CHAPITRE IV

Action de la lumière solaire sur le verre. — La lumière solaire change lu couleur du verre; dès 1863, M. Gafïîeld, de Boston, préoccupé de celte question, commença une série d'expériences qui furent continuées jusque dans ces derniers temps.

Les écrits anciens ne font pas mention de cette altération ; ce n'est guère qu'au début du dix-neuvième siècle qu'on observa ce phénomène en Europe, sur des plaques de verre dont les unes, légèrement colorées, étaient passées au poupre et d'autres à la teinte jaunâtre. En 1823 et 1824, Faraday, Bonlemps, Fresnel firent quelques essais constatant que la lumière solaire produisait ce changement de couleur.

Melloui et Hunt, par d'autres expériences, démontrèrent le rôle que jouent les verres de différentes couleurs dans la transmission de la lumière et de la chaleur. Pelouze fit. part à l'Académie des sciences de quelques observations sur ce sujet (Comptes rendus, 14 janvier 1867).

Les expériences de M. Gaffield, étendues, originales, s'appliquaient aussi bien aux verres colorés qu'aux verres non colorés. Par verres colorés, on entendait ceux qui, à l'aide d'un oxyde métallique fabriqué intentionnellement, paraissent colorés par transparence ; par verres non colorés, ceux qui paraissent incolores par transparence.

H. Gaffield prit pour champ d'expériences la toiture à châssis vitrés de sou habitation de Boston. Cette toiture, vaste plate-forme, exposée toute l'année aux rayons solaires, comme aux intempéries, était parfaitement disposée pour ces observations.

Le changement de couleur se développe lentement avec certaines espèces de verres, il est très rapide avec d'autres verres, si rapide quelquefois qu'une heure d'exposition suffit pour le rendre appréciable par l'exposition aux chauds et vifs rayons du soleil d'août. Les plaques de verre exposées avaient généralement 4 pouces sur 2 et quelquefois 4 sur 18 ; leur épaisseur variait de 1/6 de pouce à 1 pouce.

Quatre-vingts sortes de verres, d'origine américaine, française, anglaise, belge, allemande, y compris des plaques brutes et dépolies, ont été ainsi exposées pendant des périodes variant de une heure à treize années. Plus de mille chantillons nous ont été montrés. On a exposé en outre des verres d'optique, des flint-glass et du crown, plus de soixante-dix feuilles de verres colorés, de couleurs et de teintes différentes, des vitraux de cathédrale qui montraient non seulement les couleurs principales du spectre, — rouge, orangé, jaune, vert, bleu et violet, —mais encore des teintes intermédiaires, telles que le brun, l'olive, l'améthyste, la couleur de chair (1).

(1) M. Gaffield a fait une communication à ce sujel à l'Association américaine pour l'avancement des sciences, à Boston, le 27 mars 1881). La plupart des détails de ce travail si intéressant sont consignés jusqu'à l'année 1867 dans le SiUimatvfa Journal.

103 HENRIVAUX. — LE VERRE.

Pour le verre incolore au moment de l'exposition, on a constaté les transitions de teintes suivantes:

1° Du blanc au jaunâtre;

2° Du verdâtre au vert jaunâtre;

3° Des teintes jaune brun et verdâtre à diverses teintes de pourpre;

4° Du blanc verdâtre au bleuâtre ;

5 Du bleuâtre et d'autres teintes à des teintes plus foncées des mêmes couleurs.

Les verres non recuits peuvent changer de coloration comme les verres recuits.

Les verres d'optique, dans lesquels il entre de l'oxyde de plomb (flint-glass), sont à peu près inaltérables. Tous ces verres, incolores au début de ces expériences, colorés par leur exposition au soleil, peuvent être ramenés à leur état normal en passant au four à recuire. Une seconde exposition â la lumière reproduira les phénomènes précisés. Pelouze, en 1867, signala cette propriété remarquable ; le professeur Percy signala le même fait à la même époque.

Verres colorés dans leur masse. — Les couleurs principales, à l'exception du violet qui est rendu un peu plus sombre par l'exposition, ne sont nullement altérées, mais les changements suivants sont remarquables :

1° Les teintes brunâtres deviennent couleur chair;

2° La couleur chair passe aux teintes pourpre ou violet ;

3° L'ambre, l'olive et le pourpre prennent des teintes plus foncées des mêmes couleurs.

Si Ton enlève le mastic qui protège les bords des carreaux teintés en pourpre, on peut observer la couleur primitive du verre. En passant au four à recuire des échantillons de vitraux de la cathédrale de Strasbourg et d'ailleurs, les teintes se foncèrent, mais les couleurs ne se changèrent pas au point d'indiquer d'altérations qui se seraient produites par l'exposition aux rayons solaires. Il est évident que nous ne voyons plus aujourd'hui les verres des vieux vitraux avec les teintes qu'ils avaient au moment de leur fabrication ; le soleil, les intempéries, ont à la longue affaibli ces teintes. Ces verres qui nous paraissent parfaits, doivent probablement une partie de leur supériorité à une épaisseur inégale, aux défauts de leur surface, sculptés qu'ils sont par la dent du temps. Chaque petite ondulation, chaque raie, deviennent par interférence, des points à réfraction et à réflexion où la lumière se joue, et, par suite, une nouvelle source de cet éclat, de cette harmonie et de cette beauté qui distinguent les ^erres peints des anciens temps.

Les verriers de Berkshire et d'Angleterre visent à reproduire, ou tout au moins à se rapprocher de la perfection de ces verres anciens en copiant les imperfections propres aux vitraux des antiques cathédrales, qu'imitent si largement de nos jours les artistes et les architectes.

Comment expliquer chimiquement celte remarquable action du soleil?

Généralement on attribue à la présence de l'oxyde de manganèse dans les ▼erres le pouvoir de communiquer ces colorations diverses.

Sans garantir l'infaillibilité de l'explication habituelle, n'en ayant pas une

contraire à exposer, nous résumons ce qui a cours jusqu'ici. Les matières premières de la vitrification ne sont pas chimiquement pures, elles contiennent toutes de l'oxyde de fer.

Le protoxyde de fer donne au verre une teinte vert bleuâtre, le peroxyde le colore très peu et lui donne une teinte jaunâtre. Les deux oxydes existent généralement dans ces matières et produisent alors les couleurs verdâtres habituelles au verre du commerce.

Pour corriger un peu cette coloration on ajoute aux matières vilrifiables un peu d'oxyde de manganèse, savon des verriers. Cet oxyde de manganèse qui, à son maximum d'oxydation, colore le verre en violet, à mesure qu'il perd son oxygène, perd également son pouvoir colorant. Or pendant la fusion, ou plutôt l'affinage du verre, cet oxyde de manganèse peroxyde tout le fer qui se trouvait aux deux états d'oxydation et colore alors le verre en jaune. Cette couleur jaune est complémentaire à tout ce qui reste de pouvoir colorant dans le manganèse, et se trouve neutralisée, le verre est incolore. Lorsque la lumière solaire vient frapper ce verre, elle exerce une action réductrice sur l'oxyde le moins chargé d'oxygène, celui qui est en moindre proportion, et l'oxyde opposé profite de celte élimination pour se peroxyder; de là certaines colorations tantôt jaunâtres, tantôt verdâtres, dans des échantillons de même provenance.

Pour peroxyder les sels de fer il serait alors préférable d'employer un oxyde métallique sans action colorante, l'oxyde de zinc par exemple. On a du reste renoncé à l'emploi de l'oxyde de manganèse comme savon des verriers. Ces études de M. Gaffield ont une réelle importance ; elles ont permis de modifier les compositions vitrifiables, afin d'éviter un changement des teintes du verre, changement qui pourrait avoir de graves inconvénients, notamment pour les photographes, chez lesquels un verre insolé, jauni, c'est-à-dire ayant perdu une grande partie de sa puissance à transmettre l'action chimique de la lumière solaire, deviendrait ainsi aussi inactif qu'un verre à surface dépolie émaillée.

Athermanisme du veire. — On sait que toute source incandescente émet deux sortes de radiations lumineuses et calorifiques. On a cherché souvent, et il y a intérêt à trouver dans bien des cas, le moyen d'absorber les radiations calorifiques, tout en laissant passer les radiations lumineuses.

On s'est servi à cet effet d'une solution d'alun, qui passe pour absorber toute la partie obscure du spectre; on a reconnu depuis que la réputation de ce liquide était usurpée et que l'eau pure était un absorbant au moins aussi efficace.

En ce qui concerne les verres, il y avait lieu de rechercher si certaines colorations obtenues par l'introduction d'oxydes métalliques dans leur composition ne produirait pas l'effet désiré ; on pouvait se demander en même temps si la composition d'un verre même non coloré, suivant la nature des éléments composants ou suivant leurs proportions, ne posséderait pas à un degré plus ou moins élevé cette propriété intéressante.

Les verres colorés par l'oxyde d'urane à faible dose (1 pour 100), donnant par suite une coloration peu intense à l'épaisseur à laquelle sont travaillés les

verres pour la lunetterie, ont été regardés comme absolument efficaces et propres à protéger, par exemple, les yeux des explorateurs appelés à voyager pendant de longues heures au milieu des sables brûlants du désert.

Les expériences directes entreprises par nous et par M. le Dr Hubert n'ont pas confirmé l'existence de cette propriété, même sous une épaisseur plus grande que celle adoptée pour la lunetterie.

M. Zsigmondy a, dans un travail récent, repris la question au point de vuo de l'influence de la composition élémentaire du verre et, se basant sur les propriétés que possédaient soi-disant les solutions d'alun dont il a été déjà parlé, il a recherché si l'introduction de l'alumine dont le verre ne produirait pas un efiet analogu?; les résultats qu'il a obtenus semblaient confirmer cette présomption, qn^nd il s'est aperçu que le fer, dont il est si difficile d'éviter la présence dans les compositions vitrifiables, paraissait avoir une influence considérable et que, en réalité, les résultats intéressants obtenus étaient dus à la pré?.^nce de ce dernier métal. Ils ont été corroborés par les observations faites nllérieurement par lui sur les sels de fer doubles, presque incolores, tels que le sulfate ferro-ammoniacal, d'après lesquelles le pouvoir absorbant ainsi donné ne dépend que de la quantité de fer en solution et nullement du corps auquel il est combiné.

Le tableau suivant indique la proportion de chaleur émanée d'une lampe d'Argand dont les rayons traversent une cuve remplie successivement d'eau et de diverses solutions de sels de fer.

D'après le même expérimentateur, les verres contenant du sesquioxyde de fer seraient encore plus athermanes que les solutions de sels ferreux; ainsi, tandis que, sous une. épaisseur de 7 à 8 millimètres, le verre à miroir laisse passer plus de 60 pour 100 de la radiation d'une lampe d'Argand, un crown contenant 1 pour 100 de sesquioxyde de fer arrêterait 99,3 pour 100 de la radiation, et l'on ne constaterait aucune chaleur appréciable derrière un écran de 8 millimètres formé du même verre, contenant 2 pour 100 du même oxyde.

Gaye de 9,5 millimétrés. Cure de 24 millimètres.

Teneur en fer •/•• Chlorure de fer. Sulfate de fer. Chlorure de fer. Sulfate de fer.

Les observations auxquelles nous nous sommes livrés, il y a plusieurs années, à la suite d'accidents survenus en Angleterre, et sur la cause desquels nous avions été consultés, confirment sur certains points les conclusions de H. Zsigmondy; elles nous ont permis de préciser, de plus, les conditions dans lesquelles le fer agissait étant incorporé dans le verre, ainsi que les causes qui produisent ce phénomène d'athermanisme.

Il en résulte en effet que cette propriété, donnée au verre par le fer, est variable selon l'état d'oxydation dans lequel il se trouve et que, même en

HENRIVAUX. — LE VERRE. i\\

proportion très faible, et c'est évidemment là où est le véritable intérêt de ces études, des verres étaient athermanes quand le fer s'y trouvait à l'état de sesquioxyde, tandis que des verres de même composition élémentaire, et dans lesquels le fer entrait en mêmes proportions, mais à l'état de protoxyde et par conséquent notablement plus coloré, puisque le sesquioxyde de fer et le protoxyde de fer colorent le verre dans la proportion de 1 à 2 1/2, étaient diathermanes.

Voici l'explication que nous avons cru pouvoir en donner :

La coloration en vert jaune bouteille donnée par le fer, correspond à son introduction dans une composition de nature oxydante; par suite, tous les oxydes des métaux qui peuvent s'y être adjoints, et en particulier le manganèse,— et, quelque faible qu'en soit la proportion, il en existe toujours, ne serait-ce qu'à l'état de traces, — sont eux-mêmes au maximum d'oxydation, donnant dans ce cas leur maximum de coloration.

La teinte vert jaune du verre est donc presque toujours une teinte composée, formée de plusieurs couleurs se neutralisant et donnant comme résultante une teinte neutre faisant pour ainsi dire le fond et à laquelle s'adjoint comme dominante la teinte verte de l'oxyde de fer au maximum; avec le protoxyde de fer, la coloration au contraire est une, sans adjonction de teinte neutre, les teintes données par les autres oxydes, et en particulier par le manganèse, étant annulées.

On peut se rendre compte a priori de la différence de transparence de ces deux natures de verre en les comparant toutes deux sous une épaisseur de quelques centimètres; le verre au protoxyde de fer laisse passer les rayons avec une facilité infiniment plus grande.

Ce moyen de comparaison permet même de préjuger des qualités possibles d'athermanismes ou de diathermanisme d'un verre de coloration déterminée.

11 en résulte de plus que la moindre addition de manganèse destinée, dans une composition oxydante, à savonner le verre pourra rendre le verre alhermane.

Nous terminerons en donnant la composition d'un verre qui, d'après une publication allemande, serait imperméable à la chaleur.

Ce verre préparé avec :

Sable 70

Kaolin 25

Soude 34

et donnant à l'analyse :

Silice 74,6

Alumine 8,4

Soude 15,4

Chaux 0,9

Oxyde de fer traces.

ne laisserait passer à l'épaisseur de 7 millimètres que H à 12 pour 100 de la chaleur émise d'un côté de cette plaque par un brûleur à gaz.

112 HENRIVAUX. — LE VERRE.

L'athermanéité peut, dans certaines applications, être un inconvénient.

En effet, l'athermanisme d'un verre a pour conséquence réchauffement de la pièce qu'il a servi à fabriquer; cet échauffement peut-être considérable et n'être pas sans inconvénient quand il s'agit de pièces de verre posées dans le voisinage de puissants foyers lumineux.

Nous avons eu occasion de comparer la température de pièces de verro employées dans ces conditions, les unes fabriquées avec un verre athermane, les autres avec un verre diathermane, regardés tous deux comme incolores ; tandis que la température des premières était élevée à plus de 200 degrés, celles des secondes n'était que de 30 degrés au bout de plusieurs heures de fonctionnement de l'appareil.

La détermination du coefficient d'absorption de lumière présente le plus grand intérêt dans le choix des verres pour l'optique.

Le coefficient d'absorption du crown, ou verre à glaces de Saint-Gobain, a été mesuré à différentes reprises (par M. J. Rey, de la maison Sautter Harlé et Cie), soit sur des piles de glaces, soit sur des cubes de 8 à 10 centimètres d'épaisseur.

Le crown de Saint-Gobain absorbe 1.5 pour 100 de la lumière incidente par centimètre traversé; la quantité de lumière transmise est donc de 0,985.

L'absorption croissant comme une fonction exponentielle, la quantité de lumière Q qui traverse une épaisseur e de verre est donnée par la formule :

Qo étant la quantité de lumière incidente.