LES SOURCES DE LUMIÈRE ET LES MILIEUX OPTIQUES

Deux conditions sont nécessaires pour que nous ayons la sensation de la lumière : la première est la présence, à une distance (pii peut Mwivv îi riniini, d'une source lumineuse, c'està-dire d'un corps ilonl Télal physicpie ou chimique est tel, que

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si's molécules sonl le siège des vibrations spéciales propres à ébranler de proche en proche l'éther, jusqu'à noire rétine, où le phénomène, d'extérieur qu'il était d'abord, devient intérieur. La seconde condition est que le milieu séparant la source de l'œil soit un milieu apte à transmettre les ondes de lumièi'e émanées de la source.

Entrons sur ces deux points dans quelques détails préliminaires.

Les sources lumineuses proprement dites ou directes sonl les corps où nail le mouvement lumineux. Le plus souvent, c'est la très haute température à laquelle ils sont soumis qui détermine leur incandescence ; on verra plus loin que vers 500° ou 600* les corps deviennent lumineux ou visibles dans l'obscurité. C'est aussi fréquemment un phénomène chimique, la combustion, notamment la combustion des gaz, qui produit l'incandescence. Mais la lumière peut se manifester dans certains cas sans qu'il y ait de chaleur sensible développée, comme il arrive dans les corps phosphorescents.

Un corps qui n'est pas lumineux par lui-même, mais qui, recevant à sa surface la lumière d'une source, la renvoie ou la réfléchit, est rendu visible par cet éclairemenl :

de sorle qu'il devient à son tour une source de lumière.

C'est alors une source indirecte ou secondaire. Tandis que le Soleil, les étoiles sont des sources liunineuses proprement dites, la Lune et les planètes sont des sources lumineuses secondaires, puisqu'elles ne font que renvoyer dans l'espace une portion de la lumière qu'elles reçoivent du Soleil. Lorsque la I-une est visible, entre le dernier et le premier quartier, aous la forme d'un croissant, plus ou moins délié, on aperçoit très distinctement, à côté du ménisque lumineux, loul

n LE MONDE PHYSIQUE.

le reste du disque : on nomme lumière cendrée la lueur d'aspccl phosphorescent dont nous parlons. Celle lueur provient de la j)artic éçlflirée dç la Terre, qui joue, dans les nuits de

notre sad'llilc, lo rflle iiue oi^ donn'er lui-niôme joue daiis les nuits terri'slres : r'est uucltiirde lerre analopnn en Ions points à notiv clair de lune. Ainsi la hunit^i'c ceudn'-e est la lumière

solaire doublement réfléchie de la Terre à la Lune et de la Lune à la Terre. Nous avons à tout instant sous les yeux des phénomènes semblables : tout objet éclairé par une source directe éclaire à son tour les objets voisins, qui eux-mêmes renvoient cette lumière et deviennent, à des degrés de plus en plus éloignés, des sources lumineuses.

On pourrait encore distinguer les sources de lumière en sources naturelles et sources artificielles, les premières se subdivisant elles-mêmes en sources permanentes et en sources temporaires ou accidentelles. Le Soleil est pour notre monde une source lumineuse permanente ; les bolides, les étoiles filantes, les aurores boréales sont des sources naturelles accidentelles. Quant aux sources artificielles de lumière, elles comprennent toutes celles que nous obtenons à la surface de la Terre par Temploi des procédés industriels.

Parlons maintenant de la seconde condition nécessaire à la perception de la lumière, des milieux optiques.

Considérons une source, primitive ou secondaire, peu importe, de lumière, la flamme d'une bougie par exemple. Entre cette flamme et Tœil, qui éprouve la sensation lumineuse, il y a une certaine distance, dès lors un milieu ou une succession de milieux propres à laisser passer la lumière émanécî de la source. L'œil lui-même est constitué par des milieux de ce genre que nous étudierons dans le chapitre consacré à la vision.

Cette propriété de laisser un libre passage à la lumière, d'une source à l'œil, a fait donner aux milieux dont nous parlons le nom (le trans^parents, ou encore de translucides, ce dernier mot indiquant un degré moindre dans la propriété dont il s'agit.

L'interposition de certains autres corps ou milieux entre l'œil et la source peut au contraire être un obstacle à la perception lumineuse : ce sont les corps ou milieux opaques. C'est ce qui arrivera à notre bougie si, de la pièce où nous sommes et où elle est visible pour nous, parce qu'entre elle et notre œil il n'y a d'autre milieu que l'air, elle est transportée dans une pièce voisine, ou si on la masque par un écran. Dans ces deux

oïSj elle devient elle-niénie complèlemenl invisible : les niui*s de la chambre. Técran en carton ou en bois, constituent le milieu opaque qui intercepte la lumière* ou qui est impi-opre à sa transmission.

Ainsi tous les milieux ne sont pas propres à la transmission de la lumière» et l'existence de corps transparents, translucides, est nécessaire à la perception. Mais quand cette condition esl remplie, quand une source de lumière apparaît, si elle n*esl séparée de l'œil que jiar un milieu translucide ou transparent, l'impression lumineuse esl instantanée. Du moins, elle nous paraît telle dans les observations ou les expériences que nous pouvons faire sjiontanémenl à la surface de la Terre. De même, si la lumière vient à disparaître, nous ne pouvons constater aucun intervalle Av temps ajipréciable entre l'instant de sa disparition réelle et celui de la cessation de la sensation lumineuse, flependant en réalité on prouve, et nous verrons comment plus loin, d'une part, que la sensation lumineuse n'est pas instantanément détruite, ce qui lient à une certaine durée de l'impression sur la rétine, et, d'autre part, que la lumière se propage su(rcessivcment dans l'espace, c'est-à-dire met un temps mesurable pour parcourir la distance comprise entre l'œil et la source. Kri disant ()ue la lumière se propa»;e, nous emploierons donc une (»x[)n»ssi()n coufornie à la réalité des choses. Mais nous fenuis d'abord abstraction de la durée de celte propagation, qui esl d'aill(»urs si rapide, (prelJe peut être considérée comme ayant une vitesse infinie dans la ])luparl des expériences instituées par les physiciens pour l'étude des phénomènes de la lumière.

Ajoutons quehpn^s nu)ts sur les milieux considérés par rapport à la propagation dr la lumière. Nous les avons divisés en milieux Iransprurnls ou translucich^s el en milieux opaques.

La transpaivnre vl l'opneilé iw sont jamais absolues.

Pi»ur (pi'uu corps puisse être rangé ilans la première classe, il faut non smleuM'ul qu'il laisse passer la lumière, mais encore que la visibilité drs iibjets liunineux ou éclairés s'y fasse au

travers avec une certaine netteté. Dès que la forme et les contours de ces objets cessent d'être perceptibles sans que la lumière soit complètement éteinte, le milieu ou le corps est simplement dit transltudde .

Le milieu doué de la plus grande transparence que nous connaissions est le vide. Quand nous disons le vide, nous entendons avec tous les physiciens, non pas le vide absolu, qui n'est qu'une pure hypothèse, mais un espace dépourvu aussi complètement que possible de toute matière pondérable. Telle est, dans une mesure toute relative, le vide obtenu à l'aide de la machine pneumatique, celui de la chambre barométrique, ou mieux encore l'espace interplanétaire ou intersidéral. La lumière qui nous arrive du Soleil, des étoiles, des nébuleuses, prouve assez qu'elle n'a pas besoin, comme le son, d'un milieu pondérable pour se propager, bien qu'avant d'arriver à notre œil elle ait dû traverser en dernier lieu l'épaisseur de notre atmosphère. La transparence de l'air, quoique bien évidente, est d'ailleurs infiniment moindre que celle de l'élher, puisque tout le monde peut constater l'affaiblissement d'éclat des objets lumineux, quand l'épaisseur des couches atmosphériques va en croissant'.

Du reste, la transparence de l'éthcr ne paraît pas non plus être absolue. En se basant sur la distribution des étoiles de diverses grandeurs et sur la puissance de pénétration des télescopes, quelques astronomes ont cru pouvoir évaluer l'extinction que subit la lumière en se propageant dans l'espace éthéré. W. Slruve, dans ses Études d'astronomie stellaire, admet « que l'intensité de la lumière décroît en plus grande proportion que la raison inverse des carrés des distances ; ce qui veut dire qu'il existe une perte de lumière, une extinction, dans le passage de la lumière par l'espace céleste. » Il évalue cette extinction à environ un centième de l'intensité pour le trajet de la lumière à

i. D est possible, il est probable que rabsorption de lumière qui croit si rapidement près de rhorizon n*est pas duc à la seule augmentation d*épaisseur et de densité des couches d*air, mais à la présence de corpuscules en suspension , molécules aqueuses, poussières, ctc , beaucoup plus nombreux dans le voisinage du sol qu*à une certaine hauteur dans Talnio^ sphère.

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travers une dislance égale à celle des étoiles de première grandeur.

La transparence n'est pas une propriété qui appartienne exclusivement au vide des espaces célestes, à Tair et aux gaz; les liquides et les solides, comme l'eau, le verre, un grand nombre de substances cristallisées en jouissent également. Une lame de verre, une mince couche d'eau laisse voir, au travers de son épaisseur, les objets avec une grande netteté; mais cette transparence diminue assez rapidement à mesure que l'épaisseur augmente; d'incolore que paraît d'abord le milieu interposé entre l'œil et les objets, ce milieu prend une nuance de couleur de plus en plus foncée, jusqu'à ce que, l'absorption de la lumière devenant totale, on finisse par n'apercevoir plus rien que le milieu lui-même. C'est ainsi qu'un disque blanc, plongé dans la mer, en face de la côte de Civitla-Vecchia, alors que l'eau était parfaitement claire, d'une belle couleur et d'une grande pureté, disparaissait entièrement à une profondeur de 45 mètres au plus (expérience de M. Cialdi). « La couleur du disque devenait d'abord légèrement verdâlre, puis elle virait au bleu clair, et ce bleu s'assombrissait au fur et à mesure qu'on laissait descendre l'appareil, jusqu'à ce que sa couleur, étant devenue aussi sombre que celle de l'eau, il ne fut plus possible de la distinguer du milieu environnant. » Des disques teints en jaune et de couleur de vase de mer disparaissaient dans les mômes circonstances à des profondeurs de 17 et de 124 mètres.

La transparence des gaz, de l'air atmosphérique quand il est bien |)ur, est beaucoup plus étendue. D'un sommet très élevé connue c(»lui du mont Blanc, l'œil jouit d'un panorama immense, et distingue encore les objets à une distance considérable. D'après M. Martins, la portion de la surftice de la Terre géomélri(piemenl visible du haut du mont Blanc est de 210 kilomètres. On pourrait donc de ce sommet, si la transparence de l'air était absolue, apercevoir le golfe de Gènes ; mais, « au delà de 100 kilomcMres, les objiMs voilés par le hàle sont confus et effacés. Jusipi'à tU) kilonièln»s tout est net et reconnaissable. »

Sans aucun doute, des points lumineux seraient vus pendant la nuit jusqu'à la limite du cercle de visibilité : telle était Topinion de M. Martins et des savants qui l'accompagnaient, puisqu'ils s'étaient proposé d'échanger des signaux de feu avec la ville de Dijon, qui est un des points de cet immense horizon.

Outre les corps transparents ou diaphanes, il y a les corps simplement translucides, laissant passer la lumière sans permettre de distinguer les contours des objets : tels sont le verre dépoli, le papier, la corne, l'albâtre, certains liquides, comme le lait. En mouillant le papier ou en le. recouvrant d'une mince couche d'huile, sa translucidité augmente et se change même en transparence quand le papier est suffisamment mince. Les minéralogistes nommcnl hydrophmie une espèce d'opale (quartz résinite) qui est blanche et presque opaque à l'état ordinaire. Cette pierre devient translucide si on la laisse plongée dans l'eau un certain temps.

Les corps mêmes qu'on croirait doués d'une opacité absolue laissent passer une certaine quantité de lumière lorsqu'ils sont réduits en lames d'une très petite épaisseur. Les pierres, le bois, les métaux, une multitude d'autres substances, sont opaques. Cependant, si l'on place entre l'œil et la lumière du jour une feuille d'or, par exemple, — les batteurs d'or en obtiennent de si minces qu'il en faut superposer jusqu'à 10 000 pour avoir l'épaisseur d'un millimètre, — on aperçoit une belle couleur d'un bleu verdâtre qui témoigne de la transmission de la lumière, non pas à travers les fentes produites par le battage, mais dans la substance môme du métal. D'après les expériences de M. A. Dupasquier, les feuilles minces d'argent, d'or vert (alliage d'argent et d'or) laissent aussi passer une faible lumière, dont la teinte est bleuâtre ; il en est de même des feuilles de cuivre, quoique la coloration d'un bleu noirâtre de la lumière transmise à travers ces feuilles soit moins régulière, ce qui tient évidemment aux inégalités d'épaisseur du métal. Ainsi, la transparence, la translucidilé, l'opacité sont des propriétés toutes relatives : de l'éther interstellaire qui jouit au plus haut degré de la trans-

parence, aux métaux les plus opaques, il n'y a que des différences de degré. C'est Texlrême petitesse des objets dont les micrographes étudient la structure interne, — infusoires, mîcrophytes, elc, — qui explique leur transparence.

Pour le moment, du reste, nous ne faisons qu'énumérer les corps qui jouissent à des degrés divers de la propriété de laisser passer la lumière à travers leur épaisseur. On verra plus loin quelles explications ont été proposées pour rendre compte de cette propriété et comment on la suppose liée à la structure moléculaire des milieux.