CHAPITRE YIII

PYROMÈTRE A RADIATION LUMINEUSE

Principe. — Au lieu crutiliser la totalité de Fénergie rayonnée comme dans les méthodes décrites au chapitre précédent, on emploie seulement les radiations visibles. Cette utilisation peut se faire de Ijien des façons différentes, qui donnent des méthodes inégalement précises et d'un emploi inégalement facile.

Avant d'aborder leur étude, il est utile de rappeler quelques propriétés des radiations.

Lois de Kirclioff. — Un corps incandescent émet des radiations de longueurs d'onde différentes. Pour vme longueur d'onde donnée et une température donnée, l'intensité de cette radiation émise n'est pas la même pour les différents corps : on dit qu'ils ont, pour cette radiation, un pouvoir émissif différent. De môme, un corps, qui reçoit des radiations d'une longueur d'onde donnée, en absorbe une partie et en renvoie une autre partie par diffusion ou réflexion; une certaine quantité pourra môme traverser le corps. Le pouvoir diffusif] ou réfléchissant ^ ou transmettant^ à une température donnée, pour une longueur d'onde donnée, varie d'un corps à l'autre. Le pouvoir émissif et le pouvoir diffusif (dans le cas de corps opaque et non réfléchissant) varient toujours en sens inverse en restant complémentaires l'un de Vautre.

PRINCIPE i55

Les corps à grand pouvoir émissif, comme le noir de fumée, ont un faible pouvoir difl'usif; les corps à faible pouvoir émissif, comme Fargent poli, la magnésie, ont un très grand pouvoir diffusif ou réfléchissant.

Si Ton prend comme mesure du pouvoir émissif le rappoit de l'intensité de la radiation du corps considéré à celle du noir de fumée à la même température, et comme mesure du pouvoir diffusif le rapport de l'intensité de la radiation diffusée à la radiation incidente, la somme de ces deux grandeurs est égale à Tiuiité.

Kirchoff a démontré que dans une enceinte à température uniforme, percée d'une petite ouverture pour regarder à l'intérieur, l'intensité de chaque radiation ik; dépend que de la température et est indépendante de la nature du corps. Les corps à grand pouvoir émissif, comme le noir de fumée, ont une intensité de radiation se rapprochant de celle d'une semblable enceinte sans jamais lui être supérieure.

Pour abréger, nous appellerons corps absorbant noir ou simplement corps noir un corps qui aurait le même pouvoir émissif que l'enceinte précitée, et dont le pouvoir émissif sera pris comme unité.

Le pouvoir émissif d'un corps varie d'une radiation à une autre, et par suite aussi son pouvoir dilfusif ou transmettant, puisque ces deux pouvoirs sont complémentaires l'un de l'autre. Il en résulte que les proportions relatives des radiations visibles, reçues ou renvoyées par un corps, ne sont pas les mômes; par suite, les corps différents, à une môme température, nous paraîtront diversement colorés.

A une même température, la couleur propre d'un corps et sa couleur apparente, quand il est éclairé avec la lumière blanche, sont complémentaires l'une de l'autre. T^es corps jaunes, comme l'oxyde de zinc à

i56 PYROMETRE A R.lDIATIO.\ LlML\EiSE

cliaud, émeltent une lumière bleu verdâlre. Aux températures usuelles plus petites que 2000°, les radiations rouges prédominent beaucoup et noient les inégalités des radiations des autres longueurs d'onde. Pour rendre facilement visibles les colorations des corps rayonnants, il faut les comparer à celles d'un corps noir dans les mêmes conditions de température. Un trou percé dans le corps, ou inie fissure traversant la surface, donnent lui très bon terme de comparaison pour juger de celte coloration.

L'intensité des radiations émises par un corps noir croît toujours avec la température, et d'autant ])liis rapidement que la région du spectre se rapproche du bleu; mais d'autre part, les radiations du coté du ronge commencent leâ premières à avoir une intensité appréciable à la vue, de telle sorte que la couleur des corps cliaufl'és à des températures de plus en j)lus élevées part du rouge pour tendre vers le blanc en passant par l'orange et le jaune. Le blanc est en effet la couleur ])ropre aux corps extrêmement chauds comme le soleil.

Les corps non noirs ont une loi d'accroissement différente de celle des corps noirs, parce que le pouvoir émissif varie avec la température. Il augmente inégalement pour les diverses radiations, de sorte que la couleur des corps, par rapport à la couleur d'un corps noir, change avec la température.

Le tableau suivant donne pour différentes couleurs le rapport des valeurs des pouvoirs émissifs de quelques (*orps, à celui d'un corps noir; la radiation rouge a été observée à travers un verre contenant du cuivre, la verte à l'aide d'un verre au chrome et au cuivre, la bleue à travers luie dissolution ammoniacale d'iiydrate cuivrique. La matière recouvrait la soudure d'un couple thermo-électrique; elle était sillonnée par des fissures,

MESURE DE LIXTENSITE TOTALE DE LA JiADIATIOX

c'est l'éclal du fond de ces fissures qui a été comparé à celui de la silrface.

Magni-sii- ....

Chaux

Oxyde do chrome.

Oxyde de ihoriiini.

Oxyde de cériiim.

Mélange Auer . .

R. ronge

R. verte

R. bleue

I îoo»

L'estimation de la température, d'après les mesures des radiations, peut au moins, en théorie, se faire de trois laçons dillerentes, en utilisait:

V intensité totale de la radiation lumineuse ;

L'intensité d'une radiation de longueur d'onde déterminée ;

L'intensité relative des radiations de longueurs d'onde déterminées.

Mesure de l'intensité totale de la radiation, — L'éclat dos corps augmente très rapidement avec la température. On peut à la vue estimer comparativement cet éclat, mais cette mesure est très incertaine faute de points de repère. La sensibilité de l'œil varie, en effet, avec les individus, avec la lumière dans laquelle l'o'il s'est trouvé préalablement, et avec la fatigue qui en résulte. On ne peut pas non plus employer de procédés photométriques précis par comparaison avec une source étalon, à cause du changement de nuance avec la température.

i58 PYROMkriiE A EADIATION LUMISEUSE

Le procédé suivant pourrait être essayé : tracer sur une surface blanche, diffusante ou translucide, des traits d'intensité et de dimensions déterminées, et chercher quelle fraction de la lumière il faut employer pour cesser de voir la distinction des traits. Les indications seront encore assez variables et dépendront du degré de fatigue de l'œil.

On peut donc dire qu'il n'existe actuellement pour l'estimation des températures aucune méthode définie basée sur l'appréciation de l'intensité totale des radiations visibles.

Mesure de l'intensité d'une radiation simple. — On

peut estimer la température d'un corps d'après l'intensité d'une de ses radiations pourvu que l'on connaisse le pouvoir émissif du corps à cette température et la loi de variation de cette radiation repérée par rapport au thermomètre à air.

Le pouvoir émissif varie avec la température, et il n'est généralement pas connu. Il semblerait que cela dût faire rejeter cette méthode et les méthodes semblables par radiation. Il, n'en est rien pour les raisons suivantes :

1° Aux températures supérieures à la fusion du platine, il n'y a pas d'autres méthodes pyrométriques applicables ;

2" L"n grand nombre de corps ont un pouvoir émissif considérable, voisin de l'unité, et particulièrement des corps très intéressants industriellement, comme le fer et le charbon ;

3° La loi de variation du rayonnement avec la température est assez rapide pour que les erreurs commises en négligeant le pouvoir émissif soient faibles. Ainsi, à I 000", le rayonnement de la radiation rouge émise par

MESURE DE LINTEySITE D'USE RADIATION SIMPLE j^

le charbon quadruple pour un intervalle de loo"; il double à i aoo" pour le môme intervalle de température. Or, en dehors de quelques corps exceptionnellement blancs, les pouvoirs émissils aux températures élevées sont supérieures à o,5. En les prenant égaux à 0,76, on ne commettra, au plus, qu'une erreur de 5o° à 25° pour les températures usuelles comprises entre i 000" et I 5ooo.

Pi/romètre optique de M. H. Le Chatelier. — Ed. Becf|uerel avait proposé,-^ en 1864, de ramener la mesure des températures élevées à la mesure de l'intensité des radiations rouges émises par les corps incandescents ; mais cette méthode n'avait jamais été réalisée d'une façon complète, et encore moins employée. M. Le Chatelier, reprenant la question, a établi un dispositif expérimental approprié à ces mesures et déterminé la loi de radiation des corps en fonction de la température.

Photomètre. — Pour ces mesures, il faut un appareil photométrique qui permette, non pas comme les photomètres usuels de mesurer l'éclairement total produit par une source, éclairement qui varie avec les dimensions de cette source, mais l'éclat intrinsèque de chaque unité de surface. On peut employer un photomètre reposant sur un principe du à M. Cornu.

L'appareil (fig. 32 et 33) consiste essentiellement en une lunette qui porte fixée latéralement une petite lampe de comparaison. L'image de la flamme de cette lampe est projetée sur un miroir à 45° placé au fover principal de la lunette. On ramène à l'égalité d'intensité les images de l'objet qu'on vise et de la flamme de comparaison, qui se trouvent ainsi juxtaposées.

La lunette comprend un objectif en avant duquel se

PYROMETRE A RADIATION LUMINEUSE

trouve un œil-de-chat qui permet de faire varier l'ouverture utile de cet objectif, et au delà une monture destinée à recevoir des verres absorbants foncés.

Fier. 32.

Au foyer de l'objectif se trouve un miroir à 4^*^ ^I qui

ïa3ry

Fig. 33.

réfléchît l'image de la lampe projetée par une lentille intermédiaire. Un oculaire, devant lequel est placé

MESURE DE V INTENSITÉ D'UNE RADIATION SIMPLE i6i

à poste fixe un verre monochromatique, sert à observer les images de la flamme et de Fobjet.

Contre la lampe est fixé un diaphragme rectangulaire qui arrête les rayons lumineux non utilisés et qui porte une monture destinée à recevoir des verres absorbants foncés.

L'arête de miroir à 4^" est dans le plan de l'image de la source étudiée, de telle sorte que l'image réfléchie et l'image directe sont juxtaposées, séparées seulement par l'arête du miroir. Ce miroir, d'après un procédé imaginé par M. Cornu, est formé par une lame de verre noir coupée au diamant, ce qui donne une arête très fine.

Pour faire varier l'intensité relative des images, on emploie donc simultanément des verres foncés placés devant l'un ou l'autre des deux objectifs, et l'œil-de-chat précité. Une vis permet de faire varier l'ouverture de cet œil-de-chat, et une graduation convenable indique les dimensions de cette ouverture.

Il est très important que les verres foncés aient un pouvoir absorbant aussi régulier que possible et ne présentent pas de bandes d'absorption. On y arrive avec les verres fumés de fabrication ancienne (CuO, Fe-0*, MnO^) ; on emploie aujourd'hui pour la fabrication de ces verres les oxydes de nickel et de cobalt qui donnent (les bandes d'absorption.

Pour déterminer le pouvoir absorbant de ces verres, on fait une mesure avec et sans l'un d'eux ; le rapport du carré des ouvertures de l'œil-de-chat donne le pouvoir absorbant.

Comme écrans monochromatiques, on peut employer :

1° Le verre rouge au cuivre qui laisse passer A = 639 environ. C'est celui qui est préférable, parce qu'il est plus monochromatique et qu'il permet de faire des

Le Chatelier. Températures élevées. 1 1

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mesures à basse tempérât are, les premières radiations émises étant ronges ;

a** Le verre vert pv = 546 environ). Les mesures sont alors plus faciles que dans le rouge, mais elles ne peuvent commencer qu'à des températures plus élevées ;

L'emploi de ce dernier écran, qui est peu monochromatique, est sans intérêt ; l'œil est peu sensible aux radiations bleues, et celles-ci ne deviennent un peu intenses qu'aux températures élevées.

Réglage de l'appareil. — 11 y a, dans l'appareil, deux parties qui exigent un réglage très soigné pour assurer son bon fonctionnement, et doivent, par suite, pouvoir être modifiées pour obtenir le résultat voulu.

1° Le faisceau lumineux provenant de la lampe qui est réfléchi parle miroir et celui qui vient directement de l'objet visé doivent pénétrer intégralement dans l'œil. Cette condition est remplie si les images des deux objectifs données par l'oculaire se superposent entre elles.

On le vérifie en visant avec une loupe ces deux images qui viennent se former un peu en arrière de l'anneau oculaire. Il faut, bien entendu, pour les rendre visibles, éclairer les deux objectifs, l'un avec la lampe, l'autre avec une source lumineuse quelconque. Si la superposition n'existe pas, on le rétablit par tâtonnement en agissant sur les vis qui fixent le miroir. S'il ne reçoit pas de chocs, l'appareil doit rester indéfiniment réglé ;

a" La lampe de comparaison demande, pour donner une lumière constante, certaines précautions. Autant que possible, il faut toujours employer la même essence