JL..X

Pz

Ps

Fig. 559.

ACB. Portion du prisme remplie de sulfure de carbone. L'angle rétringent C = 112°.

ACD et BCE. Prismes en crown léger dont les angles réfringents A et B sont égaux à 50° et de sens opposé à C.

LL'. Marche du rayon lumineux à travers le prisme ; il rencontre les faces BE et AD sous l'angle de polarisation totale, ce qui évite une trop grande perte de lumière par réflexion. Les quatre faces décomposant la lumière dans le même sens, la dispersion de chaque prisme est considérable : elle équivaut à celle de cinq prismes en flint de 60°.

P,. Demi-prisme dont la partie abcd est identique à la moitié de P, CFBE ; l'autre moitié est remplacée par le prisme rectangle cbfe, dont la face hypoténuse bc forme une des parois du prisme liquide abc. L'arête de l'angle droit, cf, est horizontale.

p, pv Coupe verticale de P et P4.

p<z, /?3. Coupe verticale du second prisme et du second demi-prisme complétant le système et produisant la vision directe.

L, L'L"...L\ Marche du rayon lumineux à travers le système, en ne tenant pas compte de la réfraction.

MN. Collimateur,

RS. Lunette.

2° Projection horizontale (fig. 560). — Le système réfringent étant traversé deux fois par le rayon lumineux donne une dispersion équivalente à celle de 30 prismes ordinaires de 60°. La lunette RS et le collimateur MN sont absolument fixes, les prismes seuls sont mobiles. Ils sont mis en jeu par une vis de rappel et un système d'engrenages, de telle sorte que leur projection horizontale soit toujours symétrique par rapport à la ligne fixe AA' et que les angles formés par les faces DG et RA, RA et EF, EF et GH soient toujours égaux entre eux. Un rayon lumineux ne peut passer du collimateur à la lunette qu'après avoir traversé tous les prismes au minimum de déviation, et, si l'on fait varier d'une manière continue la position de ces prismes, les radiations qui les ont traversés viennent successivement former leur image au foyer de la lunette.

l'aide de ce précieux instrument, plusieurs physiciens, après Fraunhofer, ont poursuivi l'étude du spectre pour toutes les sources de lumière connues, naturelles ou artificielles.

1° Spectres continus. — • Si l'on emploie un spectroscope à fente large pour regarder la lumière du jour, ou bien un spectroscope à fente étroite pour observer des liquides ou des solides incandescents, on aura un spectre continu, c'est-à-dire sans raies obscures.

2° Spectres des vapeurs métalliques. — Fraunhofer, en 1815, avait déjà remarqué que les spectres des étincelles électriques étaient sillonnés de raies brillantes. En 1822, Brewster observa une raie brillante dans la flamme de l'alcool salé ; Herschel, puis Talbot (1826), observèrent aussi des raies brillantes dans des flammes d'éthers colorés.

Plusieurs observateurs, et entre autres Fox Talbot (1826), remarquèrent que les raies brillantes sont caractéristiques des métaux; "Wheatstone fit la même observation (1856) pour l'étincelle électrique; Masson (1851) et Angstrôm (1855) démontrèrent que les raies électriques appartenaient à la fois aux métaux et à l'air traversé.

Enfin, en 1860, MM. Kirchhoff et Bunsen fondèrent la méthode j d'analyse speclroscopique ou analyse spectrale. Elle consiste à observer au spectroscope la flamme d'un bec Bunsen. Cette flamme, très pâle par elle-même, s'illumine et se colore lorsqu'on y introduit un sel métallique. On constate alors dans le spectre correspondant la présence d'un nombre plus ou moins grand de raies

colorées brillantes, toujours situées à la même place et caractéristiques du métal introduit. Les sels métalliques les plus propres à ces expériences sont les sels facilement volatilisables, tels que les chlorures. Quand on n'a pas de chlorure sous la main, on plonge la lame métallique dans de l'acide chlorhydrique, le chlorure se forme à sa surface et on met alors la lame dans la flamme. Quelquefois, au lieu d'un bec Bunsen, on emploie les décharges électriques à travers les métaux; quelquefois aussi on fait passer la décharge entre un métal et un liquide.

494. Découvertes principales de l'analyse spectrale. — La planche coloriée I montre les spectres de plusieurs métaux. La figure 1 représente le spectre solaire qui sert de repère pour placer les raies métalliques.

La figure 2 donne le spectre du sodium. Ce spectre ne contient ni rouge, ni orangé, ni vert, ni bleu, ni violet; et il est caractérisé par une double raie jaune très brillante, qui tient exactement la place de la raie D (de Fraûnhofer). Le sodium est de tous les métaux celui qui possède la plus grande sensibilité spectrale. En effet, on a constaté que 5 000 000 000 de gramme de soude suffit pour faire apparaître la raie jaune du sodium. Aussi est-il difficile d'éviter cette raie. Un peu de poussière soulevée dans un appartement la fait naître, ce qui montre combien le sodium est abondamment répandu dans la nature.

La figure 3 est le spectre du potassium. Il est caractérisé par deux raies brillantes, l'une dans Y extrême rouge, et correspondant à la raie A de Fraûnhofer; l'autre dans Y extrême violet.

Le spectre 4 est celui du lithium : deux raies principales, l'une jaune d'un faible éclat, l'autre rouge et brillante.

Le calcium (5) donne une raie verte, très vive, une raie orangée et une raie bleue.

Le strontium (6) donne huit raies, six rouges, une orangée, une bleue.

Le baryum (7) donne deux raies principales vertes et d'autres dans le jaune et le bleu.

Le caesium et le rubidium sont des métaux nouveaux, découverts par Kirchhoff et Bunsen au moyen de l'analyse spectrale. Le premier se distingue par deux raies bleues, le second par deux raies rouges très éclatantes, et par deux raies violettes moins intenses. Un troisième métal, le thallium, a été trouvé à l'aide de la même méthode par M. Crookes en Angleterre, et en même temps par Lamy en France. Le thallium est caractérisé par une raie verte unique. L'indium, caractérisé par une raie indigo, a été découvert récemment. Enfin, en 1876, M. Lecoq de Boisbaudran a découvert le gallium, métal qui se distingue par deux raies violettes.

Remarques. — 1° L'analyse spectrale s'applique très bien à tous les métaux alcalins. Pour les métaux des autres sections, les expériences deviennent plus difficiles. Ces métaux ne se vaporisant qu'à des températures très élevées, il faut avoir recours à une source de chaleur plus intense que celle qu'on obtient avec la lampe de Bunsen. C'est de l'étincelle électrique ou de l'arc voltaïque qu'on fait alors usage. On obtient ainsi des spectres parfaitement déterminés; mais ici la méthode devient complexe par le grand nombre de raies brillantes qu'on obtient. Avec le fer, par exemple, on a 71 raies, et plusieurs autres métaux en donnent à peu près autant. On conçoit que cette multiplicité de raies permette difficilement de distinguer entre eux certains métaux.

2° Le spectre des métaux dépend de leur température ; il n'est donc pais le même, suivant la manière dont on le produit. Ainsi, à une certaine température, le sodium ne donne que la raie D; à une plus haute température, quelques raies s'ajoutent à la raie D.

5° La planche coloriée II montre les spectres des principaux métalloïdes.

495. Résumé de spectroscopie. — Spectres de divers ordres. — I. Spectres des gaz. — Ils ont été découverts par Plûcker en 1856. Son travail est aussi complet que celui de MM. Kirchhoff et Bunsen. Sa méthode consiste dans l'emploi de petits tubes capillaires renflés à leurs extrémités et pouvant être traversés par une décharge électrique. On a un trait de feu plus ou moins

Fig. 561.

coloré, lequel donne un spectre (fig. 561). Ce spectre peut être de deux espèces différentes :

1° Spectre de premier ordre ou cannelé, observé dans l'azote;

2° Spectre de deuxième ordre, à raies brillantes, observé dans l'hydrogène.

Le premier peut devenir spectre du deuxième ordre suivant la décharge : par exemple, dans l'azote, lorsqu'on fait passer la décharge à travers une bouteille de Leyde, on obtient un spectre de deuxième ordre.

Ces spectres dépendent encore de la pression : ainsi M. Plûcker n'avait constaté qu'une raie brillante pour l'hydrogène, et M. Vùlner en a constaté quatre.

II. Spectres électriques. — Ces spectres dépendent de la nature des électrodes, de celle des milieux et de celle de la décharge. Il y a quatre modes de décharge : l'étincelle, l'aigrette, la lueur et la décharge obscure.

L'étincelle donne des spectres du deuxième ordre : l'aigrette et la lueur des spectres du premier ordre.

III. Spectres d'absorption. — Quand on fait passer la lumière à travers des verres colorés, elle est décomposée par le prisme et donne des spectres brillants, mais sillonnés de bandes obscures: ce sont des spectres d'absorption. Le verre le plus curieux à ce point de vue est le verre de cobalt.

On peut aussi produire l'absorption à l'aide des liquides colorés. Ainsi Veau céleste est monochromatique ; le sang donne une raie caractéristique. Les liquides les plus curieux sont les dissolutions de sels de didyme : la lumière blanche qui les a traversés donne un spectre sillonné de plusieurs raies noires. Ces bandes se voient même quand on regarde le spectre par réflexion sur le sel soluble. (Cela prouve évidemment qu la réflexion ne se fait pas à la surface

même du sel, mais à l'intérieur; or la lumière qui pénètre dans un corps se reflète un grand nombre de fois avant de sortir, de sorte que tout se passe comme si elle avait traversé une couche épaisse du sel.)

Expériences de Brewster. — Un autre spectre d'absorption très curieux est celui que fournissent les gaz colorés, notamment les vapeurs nitreuses (ou acide hypoazotique) bien sèches. On voit un spectre qui se remplit de canneures; elles commencent dans le violet et finissent par s'étendre jusqu'au rouge Cette expérience capitale est due à Brewster (1833).

Quand les vapeurs étaient liquéfiées, les bandes d'absorption disparaissaient, On n'observait plus que l'absorption présentée par un liquide orangé.

Miller et Daniel étendirent les observations de Brewster à d'autres gaz colorés, tels que le chlore, le brome et l'iode. Ils obtinrent des résultats analogues, mais des spectres différents.

IV. Raies ielluriques. — Brewster, en 1835, avait déjà remarqué que le spectre solaire n'est pas le même à toutes les heures du jour. Ainsi, vers le soir, et surtout par un ciel brumeux, on n'observe pas les mêmes bandes que vers midi et par un ciel clair. Il en conclut l'existence de bandes spéciales d'absorption dues à l'atmosphère terrestre. Ce sont les raies telluriques.

Expériences de M. Janssen. — M. Janssen reprit ces expériences (1862) avec un spectroscope puissant qui lui permit de résoudre en raies très fines les bandes observées par Brewster. 11 obtint jusqu'à 3000 raies. Il fit une expérience directe en regardant le spectre solaire à travers un tube de vapeur d'eau de 37 mètres. Il a remarque ainsi que la vapeur d'eau, vue sous une grande épaisseur, paraît orangée, comme le soleil couchant.

V. Spectres intervertis. — Fraùnhofer, en 1815, avait déjà remarqué que la raie brillante de l'alcool salé coïncide exactement avec la raie noire D du spectre solaire, et Brewster avait étendu cette remarque à plusieurs autres raies du spectre. Foucault, en 1849, avait vu la raie noire en D au-dessus du jaune en superposant un spectre solaire au spectre électrique, mais il n'avait tiré aucune conséquence de sa remarque.

M. Kirchhoff a fait la même observation et il l'a généralisée. Il a fait passer un spectre solaire à travers la vapeur de sodium, et il a vu la raie noire D. Or la raie de la vapeur de sodium est ordinairement brillante : quand elle est noire, on dit qu'elle est intervertie. Il a fait de même pour la raie rouge du lithium. Quant au calcium, au baryum, à l'étain et au potassium, on a raisonné par induction : toutes les fois qu'on regarde un spectre solaire continu à travers une vapeur qui donnerait seule des raies brillantes, ces mêmes raies apparaissent sombres. On dit alors que le spectre de la vapeur est interverti.

Il y a deux manières de répéter cette expérience : 1° Si l'on regarde un fil de platine incandescent avec le spectroscope, on aura un spectre continu. Si entre le fil continu et le spectre on interpose la flamme de l'alcool salé, on verra une raie noire D à la place même où l'on verrait une raie jaune.

2° On regarde la lumière du jour avec le spectroscope et l'on interpose devant la fente un petit tube à boule plein d'hydrogène et qui contient un globule de sodium. On le met sur une lame et l'on chauffe; quand le sodium est réduit en vapeur, on voit apparaître la raie noire D.

Conclusion. — Les raies sombres des spectres d'absorption sont dues à l'absorption de certaines radiations lumineuses par les vapeurs métalliques qui, si elles étaient plus chaudes, émettraient ces mêmes radiations, sous la forme de raies brillantes.

VI. Constitution des astres. — Il résulte de ces faits un nouveau genre d'études : c'est celle de la constitution des astres. Dans le spectre solaire, il y a une raie noire en D : c'est que l'atmosphère solaire contient du sodium ; de même les raies qui correspondent aux métaux connus indiquent la présence de ces métaux dans l'atmosphère solaire. Ainsi, il y a 460 raies brillantes du fer

ganot. 44

qui coïncident exactement avec 460 raies sombres du spectre solaire : donc il y a du fer en vapeurs incandescentes clans le Soleil. Les métaux dont la présence dans le Soleil paraît certaine, sont le fer, le calcium, le magnésium,

le sodium, le chrome, le nickel, le manganèse et l'hydrogène, et probablement le baryum, le cadmium et le zinc.

La Lune donne le même spectre que le Soleil : cela prouve qu'elle n'émet que de la lumière réfléchie. Il en est de même des planètes, à quelques raies près, produites par leurs atmosphères,

Les étoiles donnent des raies caractéristiques, en général noires, rarement brillantes. Elles sont donc lumineuses par elles-mêmes, comme le Soleil.

La figure 562 représente les spectres de Sirius (1), d'Aldébaran (2), de a d'Orion (3) et de a d'Hercule (4).

La figure 565 représente les spectres de la nébuleuse du Dragon (1) et de la nébuleuse d'Orion (2).

Les nébuleuses donnent des spectres à raies brillantes, comme les gaz; il en est de même des comètes.