Les couleurs du spectre sont simples et inégalement ré

frangibles. — Si l'on isole une des couleurs du spectre en interceptant les autres au moyen d'un écran E (fig. 541), et qu'on la fasse passer à travers un second prisme B, on observe encore une déviation, mais il n'y a plus de dispersion, la lumière garde iden-

Fig. 541.

tiqueraient la même couleur. On en conclut que les couleurs du spectre sont simples, c'est-à-dire indécomposables par le prisme.

De plus, les couleurs du spectre sont inégalement réfrangibles, c'est-à-dire qu'elles possèdent des indices de réfraction différents. La forme allongée du spectre suffirait pour démontrer l'inégale réfrangibilité des couleurs simples. Il est évident, en effet, que la couleur violette, qui est la plus déviée vers la base du prisme (fig. 540), est aussi la plus réfrangible, et que la couleur rouge, qui est la moins déviée, est la moins réfrangible. Mais on peut démontrer directement l'inégale réfrangibilité des couleurs simples par un grand nombre d'expériences.

Première expérience. — On colle sur un carton noir, l'une à la' suite de l'autre, deux bandes étroites de papier, l'une rouge, l'autre violette; puis on les regarde à travers un prisme. On les voit déplacées toutes les deux, mais inégalement : la bande rouge moins que la violette; donc les rayons rouges sont les moins réfractés.

Deuxième expérience : Prismes croisés. — Sur un premier prisme A (fig. 542), disposé horizontalement, on reçoit un faisceau de lumière blanche S, qui va former un spectre vertical rv sur un écran éloigné. Si l'on place alors verticalement un second prisme B derrière le premier, de manière qu'il soit lui-même traversé par le faisceau réfracté, le spectre est déplacé sur le côté du prisme vertical ; mais, au lieu de l'être parallèlement à lui-même, comme

cela aurait lieu si toutes les couleurs du spectre étaient réfractées également, il est rejeté obliquement en rV : donc, en allant du rouge au violet, les couleurs sont de plus eh plus réfrangibles.

Ces diverses expériences montrent que l'indice de réfraction varie pour chaque couleur et même pour les rayons d'une même

Fig. 542.

couleur. En effet, dans la zone rouge, par exemple, les rayons qui forment l'extrémité du spectre sont moins réfractés que ceux qui sont voisins de la zone orangée. Dans la détermination des indices de réfraction (451), on est convenu de prendre pour indice d'une substance l'indice moyen du jaune dans le spectre donné par cette substance.

476. Recomposition de la lumière blanche. — Après avoir décomposé la lumière blanche, il restait à vérifier qu'on pouvait la recomposer par la superposition des différents rayons colorés. Cette recomposition s'opère par plusieurs procédés.

1° Prismes inverses. — Si l'on reçoit le spectre sur un second

Fig. bU.

prisme de même angle réfringent que le premier, mais tourné en sens contraire, comme le montre la figure 545, le second détruit

DISPERSION ET ACHROMATISME.

la dispersion du premier, et l'on obtient un faisceau émergent E parallèle au faisceau incident et incolore. Tout se passe comme si le faisceau incident avait traversé une lame à faces parallèles, formée par la juxtaposition des deux prismes.

2° Lentille convergente. — On reçoit le spectre sur une lentille biconvexe (fig. 544) et, plaçant un écran blanc à son foyer, on y recueille une image blanche du soleil. Un ballon de verre rempli d'eau produirait le même effet que la lentille.

3° Miroir concave. — On fait tomber le spectre sur un. miroir concave (fig. 545); en plaçant au foyer un écran de verre dépoli, on recueille une image Lia riche.

4° Sept miroirs plans. — On reçoit les sept couleurs du spectre respectivement sur sept miroirs de verre, à faces bien parallèles, et pouvant s'incliner Fi£- 515.

en tous sens (fig. 546). En dirigeant convenablement ces miroirs, on fait d'abord tomber, sur le plafond par exemple, les sept faisceaux réfléchis, qui y don-

Fig. 546.

nent sept images distinctes, rouge, orangée, jaune, etc. ; puis, dirigeant les miroirs de manière que les sept images viennent se superposer exactement, on obtient une image unique, qui est blanche.

5° Disque de Newton. —Enfin, ou peut produire la sensation de la lumière blanche au moyen du disque coloré de Newton. C'est un disque de carton de 30 centimètres de diamètre environ ; le centre et les bords sont noirs, et dans l'intervalle sont collées des bandes de papier rouges, orangées, jaunes, vertes, bleues, indigo et violettes, allant du centre à la circonférence, de manière à imiter circulairement cinq spectres successifs par la nature des teintes et par leur étendue relative (fig. 547). En impri-

Fiff. 548.

niant à ce disque un mouvement de rotation rapide, la rétine reçoit, presque simultanément, l'impression des sept couleurs du spectre, et le disque paraît blanc (fig. 548), ou du moins d'un blanc gris, car les couleurs qui le recouvrent ne sont pas exactement celles du spectre.

477. Théorie de la composition de la lumière et de la couleur

des corps : Idées de Newton. — De ces diverses expériences Newton tira deux conclusions :

1° La lumière blanche n'est pas homogène, mais formée de sept lumières simples et inégalement ré f tangibles; c'est ce qu'il nomma les couleurs simples ou primitives.

DISPERSION ET ACHROMATISME. 1371

L2° C'est en vertu de leur différence de réfrangibilité que ces couleurs simples se séparent en traversant le prisme.

D'après Newton, les corps décomposeraient aussi la lumière par réflexion, et leur couleur propre ne dépendrait que de leur pouvoir réflecteur pour les différentes couleurs simples. Ceux qui les réfléchissent toutes, dans les proportions qu'elles ont dans le spectre, paraissent blancs; ceux qui les absorbent toutes sont noirs. Entre ces deux limites extrêmes se présentent une infinité de nuances, déterminées par la proportion des rayons simples réfléchis ou éteints par chaque corps. Par conséquent, les corps ne seraient pas colorés par eux-mêmes, mais par l'espèce de lumière qu'ils réfléchissent.

Cette hypothèse parait confirmée par l'expérience suivante : Si dans une chambre obscure on éclaire successivement un même corps avec chacune des lumières du spectre, ce corps n'a plus de couleur propre ; ne pouvant réfléchir que l'espèce de lumière qu'il reçoit, il parait rouge, orangé, jaune..., suivant le faisceau dans lequel il est placé.

La couleur des corps varie encore avec la nature de la lumière. C'est ce qui arrive pour la lumière du gaz et des bougies, dans laquelle le jaune domine, et qui communique cette teinte aux objets qu'elle éclaire.

Analyse physique des couleurs. — On découpe une bandelette étroite du corps dont on veut analyser la couleur, on la tixe sur un fond noir et on l'éclairé fortement. En regardant, à la distance d'un à deux mètres, avec un prisme, la lumière réfléchie ou diffusée par la bandelette, on la décompose, et l'on analyse les couleurs simples qui composent la couleur propre du corps. On a constaté ainsi que la couleur de tous les corps est composée. Les pétales des fleurs, par exemple, donnent toujours un spectre nuancé de plusieurs des couleurs du spectre.

478. Couleurs complémentaires. — New ton a nommé couleurs complémentaires celles qui forment du blanc par leur superposition. Le vert est complémentaire du rouge, le bleu de l'orangé, le violet du jaune. Toute couleur a sa couleur complémentaire; car, n'étant pas blanche, il lui manque quelques-unes des couleurs du spectre pour former de la lumière blanche ; le mélange de ces dernières couleurs doit donc donner une couleur composée, complémentaire de la première. Les couleurs complémentaires peuvent donc être elles-mêmes simples ou composées.

479. Constitution du spectre solaire : Spectre lumineux, calorifique et chimique. — Newton n'a connu du spectre que la partie colorée, la partie visible. Or la radiation qui constitue le spectre possède beaucoup plus d'étendue, et se compose en réalité de

trois parties, douées de propriétés distinctes : 1° des rayons lumineux qui, agissant sur la rétine, constituent le spectre proprement dit, et donnent successivement les sept couleurs simples ; 2° en deçà du rouge, des rayons impropres à exciter la vision, mais possédant une puissance calorifique beaucoup plus grande que les autres parties du spectre : ce sont les rayons calorifiques, constituant le spectre calorifique; 3° au delà du violet, des rayons encore impropres à la vision, comme les rayons en deçà du rouge, d'un pouvoir calorifique très faible, mais doués d'une grande énergie chimique : ce sont les rayons chimiques; ils constituent le spectre chimique. Il y a donc dans la lumière blanche trois espèces de radiations, lumineuses, calorifiques et chimiques, que l'on peut, plus ou moins, séparer à l'aide des prismes.

480. Spectre lumineux : Pouvoir lumineux des divers faisceaux du spectre. — Expérience de Draper. — D'après les expériences de Fraïmhofer et d'Herschel, c'est dans le jaune qu'a lieu le maximum d'intensité de la lumière, et c'est dans le violet qu'a lieu le minimum.

ha composition de la partie visible du spectre varie avec la température de la source de lumière : c'est ce que montre l'expérience suivante de M. Draper. Lorsqu'on fait passer dans un fil de platine un courant électrique dont on accroît successivement l'intensité, le lil s'échauffe de plus en plus et vers 500° commence à devenir lumineux. Or, si l'on décompose, à l'aide d'un prisme, la lumière émise par ce fil, on n'obtient d'abord que des rayons rouges; mais, l'intensité du courant continuant à croître, le fil s'échauffe davantage, et à la suite du rouge on voit apparaître l'orangé. Au fur et à mesure que la température du fil s'élève, après l'orangé se montre le jaune, puis le vert, le bleu, l'indigo et enfin le violet, lorsque le platine est chauffé à blanc.

481. Spectre calorifique. — Lorsqu'on reçoit un faisceau de lumière solaire sur un prisme d'une substance parfaitement diathermane (c'est-à-dire transparente pour la chaleur), telle que le sel gemme, les rayons calorifiques obscurs s'épanouissent, comme les rayons lumineux, perpendiculairement aux arêtes du prisme, et forment ainsi un spectre calorifique.

Cette expérience prouve que la chaleur, comme la lumière, est composée de plusieurs espèces de rayons inégalement réfrangibles. Comme ces rayons calorifiques ne sont pas visibles, on les met en évidence à l'aide d'un thermoscope très sensible. Pour cela, par une petite ouverture pratiquée dans le volet d'une chambre obscure, on reçoit un faisceau de lumière solaire sur un prisme de sel gemme. Puis, de l'autre côté du prisme, on place successivement, dans les différentes régions du spectre, une pile de Melloni assez étroite pour ne recevoir que des rayons de même réfrangibilité1.

Résultats généraux. — Leslie constata le premier avec son thermomètre différentiel que, dans le spectre solaire, la chaleur croît du violet vers le rouge. W. Herschel remarqua qu'elle s'étend au delà du rouge et il en fixa le maximum dans la bande obscure qui termine le rouge. Bérard fixa ce maxi-

1. Nous définissons plus loin, dans le livre VIII, tous les termes employés dans ce paragraphe, et nous décrivons les instruments auxquels il est lait ici allusion

DISPERSION ET ACHROMATISME.

raum dans le rouge même. Cette divergence de résultats fut expliquée par Seebeck : il observa que la position du maximum dépendait de la substance réfringente. Avec un prisme d'eau il trouva le maximum dans le jaune, avec un prisme d'alcool dans le jaune orangé, et avec un prisme de crown dans le rouge moyen. Melloni confirma les expériences de Seebeck au moyen de son thermomultiplicateur ; il trouva que le maximum de chaleur s'éloigne d'autant plus du jaune vers le rouge que la substance du prisme est plus diathermane. Avec un prisme de sel gemme, le maximum se forme en deçà du rouge, et c'est là sa véritable place, puisque le faisceau calorifique a subi dans le sel gemme le minimum d'absorption.

Figuration du spectre calorifique. — Sur la droite AV (fig. 549) on porte une longueur proportionnelle à l'étendue totale de la radiation calorifique

Fig. 549.

dans le spectre, et sur cette droite on élève des perpendiculaires proportionnelles aux intensités calorifiques en chaque point : en joignant les extrémités de ces perpendiculaires, Herschel a obtenu une courbe qui représente la distribution de la chaleur dans le spectre solaire provenant d'un prisme de verre.

M. Muller, de Fribourg, ayant refait ces mesures à l'aide d'un prisme de sel gemme et avec des instruments plus précis, a obtenu la courbe ABCV : la partie VCR correspond à la radiation calorifique dans le spectre visible, du violet jusqu'au rouge, et la partie noire RCBA à la même radiation dans la région infra-rouge. On voit que le maximum de chaleur a lieu en B, bien en deçà du rouge, et que l'étendue totale du spectre calorifique est presque égale à celle du spectre lumineux.

Tyndall, qui a fait les mêmes recherches sur le spectre de la lumière électrique, a trouvé qu'avec cette source de lumière la courbe thermique s'élève au delà du rouge plus brusquement que dans le spectre solaire, et se prolonge beaucoup plus. D'après ce savant, l'infériorité de la radiation calorifique du spectre solaire, par rapport au spectre électrique, serait due à l'absorption de la chaleur solaire par la vapeur d'eau de l'atmosphère.

482. Spectre chimique : Pouvoir chimique dans ses diverses régions — Expérience de Stokes. — Dans un grand nombre de cas, la lumière solaire se comporte comme un agent chimique. Par exemple, sous l'action de la lumière, le protochlorure de mercure et le chlorure d'argent noircissent, le phosphore diaphane devient opaque, les principes colorants d'origine végétale se détruisent. La lumière suffit même pour déterminer des combinaisons, comme cela arrive avec un mélange de chlore et d'hydrogène; c'est elle, enfin, qui contribue principalement à la production de la matière verte dans les plantes.

GANOT, 43

Toutefois les diverses couleurs ne possèdent pas toutes, au même degré, cette activité chimique. Scheele observa le premier, en 1770, que le chlorure d'argent exposé à la lumière prend une teinte violacée, et il reconnut que les rayons violets du spectre produisaient seuls cet effet. Wollaston observa ensuite que cette action s'étendait hors du spectre visible, avec la même intensité que dans le violet : il en conclut qu'outre les rayons qui agissent sur la rétine, il existe des rayons invisibles plus réfrangibles. Les rayons qui possèdent la propriété de déterminer des réactions chimiques ont reçu le nom de rayons chimiques *. L'ensemble des rayons chimiques obscurs qu'on trouve dans le spectre solaire au delà du violet, constitue le spectre chimique proprement dit ou spectre ultra-violet.

M. Ed. Becquerel a distingué, en outre, dans le spectre deux espèces de rayons chimiques, qu'il appelle les uns rayons continuateurs et les autres rayons phosphorogéniques. Les premiers seraient des rayons qui n'exercent point d'action chimique par eux-mêmes, mais qui sont capables de la continuer lorsqu'elle est commencée. Les rayons phosphorogéniques seraient des rayons qui ont la propriété de rendre certains corps, le sulfure de baryum par exemple, lumineux dans l'obscurité, lorsqu'ils ont été exposés quelque temps à la lumière solaire. Le spectre phosphorogénique s'étendrait depuis l'indigo jusque bien au delà du violet.

M. Stokes, de Cambridge, a fait voir que les rayons ultra-violets, qui sont par eux-mêmes invisibles (-480), deviennent visibles en traversant certains milieux, comme les solutions de quinine et d'esculine, les verres d'urane. Tout se passe comme si la réfrangibilité de la lumière était abaissée par son passage à travers ces substances ; ces milieux sont appelés corps fluorescents.

Tyndall a observé un phénomène inverse pour les rayons obscurs du spectre infra-rouge : reçus dans le vide sur une lame d'étain ou de charbon, et dans l'air ou dans le vide sur une feuille de platine platiné (c'est-à-dire recouvert de platine pulvérulent), leur réfrangibilité est exaltée et ils deviennent visibles.

483. Aberration de réfrangibilité. — Les lentilles, réfractant la lumière comme des prismes, doivent aussi la décomposer. Il en résulte que les images qu'elles donnent sont irisées sur leur contour. Ce défaut, sensible surtout dans les lentilles convergentes, se désigne sous le nom d'aberration de réfrangibilité.

Lorsqu'une lentille convergente, par exemple, reçoit un faisceau de lumière blanche, parallèle à son axe principal, les rayons rouges, qui sont les moins réfrangibles, vont former leur foyer en un point r, placé sur l'axe de la lentille (fig. 550), tandis que les rayons violets, se réfractant davantage, vont concourir en un point v, plus

1. M. Draper repousse l'hypothèse d'un spectre chimique qui serait exclusivement dû aux rayons les plus réfrangibles. Il admet que tous les rayons du spectre solaire peuvent être également actifs, suivant la nature de la substance impressionnée, et que les rayons actifs sur une substance sont ceux pour lesquels elle a le plus grand pouvoir absorbant. M. Draper appuie cette nouvelle théorie sur de nombreuses expériences (Journal de physique, juin 1874).

DISPERSION ET ACHROMATISME. 675

rapproché. Entre ces deux limites se forment les foyers orangé, jaune, vert, bleu et indigo. L'aberration de réfrangibilité est d'autant plus sensible que les lentilles sont plus convergentes et que les rayons incidents sont plus éloignés de Taxe.

481. Effet d'aberration de réfrangibilité : Irisation des objets vus au travers d'un prisme. — Lorsqu'un corps est vu au travers d'un prisme, les portions de son contour qui sont parallèles aux arêtes du prisme paraissent colorées des teintes du spectre : on dit que l'image est irisée.

Ce phénomène est un effet daberration de. réfrangibilité; il s'explique par l'inégale réfrangibilité des rayons réfléchis par le corps. Si l'on regarde, par exemple, une bande très étroite de papier blanc collée sur un carton noir avec un prisme dont les arêtes lui soient parallèles, elle parait colorée de toutes les couleurs du spectre, et c'est la teinte violette qui est la plus relevée vers le sommet du prisme. Dans cette expérience, la lumière blanche que diffuse la bande de papier est décomposée en traversant le prisme, et la teinte violette, qui est la plus réfrangible, étant la plus déviée, parait plus élevée que toutes les autres.

Si la bande de papier, au lieu d'être très étroite, a une certaine largeur, toute sa partie moyenne reste blanche; ses bords, parallèles aux arêtes du prisme, sont seuls colorés, les plus rapprochés du sommet en violet mélangé de bleu et d'indigo, et les plus rapprochés de la base en rouge mélangé d'orangé et de jaune. Pour expliquer ce phénomène, il faut concevoir la bande de papier partagée en bandes parallèles très étroites. Chacune de celles-ci donnera, comme dans le premier cas, un spectre complet. Or, le deuxième spectre étant un peu plus bas que le premier, le troisième plus bas que le deuxième, et ainsi de suite, il se produit dans la partie médiane une superposition successive de toutes les couleurs simples, d'où résulte la sensation du blanc ; mais sur les bords, où la superposition n'est pas complète, le violet d'un côté et le rouge de l'autre restent isolés et produisent Virisation.

485. Achromatisme. — En combinant des prismes dont les angles réfringents sont différents et qui sont faits de substances inégalement dispersives, on est parvenu à réfracter la lumière blanche sans la décomposer. Le même résultat s'obtient avec des lentilles de substances différentes, dont les courbures sont convenablement combinées. Les contours des objets vus à travers ces systèmes de prismes ou de lentilles, ainsi formés, ne paraissent plus irisés : on dit que ces systèmes réfringents sont achromatiques, et l'on nomme achromatisme la suppression de l'aberration par réfrangibilité.

En observant le phénomène de la dispersion avec des prismes d'eau, d'essence de térébenthine, de crown-glass, Newton avait été conduit à admettre que la dispersion était proportionnelle à la réfraction. Il en avait conclu qu'il ne pouvait y avoir réfraction sans dispersion, et par conséquent que l'achromatisme était impossible. Près d'un demi-siècle s'écoula avant qu'on reconnût l'erreur de Newton. Ce n'est qu'en 1733 que le physicien anglais Hall construisit des lunettes achromatiques ; mais il ne publia pas sa dé-

couverte. C'est Dollond, opticien de Londres, qui, en 1757, montra qu'en juxtaposant deux lentilles, l'une biconvexe, en crownglass, et l'autre concave-convexe, en flint (fig. 551), AJJli^B on obtenait une lentille sensiblement achromatique.