CHAPITRE VIII

CHROMATIQUE (suite)

488. Raies du spectre. — 1° Définition et production. — Quand on produit un spectre solaire très pur (règle de Newton), on s'aperçoit que ce spectre n'est pas continu; il est sillonné, perpendiculairement à sa longueur, de raies obscures, plus ou moins nombreuses, plus ou moins larges, suivant le degré de netteté de Fimage. C'est ce qu'on appelle les raies du spectre solaire.

Pour bien observer les raies, on reçoit un faisceau de lumière solaire dans une chambre obscure, par une fente très étroite, et à la distance de 3 à 4 mètres on regarde cette fente à travers un prisme de flint exempt de stries, en tenant les arêtes parallèles aux bords de la fente : on voit alors un grand nombre de raies

obscures, très déliées, parallèles aux arêtes du prisme et très inégalement espacées. On voit encore mieux ces raies en les observant à l'aide d'une lunette.

Les diverses couleurs du spectre solaire ne sont donc point continues ; les rayons paraissent manquer pour plusieurs degrés de réfrangibilité.

2° Description et historique. — Il est étonnant que Newton n'ait pas aperçu ces raies; il est probable que la substance de ses prismes n'était pas assez pure. C'est Wollaston qui les signala le premier, en 1802 ; mais c'est Fraùnhofer qui le premier, en 1815, les étudia avec soin et en donna une description détaillée, avec un dessin précis. 11 désignait par les lettres A, a, B, C, D, E, b, F, G, H, les plus apparentes de ces raies, qu'on appelle ordinairement raies de Fraùnhofer. La raie A (fig. 1 des planches I et II) est à la limite du rouge; B, au milieu du rouge; C, à la limite du rouge et de l'orangé; D, dans le jaune ; E, dans le vert : F, dans le bleu; G, dans l'indigo et H dans le violet. Il y a encore d'autres raies remarquables, telles que a dans le rouge et b dans le vert. Avec la lumière solaire, ces raies ont des positions fixes dans les différentes régions du spectre, ce qui donne le moyen de mesurer avec précision les indices de réfraction des couleurs correspondantes.

Fraùnhofer avait fait de nombreuses observations sur ces raies. Il avait reconnu que les spectres de la lumière des planètes offrent les mêmes raies, que ceux des étoiles en présentent quelquefois d'autres : ce qui prouve que les planètes ne reflètent que la lumière du soleil, tandis que les étoiles ont une lumière propre, plus ou moins différente de celle-ci. Il a publié un dessin de 0m,394 de longueur, contenant 354 raies.

De nombreuses recherches ont été faites depuis Fraùnhofer sur le même sujet, et l'on a publié des dessins plus complets des raies du spectre solaire. On peut citer :

Le dessin de S. Brewster, de lm,727 de long-, contenant 2000 raies

— Kirchow, — lm,25 — — 3000 raies (et plus). Angstrôm, — 2,n,90 — — 1000 —

— Thollon — 151U — — 4000 —

489. Spectroscopes — I. Définition. — Tout appareil qui sert à étudier le spectre est un spectroscope. Le dispositif qui a servi à Fraùnhofer a été le premier modèle et le type de ces instruments. Il était formé : 1° d'une fente pratiquée dans un volet de chambre obscure, par où arrivaient les rayons solaires; 2° d'un prisme, qui décomposait la lumière solaire : 3° d'une lunette pour

GSO

observer le spectre. La nécessité d'avoir des rayons incidents à peu près parallèles faisait placer le prisme à une assez grande distance, environ 10 mètres de la fente. Ce spectroscope primitif était donc d'un usage peu commode. Le but de la construction des spectroscopes proprement dits a été d'obtenir les mêmes résultats que Fraùnhofer avec des appareils plus petits, plus commodes et plus précis.

IL Description schématique. — Tout spectroscope se compose essentiellement de quatre pièces :

4° Un système dispersif P, simple ou composé, formé d'un ou plusieurs prismes qui sont convenablement disposés pour que leurs effets puissent s'ajouter (fig. 553) .

2° Un collimateur C, pièce destinée à envoyer sur le prisme un

Fig. 555.

faisceau de rayons parallèles. Il se compose d'une lentille et d'une fente portées par un même tuyau de lunette. La fente peut être éclairée par la source de lumière quelconque qu'il s'agit d'analyser. Elle est disposée au foyer principal de la lentille, de sorte que le faisceau divergent qu'elle envoie sur celle-ci en émerge parallèlement à l'axe principal, lequel coïncide avec l'axe géométrique du tube.

5° Une lunette L, dont l'axe optique est dirigé de manière à recevoir les rayons émergents du prisme. Cette lunette est aussi parfaite que possible, et pour cela elle a un faible grossissement. Si le collimateur a été bien réglé, le faisceau blanc qui en sort est parfaitement parallèle ; de même, les faisceaux colorés qui émergent du système réfringent sont chacun parallèles à une même direction, quelle que soit la dispersion. Chacun des faisceaux peut donc être reçu successivement dans la lunette, parallèlement à

l'axe principal, et venir former une image colorée au foyer de l'objectif : c'est cette image qu'on examine à l'aide de Y oculaire.

4° Un micromètre M. C'est un dispositif imaginé par Bunsen pour faciliter la lecture des déviations et déterminer la position des différentes raies. C'est une sorte de deuxième collimateur, ayant à son foyer un micromètre, c'est-à-dire une échelle divisée photographiée sur verre, à divisions très fines et équidistantes. Cet objet, étant bien éclairé, envoie sur la lentille des faisceaux divergents qui sont transformés en faisceaux parallèles. L'axe de la lentille étant symétrique de l'axe de la lunette par rapport à la face d'émergence du prisme, il en résulte que les rayons émis par le micromètre viennent se réfléchir en Y et entrent dans la lunette parallèlement à son axe optique. On voit donc à la fois, dans une même direction LR, l'image du spectre et l'image de l'échelle divisée : on s'arrange de manière que celle-ci vienne se projeter un peu au-dessus de celle-là.

-490. Spectroscope ordinaire. — Cet appareil est représenté, en perspec-

Fig. 551.

tive (fig. 551), tel qu'il a été employé par MM. Kirchhoff et Bunsen, avec quelques modifications de MM. Duboscq et Grandeau.

Les quatre pièces sont montées sur un pied commun, et les axes des trois tubes convergent vers les faces du prisme de flint P. La lunette A peut seule tourner autour du prisme. On la fixe par une vis de pression n dans la position qu'on veut lui donner. Le bouton m sert à mettre au point, c'est-à-dire à faire avancer ou reculer l'oculaire, jusqu'à ce qu'on voie nettement l'image du spectre ; enfin le bouton s donne le moyen d'incliner plus ou moins la lunette. La lumière qu'il s'agit d'analyser est en G. Elle est placée devant la fente du collimateur, lequel est porté par le tube B.

Le micromètre, fixé dans le tube C, est éclairé par une bougie F. 11 porte 250 divisions équidistantes. Pour les obtenir, on a tracé sur une bande de pa-

Fig. 555.

pier une échelle de 250 millimètres, graduée de 10 en 10 ; puis on a pris de cette échelle une image photographique sur verre, réduite à 15 millimètres

de longueur. Cette image est négative, c'est-à-dire qu'elle reproduit en clair, sur fond noir, l'image noire sur fond blanc de l'échelle.

Le tube C est en outre muni de plusieurs vis de rappel i, o, r : la vis i sert pour la mise au point, o pour déplacer le micromètre latéralement dans le sens du spectre, et r pour l'élever ou pour l'abaisser, en inclinant plus ou moins le tube.

Marche des rayons. — Elle est indiquée dans la figure 555.

Opération. — La fente est verticale et étroite : on l'ouvre plus ou moins en faisant marcher, à l'aide d'une vis de pression v, la pièce a, qui est mobile (fig. 556). Lorsqu'on veut observer simultanément deux spectres pour les comparer entre eux, on place à la partie supérieure de la fente un petit prisme i dont l'angle réfringent est de 60°. Les rayons partis d'une llamme H tombent normalement sur une des faces du prisme, éprouvent la

réflexion totale sur la deuxième, et, sortant perpendiculairement à la troisième, entrent dans la lunette suivant une direction parallèle à son axe. Puis une deuxième flamme G envoie un second faisceau, un peu au-dessous du petit prisme, dans la même direction que le premier; et ces deux faisceaux, traversant le prisme P du spectroscope (fig. 555), vont former deux spectres horizontaux parallèles, qu'on regarde avec la lunette A. Dans les flammes G et H sont des fils de platine e, e'. Ces fils ont été trempés d'avance dans les dissolutions salines des métaux sur lesquels on veut expérimenter; ou bien ils supportent de petits cristaux de ces sels, et c'est en se vaporisant que les métaux modifient la lumière transmise et donnent naissance à telles ou telles raies.

Remarque. — Chacune des flammes H et G est fournie par la combustion de gaz d'éclairage dans un bec Bunsen. Le gaz arrive par la tige, qui est creuse. A la partie inférieure de celle-ci est un orifice latéral destiné à laisser entrer l'air qui doit brûler le gaz. Cet orifice se ferme plus ou moins au moyen d'un diaphragme tournant, qui fait l'office de régulateur. Si on laisse entrer beaucoup d'air, le gaz brûle avec éclat, et les raies sont peu apparentes. Si on laisse passer moins d'air, la flamme perd de son éclat et bleuit. Alors elle ne donne plus de spectre; mais dès qu'on y introduit un sel métallique à l'état de dissolution ou à l'état solide, le spectre du métal apparaît.

491. Spectroscopes à prismes multiples. — Ce sont des appareils où le prisme P est remplacé par une plate-forme portant plusieurs prismes. Ces prismes sont disposés, comme l'indique la figure 557, de manière que les rayons lumineux émanés du collimateur C le traversent successivement avant d'entrer dans la lunette L. Il esi évident que, les déviations successives s'ajoutant (486), la dispersion sera plus forte, et qu'on aura un spectre plus étendu.

D'ailleurs, ce spectre sera beaucoup moins éclairé, d'abord à cause de son développement et puis à cause des pertes successives qu'a subies le faisceau en traversant toutes ces surfaces réfringentes. On ne pourra donc appliquer ces instruments qu'à l'étude de sources lumineuses très intenses.

<49â. Spectroscopes à vision directe. — Ce sont des appareils où la lunette, au lieu d'être plus ou moins inclinée sur la direction du collimateur, se trouve exactement sur son prolongement: il en résulte que

le spectroscope complet a l'air d'une simple lunette. Cette disposition a été imaginée pour rendre les observations plus commodes, surtout en vue de l'analyse spectrale des astres.

Le problème de la spectroscopie à vision directe a reçu deux solutions : 1° l'une, surtout théorique, appliquée dans le spectroscope d'Amici; 2° l'autre, beaucoup plus pratique, dans le spectroscope de M. Thollon.

Fig. 557.

I. Spectroscope d'Amici. — Nous avons vu (486) que lorsqu'un rayon lumineux traverse une suite de prismes dont les indices sont ra, ra', ra", etc., la déviation totale qu'il subit est égale à la somme algébrique des déviations partielles. On a donc

ou bien, en appliquant les formules des petits prismes,

- 1) A =fc (ra' — 1) A' ± {m" — 1) A" :

les déviations partielles étant positives ou négatives, suivant que les prismes sont orientés dans le même sens ou en sens inverse. On conçoit donc qu'on puisse choisir les angles et les indices d'une série de prismes de manière que l'on ait

Dans ce cas, la couleur correspondante à ces indices ne sera pas déviée et l'on pourra la recevoir dans la lunette en plaçant l'axe optique de l'instrument dans la direction même d'incidence.

Remarquons bien d'ailleurs qu'on peut annuler la déviation sans détruire la dispersion. En effet, pour un autre rayon coloré, d'indices ra ■+■ Ara, m' ■+- A ra', m" + Am", etc., la dispersion AD (ou différence de déviation) est fournie par l'équation

AD = Mim ± A'A?»' ± A"Am" ± ... ;

or l'équation précédente n'implique pas que le deuxième membre de celle-ci soit nul, et il suffit que ce deuxième membre ne soit pas nul pour qu'il y ait dispersion sans déviation.

Amici employait un prisme multiple, composé d'un prisme en flint, placé entre deux prismes en crown. Hoffmann a construit un prisme multiple formé de cinq prismes (fig. 558) : F et F' sont en flint; C, C, C" sont en crown.

II. Spectroscope de M. Thollon. — La solution de M. Thoilon est fondée sur un tout autre principe. Son spectroscope à vision directe est un instrument d'une précision et d'une puissance incomparables. Il suffit, pour en donner une idée, d'indiquer quelques-uns des résultats qu'en a tirés cet habile expérimentateur :

1° Un rayon de lumière solaire, examiné dans ce spectroscope, donne un spectre de 185°, qui a une longueur apparente de 15 mètres.

2° On voit nettement dans ce spectre plus de 4000 raies obscures.

3° Aucun spectroscope n'avait donné jusqu'à ce jour une résolution aussi complète des groupes de raies du spectre solaire. Ainsi, dans l'intervalle de la double raie D on en voit distinctement 12 autres, dont 3 sont métalliques et 9 produites par notre atmosphère.

1° Comme exemple frappant de l'énorme dispersion des prismes et de la perfection des images, nous citerons ce résultat récent des observations de

M. Thollon. Par le déplacement des raies métalliques, il a pu non seulement constater le mouvement de rotation du soleil, mais encore le mesurer avec une certaine précision.

Description du spectroscope et marche des rayons. — La description de l'appareil et la marche des rayons sont indiquées dans les figures 559 et 560. 1° P. Projection horizontale du prisme composé (sulfure de carbone et crown).

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