourg, les rayons X, comme on les a appelées.

Mais, dès que l’énergie a apparu sous forme de chaleur ou de lumière, c’est aux molécules d’éther des espaces intermoléculaires que se transmet le mouvement des molécules d’un corps vibrant, et •cette propagation se fait dans toutes les directions. Les molécules d’éther situées sur une de ces direc-

lions, oscillent perpendiculairement à cette direction; on dit que la chaleur, la lumière se transmettent par des ondes transversales. Au contraire, les molécules d’air ou d’un milieu pondérable quelconque qui transmet un son, oscillent dans la direction de propagation, vibrent longitudinalement comme on dit.

11 est facile de montrer par des exemples que les diverses formes de l’énergie que nous venons de rappeler brièvement, sont également susceptibles de produire ou de provoquer des réactions chimiques ; c’est ainsi qu’un violent choc (énergie mécanique) décompose en ses éléments le protoxyde d’azote, avec détonation ; que la production de certains sons (énergie sonore) provoque la décomposition du chlorure d’azote, accompagnée d’une violente détonation. On sait combien sont nombreuses les réactions produites par l’électricité. Quant aux actions chimiques produites par la chaleur et la lumière, nous insisterons un peu plus sur leur mécanisme.

Quand une radiation, calorifique ou lumineuse, vient à rencontrer un corps, elle met en vibration les molécules d'éther des espaces intermoléculaires et provoque ainsi des chocs entre celles-ci et les molécules matérielles. Si ces dernières étaient animées d'un mouvement vibratoire de période égale ou multiple de celle de la vibration communiquée aux molécules d’éther qui les entourent, leur vitesse est augmentée et peut devenir considérable ; si au

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contraire, les mouvements ne sont pas en harmonie, leur vitesse ne dépasse pas certaines limites.

Même si les vibrations de l’éther sont peu intenses, ce qui est le cas des radiations actiniques, elles peuvent amplifier considérablement la vitesse de molécules matérielles animées de vibrations synchrones , de même qu’un enfant sur une balançoire peut, par des saccades convenablement rythmées, augmenter son balancement, tandis que, par des mouvements discordants , il peut le diminuer ou le faire cesser complètement ; de même que c’est par des efforts rythmés que le sonneur parvient à mettre en branle la cloche la plus lourde1.

Les atomes qui constituent la molécule sont animés de mouvements propres, indépendants de ceux de la molécule, de même que des voyageurs peuvent circuler sur un bateau indépendamment de son mouvement; mais, dès que les molécules subissent des secousses anormales, les atomes qui ont des masses différentes sont inégalement atteints par ces secousses qui leur impriment des vitesses différentes et peuvent ainsi les séparer comme le vanneur, en secouant son van, sépare le blé de la balle plus légère.

Les atomes ainsi séparés peuvent soit aller s’unir à ceux d’une molécule identique à celle qu’ils viennent

(l)Nous empruntons ces comparaisons ainsi qu’un grand nombre d’idées exprimées dans ce chapitre à un intéressant ouvrage de M. de la Baume Pluvinel : La théorie des procédés photographiques (Encyclopédie scientifique des Aide-Mémoire).

de quitter : le corps ne subit alors qu’une modification d’ordre physique (transformation allotropique du soufre, du phosphore sous l’influence de la chaleur ou de la lumière), soit former de nouvelles molécules : le corps est décomposé en ses éléments (noircissement du chlorure d’argent) ; soit aller s’unir aux atomes d’une molécule différente de celle qu’ils viennent de quitter : il se forme de nouvelles combinaisons chimiques (oxydation des substances organiques en présence de corps réductibles).

Les considérations précédentes nous expliquent pourquoi les diverses couleurs du spectre agissent sur un même composé avec une intensité différente. C’est ainsi que la couleur dont la longueur d’onde est O^OO1 (violet) a une action maxima sur le bromure d’argent; que la couleur dont la longueur d’onde est 0^,375 (dans l’ultra-violet) est celle qui décompose le plus aisément le chlorure d’argent, dont les molécules doivent vibrer plus lentement que celles du bromure.

Mais la radiation synchrone du mouvement moléculaire d’un corps n’est pas la seule capable de la modifier; les radiations voisines ont la même propropriété, de sorte que la plupart des composés sont modifiés sous l’influence d’une région du spectre plus ou moins étendue.

C’est ainsi qu’un papier imprégné de bichromate de potassium est impressionné dans toute la région

(1) Nous désignons par la lettre n, le micron, c’est-à-dire le millième de millimètre.

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qui s’étend du vert à l’ultra-violet; que le gaïac ne. commence à bleuir que dans le violet, que ce sont les rayons lumineux compris entre le rouge et le vert qui provoquent la décomposition du gaz carbonique en présence des parties vertes des plantes.

Des régions différentes du spectre peuvent produire sur le même composé des actions inverses : c’est ainsi que sous l’influence des radiations rouges le gaïac oxydé et bleui par les radiations violettes, dégage son oxygène et redevient blanc ; c’est ainsi que les sels ferriques sont réduits à l’état de sels ferreux par les radiations violettes et ultra-violettes, tandis que sous l’influence des radiations rouges les sels ferreux absorbent l’oxygène de l’air pour se transformer en sels ferriques ; c’est ainsi que, tandis que sous l’influence des rayons violets l’oxyde mercurique rouge est réduit à l’état d’oxyde mercureux noir, celui-ci s’oxyde à l’air, sous l’action des rayons rouges, pour repasser à l’état d’oxyde mercurique rouge, etc.

La région du spectre qui produit l’action maxima sur un composé est d’ailleurs variable; elle diffère avec l’état moléculaire du corps : le chlorure et le bromure d’argent ont leur maximum de sensibilité dans des régions assez différentes selon qu'ils ont été précipités d’une solution aqueuse ou d'une solution alcoolique. Vogel a montré que si on mélange au sel d'argent une substance organique convenablement choisie parmi celles absorbant les radiations d’une certaine région du spectre, le lieu du maximum

de sensibilité du sel d’argent est déplacé et correspond à la radiation qui est le plus fortement absorbée par la substance sensibilisatrice.

C’est ainsi que le maximum d’impressionnabilité du bromure d’argent est transporté dans le jaune par l’éosine, dans le rouge par la cyanine, dans le vert par la fluorescéine, etc., etc. Nous en verrons les applications quand nous parlerons de l’orthochromatisme.

Nous avons vu que l’action de la lumière sur un corps pouvait être latente et n’être décelée qu’au moyen d’un révélateur convenable. Quel est le mécanisme de cette action? Deux théories sont en présence. Les partisans de la première, de la théorie dynamique, admettent que le corps n’a subi qu’une transformation moléculaire qui l’a rendu sensible à l’action des révélateurs, que l’action a été purement physique. Prenons le cas le plus habituel, celui de la plaque photographique, c’est-à-dire d’une couche de gélatine contenant des grains de bromure d’argent.

On cite à l’appui de cette théorie certaines causes telles que la pression et la chaleur qui semblent ne produire que des modifications d’ordre physique et cependant provoquent la formation d’images •latentes. Si on trace des traits avec une pointe mousse à la surface d’une plaque sensible, il sutfit de la plonger dans un bain révélateur pour les faire apparaître nettement.

Les révélateurs peuvent être d’ordre physique ou

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chimique ; dans le premier cas, ils consistent, comme nous l’avons déjà vu, en vapeurs (vapeur d’eau projetée par l’haleine, vapeurs de mercure) attirées par le composé sensible. Les partisans de la théorie dynamique admettent que l’amplification des mouvements moléculaires du bromure d’argent modifié par la lumière a affaibli les forces de liaison des atomes de brome et d’argent de chaque molécule de bromure et par suite rendu chaque atome d’argent du bromure modifié capable d’exercer sur les molécules du révélateur une attraction plus grande que celle exercée par les atomes d’argent du bromure non impressionné. Et ils comparent cette attraction à la précipitation du phosphate ammoniaco-magnésien sur les parties des parois d’un verre renfermant ses éléments de constitution (mélange de solutions d’ammoniaque, de phosphate d’ammonium et d’un sel de magnésium) frottées avec une baguette de verre.

Quant au mode d’action d’un révélateur chimique, elle est très simple, si on admet l’hypothèse dynamique : un corps réducteur s’empare plus facilement du brome dont l’union à l’argent a été affaiblie par la lumière.

On est amené à la théorie chimique par le fait suivant : un révélateur produit une action maxima quand le composé sensible a reçu une certaine quantité de lumière dépendant de la nature du composé et de celle du révélateur; quand cette quantité qui correspond à ce qu’on appelle la solarisation du composé est dépassée, le composé sensible change mani-

festement de composition chimique (noircissement des sels d’argent) ; il est naturel de penser qu’il en est de même avant le point de solarisation et que si nous ne pouvons reconnaître la présence des produits de la décomposition, c’est qu’ils sont en trop faible quantité ; l’un des principaux faits qui soit en faveur de cette hypothèse est la disparition de l’image quand on fait agir sur la plaque le métalloïde uni à l’argent; l’expérience réussit surtout sur une plaque à l’iodure d’argent impressionnée; l’image latente est complètement effacée et ne peut plus être révélée après un traitement à l’iode. Mais, s’il en est ainsi, quelle est la nature du corps qui forme l’image latente? 11 ne semble pas que ce soit de l’argent, vu la faible quantité de brome dégagée, quantité si faible qu’on ne peut la déceler qu’avec beaucoup de peine et qu’il est même difficile de conclure à son existence.

Un certain nombre desavants pensent que l’image latente est formée d’un sous-bromure d’argent; mais il semble que, s’il en est ainsi, il ne doit exister qu’en très faible quantité, car on n’a pu nettement le mettre en évidence. D’après Carey-Lea, l’image latente serait constituée par un ou plusieurs sousbromures unis en proportions variables au bromure non modifié : il a donné à ces combinaisons qui, pour lui, seraient analogues aux laques, le nom de photo-sels.

L’action des révélateurs physiques est facilement expliquée par les partisans de la théorie chimique :

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en effet, si l’image latente est formée d’argent métallique ou de sous-bromure, renfermant une proportion plus forte d’argent que le bromure noninsolé, il est facile de comprendre que les portions de la couche sensible formant l’image exerce sur les molécules de vapeur une attraction moléculaire plus énergique que les portions non modifiées.

Quant aux révélateurs chimiques, leur action n’est pas moins clairement explicable avec l'hypothèse chimique : le réducteur décompose évidemment plus facilement le bromure et, si Y image est formée d'argent métallique, celui-ci attire l’argent du bromure dont le brome est lui-même attiré par le réducteur.

De l’examen de ces diverses hypothèses nous devons conclure que le mécanisme intime de la formation des images latentes nous est encore inconnu ; il est probablement de nature très complexe ; ainsi nous n’avons pas parlé des actions électriques qui accompagnent les divers phénomènes que nous venons de passer en revue et qui, si leur étude semble être excessivement délicate n’en jouent pas moins dans ces divers phénomènes un rôle dont il faudrait tenir compte.

Quand un corps est soumis à l’action de la lumière, il n’absorbe qu’une partie de la quantité de lumière qu’il reçoit; quanta la portion absorbée il la rend, très lentement, au moins en partie, sous forme de radiations qui parfois ont des propriétés très curieuses et qui subsistent un temps très long,

qui peut être de plusieurs mois, après l’insolation. Ce sont ces faits qui avaient conduit Niepce à admettre que les substances sensibles emmagasinaient la lumière sous une forme inconnue qui intervient seulement au moment du développement. Cette hypothèse est d’accord avec ce fait qu’une plaque peut être révélée même assez longtemps après l’insolation et que cependant l’image latente ne semble pas avoir une conservation indéfinie ; c’est ainsi qu’au bout de quelques semaines les révélateurs ne peuvent plus faire apparaître d’image sur une plaque daguerrienne qu'on peut de nouveau exposer à la chambre noire; il en est de même des images latentes obtenues sur collodion humide; les images latentes obtenues sur une plaque au gélatino-bromure se conservent beaucoup plus longtemps.

Les récentes recherches de MM. H. Becquerel1 2, Troost" et G. -H. Niewenglowski 3 sur les radiations invisibles émises par phosphorescence et fluorescence conduisent à revenir à cette ingénieuse hypothèse de Niepce qu’on semble, à tort, avoir abandonnée.

(1) Comptes rendus de V Académie des Sciences , 24 février 1S96.

(2) 7c/., 9 mars 1896.

(3) 7c?., 17 février 1896.