CHAPITRE IV

DISPOSITIONS IMAGINÉES PAR ' FRESNEL POUR UTILISER LES RAYONS SUPÉUIEUBS ET INFÉRIEURS DE LA FLAMME. — ANNEAUX CATADIOPTRIQUES. — FABRICATION DES LEN- TILLES A ÉCHELONS.

Dans un appareil d'éclairage réduit à ce qui vient d'être dit, c'est-à-dire à une portion de lentille centrale, accompagnée de segments disposés sur la même ligne, tous les rayons émanés de la source lumineuse ne sont pas utilisés. Les uns passent au-dessous du tambour de cristal, et vont frapper le pied du phare, les autres passent au-dessus, et se répandent dans les régions supérieures de l'atmosphère. Les uns et les autres seraient donc perdus pour l'éclairage maritime, si l'on n'avait pas les moyens de les recueillir et de les envoyer sur l'horizon avec ceux qui traversent le tambour. C'est encore^ Fresnel qui a imaginé les dispositions à l'aide desquelles on atteint ce but.

L'illustre physicien français n'arriva pas du premier coup à ce résultat d'une manière irréprochable. Il fît d'abord usage de miroirs réflecteurs pour recueillir les rayons lumineux perdus. Dans le premier appareil de grandes dimensions qui fut exécuté d'après ses indications, et que l'on installa sur la tour de Cordduan, les rayons supérieurs étaient ras-

semblés par huit petites lentilles, placées audessus de la lampe, et projetés, en faisceaux parallèles, sur de grands miroirs plans^ qui les renvoyaient à F horizon.

Quant aux rayons inférieurs, Fresnel songea d'abord à les relever au moyen de petites glaces étamées, fixées au-dessous des grandes lentilles, et disposées d'une manière assez analogue aux feuilles d'une jalousie; mais cette idée, appliquée dans quelques appareils, ne produisit pas tout ce qu'en attendait son auteur. C'est pourquoi l'on ne tarda pas à remplacer les petites glaces planes par des zones horizontales, composées de miroirs courbes étamés. Des zones semblables furent également installées au-dessus du tambour, à la place du système de lentilles et de miroirs plans décrit plus haut.

Tous ces miroirs courbes offraient bien des inconvénients. Ils absorbaient beaucoup plus de lumière que les lentilles, même lorsqu'ils n'étaient point ternis par l'usage. On pouvait craindre que les gardiens ne les remissent pas exactement en place, lorsqu'ils les dérangeaient pour les nettoyer. Enfin, ils étaient rarement bien exécutés, à cause des difficultés de leur fabrication.

En approfondissant de nouveau la question, Fresnel parvint à la résoudre de la manière la plus heureuse, grâce à l'invention des anneaux catadioptriques, c'est-à-dire des portions de lentilles réfringentes en forme d'anneaux. Mais la disposition qu'il imagina et qui est aujourd'hui adoptée dans tous les phares lenticulaires, ne put être appliquée de son vivant, par suite d'obstacles tout pratiques résultant d'un outillage insuffisant. C'est seulement lorsque l'industrie des phares dioptriquës eut pris une grande extension, que les fabricants se déterminèrent à faire les frais nécessaires pour l'exécution des anneaux cat adioptriques .

Comme l'indique leur nom, ces anneaux agissent à la fois comme réflecteurs et comme lentilles, c'est-à-dire par voie de réfraction et

de réflexion totale* C'est ce que nous allons expliquer au moyen de la figure 278.

Soient RST, le profil de l'anneau, et B le foyer de la lentille dont cet anneau fait par-

Fig, 278. — Marche des rayons lumineux dans un anneau catadioptrique.

tie. Supposons qu'une lampe allumée soit placée à ce même foyer B. Le rayon BD se réfracte en D, subit sur la surface courbe RS ce que les physiciens appellent une réflexion totale, et sort du prismê suivant une direction EF, parallèle à Taxe horizontal CB.

Un appareil d'éclairage des phares étant composé de la réunion d'une lentille à échelons et d'un certain nombre d'anneaux lenticulaires, il est nécessaire d'expliquer la marche, dans un tel assemblage de cristal, de la lumière émanée de la lampe.

On se rendra compte, au moyen àe la figure 279, de la marche des rayons lumineux dans un appareil d'éclairage maritime, composé d'une lentille à échelons et d'anneaux catadioptriques. Les rayons lumineux qui émanent de la lampe placée au foyer B, traversant les échelons a, b, c, d, du haut de la lentille, et les échelons e, /, g, du bas de la même lentille, et, grâce au degré convenablement calculé de leur courbure, se réfractant à l'intérieur du cristal,, sortent tous de l'appareil parallèles entre eux. Le même efïet se produit pour les rayons recueillis par les anneaux catadioptriques m, n, o,p, g,r, s ; de sorte que rien n'est perdu de la lumière

de la lampe ; tous les rayons sont recueillis3 et tous sont dirigés vers l'horizon en formant un immense faisceau, une gerbe unique d'une éblouissante clarté.

Fig. 279. — Marche des rayons lumineux dans une lentille à échelons et dans les anneaux catadioptriques.

On voit par la figure 279, que le diamètre des anneaux catadioptriques va en diminuant à mesure qu'ils s'éloignent du centre de l'appareil. En outre, la quantité de lumière qui échappe au tambour par en bas, étant bien moins considérable que celle qui passe audessus, le nombre des anneaux inférieurs, e> fj g, est toujours moindre que celui des anneaux supérieurs, a, b,c,d.

La figure 280 montre la disposition des lentilles à échelons et des anneaux catadioptriques dans un phare de premier ordre.

La première application importante des anneaux catadioptriques se fit, en 1842, au phare à feu fixe de Gravelines ; mais ce n'est qu'en 18S2 qu'on les introduisit dans les phares de premier ordre.

Avec les lentilles à échelons et les anneaux catadioptriques, on a le moyen de réunir, sans en perdre un seul, tous les rayons lumi-

LES PHARES

neux de la lampe. Mais cela ne suffit pas, il faut encore pouvoir diversifier l'apparence des feux. En effet, le navigateur ne doit ja-

Fig, 280, — Appareil d'éclairage d'un phare de premier ordre, produisant un feu fixe.

mais être exposé à confondre différents feux qui éclairent la même côte. On a rempli cet important élément du problème de l'éclairage maritime, en créant les phares à éclipses, c'est-à-dire en distinguant les feux des côtes en feux fixes et en feux à éclipses.

Les feux fixes s'obtiennent en faisant usage du système représenté par la figure 280. C'est une lentille de cristal à échelons, AA', tjui

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renvoie parallèlement les rayons émanés de la lampe. Au-dessus de ce segment de lentille sont des anneaux catadioptriques, BB\CC,

Fig. 281. — Appareil d'éclairage d'un phare de premier ordre, produisant un feu à éclipses.

recueillant les rayons de la lampe qui passeraient par-dessus ou par-dessous la lentille. Pour obtenir des feux à éclipses, on prend huit grandes lentilles à échelons, et on en forme un tambour à huit côtés, A A' (fig* 281). Ce système envoie parallèlement à l'horizon tous les rayons émanés de la lampe. Oa ajoute à cet ensemble de lentilles à échelons,

des anneaux catadioptriques, BB',CCf, par-

dessus et par-dessous le tambour octogonal.

Si, maintenant, on imprime à tout cet ensemble un mouvement de rotation autour de la verticale passant par le foyer, on enverra successivement sur tous les points de l'horizon, des faisceaux lumineux recueillis par chaque lentille, et des moments d'obscurité correspondront aux intervalles de deux len- UUes consécutives : on aura ainsi un phare à éclipses.

La figure 281 représente un phare donnant des éclipses de minute en minute. ÀA' est la réunion des huit lentilles à échelons, BB', la réunion des anneaux catadioptriques supérieurs, CC, l'ensemble des anneaux catadioptriques inférieurs. D est la boîte qui contient les rouages d'horlogerie, qui déterminent la rotation de tout le système avec le degré de vitesse voulu. Une tige, transmet à ces rouage? Faction du poids moteur, qui se trouve placé à S ou 6 métrés plus bas. b, est la manivelle au moyen de laquelle ondébraye le système moteur, pour faire agir le poids et faire tourner le tambour.

Les éclipses ont lieu, avons-nous dit, pendant l'intervalle du passage de deux faisceaux lumineux successifs au même point. C'est donc en faisant varier la vitesse de rotation du tambour que l'on détermine le temps qui doit séparer les difïérentes suspensions du feu.

Le lecteur connaît assez bien maintenant les appareils lenticulaires, pour comprendre les raisons de leur supériorité sur les simples réflecteurs métalliques que l'on employait avant les travaux de Fresnel.

En premier lieu, les lentilles à échelons absorbent une bien moins grande quantité de rayons lumineux que les réflecteurs métalliques. Ces derniers se ternissent très-rapidement, surtout par le voisinage de la mer. Pour peu qu'on néglige de les nettoyer, un cinquième au moins de la lumière focale est perdu.

Les rayons divergent beaucoup plus dans

les appareils à réflecteurs que dans les appareils à lentilles : de là une nouvelle déperdition de lumière.

Les appareils à miroirs réfléchissants se prêtent fort mai à l'établissement de feux fixes devant éclairer une grande partie ou la totalité de l'horizon maritime ; car il faudrait multiplier à l'excès le nombre des réflecteurs, au préjudice de la stabilité de l'appareil et des frais d'entretien. Rien de plus aisé, au contraire, avec le système lenticulaire.

Enfin, la lumière émise est beaucoup plus intense dans le système dioptrique que dans le système catoptrique, et les éclats sont beaucoup plus vifs.

On peut alléguer, il est vrai, en faveur des appareils à réflexion, qu'ils coûtent moins cher à établir que les autres. Mais, outre que cet avantage ne saurait compenser les graves inconvénients ci-dessus énoncés, il est balancé par l'augmentation de dépenses annuelles exigée par l'emploi des miroirs, qu'il faut sans cesse nettoyer et polir, pour leur conserver leur puissance réfléchissante.

Il demeure donc certain que les phares lenticulaires sont éminemment supérieurs aux phares à réflecteurs paraboliques, et c'est un honneur pour la France d'avoir marché à la tête des naiions, dans cette voie essentiellement humanitaire.

Nous terminerons ce chapitre par quelques renseignements sur le mode de fabrication des lentilles.

Trois maisons françaises se sont fait une réputation de premier ordre dans la construction des appareils lenticulaires. Avec M. Chance, de Birmingham, elles fournissent à peu près exclusivement toutes les contrées maritimes. Ces établissements sont ceux de MM. Henry Lepaute, — Sautter et Cie, — Barbier et Fenestre.

Tout le cristal employé pour la confection des lentilles, provient de la manufacture de Saint-Gobain. Ce cristal est composé de 72

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parties de silice, 12 de soude et 16 de chaux, , avec des traces d'alumine et d'oxyde de fer. D'après M, Léonce Reynaud, « ce cristal est incolore, dur, homogène, n'absorbe qu'une très-faible partie des rayons qui le traversent, prend un fort beau poli, résiste parfaitement aux actions de l'atmosphère, et ne contient qu'un bien petit nombre de bulles ou de stries. »

Les différentes pièces de cristal qui doivent former une même lentille, sont coulées séparément, dans des moules en fonte, dont la capacité intérieure est un peu exagérée, parce qu'il faut tenir compte du retrait qu'éprouve le verre en se refroidissant, et aussi de la matière qui doit disparaître par le travail subséquent. Elles sont ensuile portées sur le tour, où des ouvriers habiles leur donnent la forme et les dimensions voulues, ainsi qu'un poli irréprochable. Il ne reste plus qu'à les rapprocher par leurs tranches, à les sceller solidement, au. moyen d'un mastic transparent, enfin à les réunir dans des cadres en bronze. *

Les progrès de la fabrication doivent toujours tendre à diminuer l'épaisseur du verre ; mais il y a ici une limite qui n'a pu être dépassée jusqu'à présent, d'abord parce qu'il faut que la lentille conserve une solidité suffisante ; en second lieu, à cause de la difficulté de l'exécution par la méthode que nous venons d'exposer.

C'est ce qui a porté un ingénieur des ponts et chaussées, M. Degrand, à exécuter les lentilles à échelons en verre et non en cristal. Quelques essais ont été tentés dans cette voie. En coulant le verre dans des moules en fonte, construits avec une grande précision, on a obtenu des lentilles qui se sont bien comportées. Cependant l'expérience n'avait été faite que sur une petite échelle. Dès qu'on a voulu appliquer ce procédé à de grands appareils, on n'a obtenu que de médiocres résultats, à cause de l'irrégularité de la surface du verre. On en est donc revenu aux lentilles de cristal.