CHAPITRE IV

DES IMPERFECTIONS DE l/APPAREIL DE WOODWARD.

Des bourrelets de diffraction produits par le cercle d'aberration du condensateur. — Quand le condensateur de l'appareil américain n'a qu'un faible diamètre, par exemple 8 pouces, et une distance focale assez longue, par exemple 5 ou 4 fois ce diamètre, alors on peut considérer comme vrai que tous les rayons solaires émergeant de la lentille convergent vers un point unique, et qu'il se forme à son foyer une image nette du soleil. Si à présent l'angle (fîg. 78), embrassé par l'objectif amplificateur M(D, est plus grand que l'angle 0 du cône de rayons solaires, alors tous les rayons frappant la lentille condensatricc n'éprouvent nulle part d'arrêt dans leur marche et l'amplification du cliché photographique se fait avec une admirable netteté. Mais dans toutes les chambres solaires que Ton construit actuellement cette condition n'est pas remplie, l'objectif n'embrassant pas un angle suffisant^), et il en résulte dans l'image agrandie des bourrelets de diffraction, qui s'observent surtout pendant que l'on imprime l'image agrandie sur le papier sensible à la lumière : l'on voit se former autour de tous les contours nettement accusés du négatif des lignes multiples dont on retrouve la trace sur l'épreuve terminée.

Bien des personnes attribuent ces contours doublés de l'image à un déplacement du sol qui vibre sous l'influence du passage d'une voiture, ou bien au déplacement du cône de rayons solaires résultant de l'imperfection avec laquelle on tient dans une

(1) Nous raisonnons ici dans le cas où l'on se sert comme objectif amplificateur d'un objectif double, l'objectif simple ne donnant pas, pour cet objet, de résultats à beaucoup près aussi satisfaisants.

(2) Les deux lentilles constituant l'objectif étant trop éloignées cntr'elles.

iî'O OPTIQUE PHOTOGRAPHIQUE,

direction constante les rayons solaires refléchis dans l'appareil. Cependant telle n'est pas la vérité, car si c'était une des pièces de l'appareil qui se dérangeait, par exemple le cliché ou le châssis qui porte le papier sensible, les lignes multiples devraient évidemment affecter tous les contours dans un sens opposé à celui du déplacement. Or, généralement vers le centre de l'image on n'aperçoit pas de bourrelets de diffraction, c'est surtout vers les bords qu'ils se produisent.

Quant à la seconde hypothèse : en apportant un soin excessif à la conduite du miroir réflecteur et même en le remplaçant par un héliostat orienté et construit avec la plus grande précision, on voit les bourrelets de diffraction se produire, donc là n'en est pas la cause.

Si l'on possède une chambre solaire quelconque, il est facile de produire à volonté les bourrelets de diffraction de la manière suivante. Placez au devant de l'objectif amplifiant et presqu'au contact de sa surface (qui regarde le négatif à agrandir), un diaphragme dont l'ouverture est un peu trop petite pour laisser passer les rayons solaires émanant de la lentille collectrice. L'image agrandie du négatif paraît sur l'écran très-nette, mais vient-on à imprimer cette image, au bout de peu d'instants on voit se produire les bourrelets de diffraction, surtout si le négatif offre des lignes bien tranchées, autour desquelles il se forme des lignes multiples qui détruisent toute la netteté des contours de ces parties de l'épreuve. En faisant un négatif des caractères noirs d'un livre, et en l'agrandissant, on peut surtout bien observer ces bourrelets de diffraction.

On observera encore les bourrelets de diffraction et jamais l'image agrandie d'un cliché PQ (fig. 78) bien fin, ne sera nette si les bords rr du cône LOI/ de rayons solaires tombe sur l'anneau en cuivre qui sert de monture à l'objectif M. L'on sait que si des rayons solaires tombent suivant l'axe sur une lentille convergente, ils convergeront tous vers le foyer o, qu'une section de ce cône PQ est un cercle blanc terminé par une cir-

conférence rouge qui provient du non-achromatisme de la lentille L. Si ces rayons rouges ne passent pas librement à travers l'objectif amplificateur M, s'ils tombent sur les bords de la monture comme le représente la figure, quoique ces rayons soient tout à fait inefficaces pour imprimer l'image et quoique à la vue l'image agrandie soit bien nette, il Fig. 78. se produira, pendant

que l'on imprime l'image, des lignes doubles autour des contours nettement accusés de l'image. Cette expérience nous l'avons faite plusieurs centaines de fois en pleine campagne sur un sol d'une très-grande fixité loin de tout chemin, de tout bruit, les rayons solaires étant réfléchis par un héliostat d'une précision extraordinaire sortant des célèbres ateliers d'Eriei ei fiis de Munich et orienté avec un soin tout particulier. Et ces bourrelets ne se produisent pas du tout dans les circonstances que nous avons énumérées en commençant, et sur lesquelles nous allons nous étendre maintenant.

Avec l'appareil primitif de Woodward dont le condensateur plan-convexe n'a pas plus de 8 pouces de diamètre, l'on ne voit pas apparaître les bourrelets de diffraction et ce qui est fort extraordinaire c'est qu'ils apparaissent seulement alors que, pour opérer plus vite, l'on augmente le diamètre du condensateur, l'objectif amplifiant restant le même. Nous opérions en 4861 avec un condensateur de 6 pouces de diamètre, mais il fallait plusieurs heures pour produire sur papier au chlorure d'argent des amplifications de 40 cent, sur 50. En 1862, nous nous adressâmes à M. Saut fer, ingénieur et directeur de la fabrique des phares de France, qui nous construisit, pour nos expériences, deux lentilles convergentes de 45 et de 20 pouces de diamètre sur

une distance focale de 2 */* fois ce diamètre. Chose surprenante, jamais ces deux lentilles employées avec le même cliché et le même objectif amplificateur ne nous donnèrent d'épreuves agrandies à beaucoup près aussi nettes que le petit appareil primitif dont le condensateur n'avait que 6 pouces de diamètre. Notre première idée fut d'achromatiscr ces lentilles par l'interposition entre le miroir réflecteur et le condensateur d'une cuvette contenant une solution de chlorure de cuivre ammoniacal, qui arrête le rouge, le jaune et l'orangé, mais les résultats ne furent point changés.

Ces expériences furent répétées un très-grand nombre de fois, ce qui nous donna bientôt la preuve évidente que les grands condensateurs n'auraient jamais eu d'emploi pour les chambres solaires et que ce n'était nullement leur défaut d'achromatisme qui était la cause du manque de netteté (lignes doublées) qu'ils apportaient dans l'image agrandie.

Une visite à MM. Ghémar frère* y en 4804, dans leur magnifique atelier d'agrandissement de la chaussée de Charleroi, à Bruxelles, nous apporta une nouvelle preuve de la justesse de nos observations. Ces Messieurs possédaient deux appareils de M. WoiMy, le premier avait un condensateur de 9, et le second de 24 pouces de diamètre. Relativement à la surface du condensateur, le premier était beaucoup plus rapide que le second, mais donnait souvent lieu aux bourrelets de diffraction dont le second était exempt. Un examen attentif nous fît voir

que le premier appareil (dont le condensateur avait 9 pouces) envoyait à l'objectif son cône entier de rayons émergents et comme sa distance focale était très-courte, les bords rouges du cône venaient heurter, comme le représente la fig. 78, les bords de la monture de l'objectif qui était le système ordi- Fig- 79. naire à portraits.

Dans le second, le porte cliché PQ (fig. 79) était percé d'une

ouverture carrée d'à peu près 18 cent, de côté et le cône LfV de rayons solaires se trouvait réduit ainsi à une partie ofo' seulement de sa section. En d'autres ternies les bords de ce portecliché diminuaient dans une forte proportion l'étendue du condensateur. C'était la cause du peu de puissance de l'appareil mais de l'absence des bourrelets de diffraction, puisque le cône émergent de rayons solaires traversait maintenant librement l'objectif amplificateur.

Un examen attentif de la plupart des appareils d'agrandissc-

ment, construits tant en France qu'en Allemagne et ailleurs, nous fit bientôt voir que généralement l'objectif amplificateur avait une distance focale trop longue et telle que le cliché était trop rapproché du condensateur, de manière à arrêter (comme le représente la fig. 79) une partie des rayons solaires émanés de ce dernier, de là le peu de puissance de tous ces appareils qui exigeaient et qui exigent encore plusieurs heures pour imprimer sur papier au chlorure d'argent une épreuve de 55 cent, de haut sur 45 de large (format feuille).

Utilisc-l-on au contraire toute la surface L/'L' (fig. 79) du condensateur en donnant à l'objectif amplificateur une distance focale plus courte et telle que le cliché est placé dans le cône de rayons convergents, de manière que le rouge qui le termine tombe sur les bords du dit objectif, alors les bourrelets de diffraction apparaissent pendant l'impression de l'épreuve, surtout si celle-ci est de grande dimension, fait provenant de ce que les bords du cône ne traversent pas librement l'objectif. Les épreuves manquent alors de ces contours nettement accusés qui font la beauté d'une épreuve, surtout d'une vue, et ces épreuves exigent le plus souvent des retouches nombreuses.

D'après ce qui précède tout lecteur intelligent aura compris ce que nous avions compris nous-mème, à savoir : qu'il fallait renoncer au condensateur à courte distance focale et donner à ce condensateur LL' (fig. 80) une distance focale LU trèsconsidérable, au moins de 5 et G fois son diamètre s'il a plus de

14 pouces de diamètre. Mais alors l'objectif M doit, lui aussi, avoir une grande distance focale, car le cliché P doit en être très-éloigné, si on veut l'éclairer sur toute sa surface. Dès lors l'image agrandie doit être projetée à plusieurs mètres de distance

1 ig. 80.

et, en employant dans de telles conditions un condensateur de 19 pouces de diamètre (50 cent.), la chambre noire qu'il faudrait pour une épreuve de i mètre carré serait de 12 mètres de longueur. On conçoit donc que ce système, qui en somme serait à tous égards le meilleur, ne puisse être employé dans les conditions où se trouvent la plupart des photographes.

Pour éviter cet inconvénient, vers la fin de 4865 nous avions fait faire des lentilles négatives NN* (fig. 81) qui, pla-

Flg. 81.

cées sur le trajet du cône LfL' de rayons solaires émanant du condensateur LI/, en allongeait la distance focale f qui devenait f. L'objectif M(0 avait un grand diamètre oo' relativement à sa distance focale , de sorte qu'il pouvait se rapprocher du

( I) Cet objectif avait la forme des oculaires de Ramsden des lunettes ù grand champ appelées chercheurs de comètes.

cliché PQ de manière à en jeter l'image à une distance plus courte. Cependant cet appareil ne nous produisit aucun bon résultat. Un examen attentif nous fit voir que l'aberration sphérique (et non pas chromatique) du système LL', NTT, était trèsconsidérable, qu'il était impossible de limiter nettement par un diaphragme D le faisceau a de rayons émergents, même en achromatisant le système par la cuvette à chlorure de cuivre ammoniacal et c'est à cette époque que nous avons fait construire des systèmes de condensateurs complètement exempts de cette aberration, qui nous ont constamment fourni depuis des épreuves d'une remarquable netteté.

La cause des lignes doublées dans les chambres solaires à condensateur unique, nous paraît donc due à l'aberration de sphéricité fort considérable de ces condensateurs. Quand on pense, en effet, que ces lentilles de forme plan-convexe ont jusqu'à 30 et 36 pouces de diamètre, que leur distance focale est généralement inférieure à c 2 fois leur diamètre et souvent de i 4 /* fois seulement ce diamètre, on peut facilement se faire une idée exacte de la grande valeur du cercle d'aberration dont le diamètre croît avec le cube de l'ouverture (voir page 81). Que s'en suit-il, même en achromatisant artificiellement un pareil condensateur (soit par la pensée, soit par l'interposition d'une cuvette à chlorure de cuivre ammoniacal qui laisse seulement passer les rayons bleus et violets). C'est que l'objectif amplificateur, même quand on lui donne un diamètre considérable, arrête toujours une certaine partie des rayons émergents du condensateur, surtout ceux qui émergent du bord du condensateur, à cause du grand diamètre du cercle d'aberration, et même l'objectif serait-il placé là où le cercle d'aberration est le moindre, condition presque irréalisable en pratique, encore le même phénomène se produirait-il.

Au contraire avec un condensateur exempt d'aberration sphérique (par l'adjonction d'une lentille divergente dont les courbures sont convenablement appropriées), ces bourrelets de diffraction ne se reproduisent plus, les rayons émergents du condensateur

coupant tous maintenant l'axe au même point et traversant ainsi librement l'objectif amplificateur, sans se trouver arrêtés par les parois de la monture de cet objectif.

Le défaut principal de la chambre solaire telle que son inventeur la construisit d'abord provient donc, non de son défaut d'achromatisme, mais bien de ce que, en ne considérant qu'on seul ordre de rayons incidents : ceux qui impressionnent le papier au chlorure d'argent, les rayons bleus et indigos, ils coupent l'axe en des points différents, d'où résulte au foyer du condensateur une image du soleil entourée d'une auréole ronde dont le diamètre est d'autant plus grand que la distance focale du condensateur est plus courte.

On peut concevoir (mais non exécuter dans la pratique)- un objectif amplificateur simple (achromatique cependant, autrement il aurait un foyer chimique) qui embrasserait tous les rayons émergents du condensateur, comme le représente la fig. 11, Pl. I, dessinée par M. Léon JFoucaisit. Mais jusqu'ici les objectifs simples n'ont pas donné, comme objectifs amplificateurs, de bons résultats. Généralement le champ de l'image agrandie est courbe, c'est-à-dire qu'elle manque de netteté sur les bords, et de plus, la distortion de l'image est d'autant plus considérable que ces objectifs ont une distance focale plus courte.

Quant au système de doublet de f»e#*r«i#(0 (objectif double ordinaire), l'angle qu'il embrasse étant plus considérable et son champ plus plat, il donne, employé dans la chambre solaire, des résultats meilleurs que l'objectif simple. Mais si on le place sur l'axe d'un condensateur dont le cercle d'aberration (sphérique) est considérable, quand bien même la première N (fig. 78) des deux lentilles, (celle qui regarde le cliché à agrandir) embrasserait tous les rayons émergents du condensateur, ces mêmes rayons viendraient alors frapper en partie seulement la

(I) Le triplet de Dallmeyer, et encore davantage l'objectif globe, sont inférieurs pour cet objet.

DES IMPERFECTIONS DE L'APPAREIL DE WOODWARD. 197 seconde lentille o. L'expérience se fait bien aisément, et l'on voit sur la première lentille du doublet le cercle de lumière entouré de rouge et sur la seconde (celle qui regarde l'écran) l'image solaire entourée de bleu, dont une partie (celle émergeant des bords du condensateur) est arrêtée par la monture de l'objectif. Aussi cet objectif, surtout modifié comme nous le décrivons plus

Fig. H±

loin , ne donne-t-il des résultats satisfaisants qu'à la condition d'être associé à un condensateur dont le cercle d'aberration est d'un faible diamètre.

Pour bien comprendre comme quoi Ton ne peut pas faire plier la forme de l'objectif à la nécessité, il faut ne pas oublier que la meilleure dimension du négatif à agrandir étant donnée, il existe entre la distance du négatif PQ au centre optique C de l'objectif amplifiant, et celle de ce même point C à l'écran NM sur lequel l'image agrandie du négatif est projetée, une relation fixe (celle des foyers conjugués) qui détermine aussi le grossissement , c'està-dire le rapport PQ à NM des grandeuis du négatif à son image agrandie.

Éclairant ce cliebé PQ par la lumière diffuse ou par la lumière solaire convergente, les distances PQ à C, et NM à C, restent invariables. A présent veut-on éclairer le cliebé PQ par la lumière convergente à l'aide de condensateurs L, L' ou L", il faut que les distances focales de ces condensateurs soient telles que l'angle du

in

eone PCQ reste toujours identique à lui-même, quel que soit le diamètre du condensateur.

On voit donc de suite qu'avec un petit condensateur h" ou un très-grand L les résultats devraient être identiques comme netteté et dans le rapport de L* à L' 2 comme rapidité. 3Iais si L" a un faible diamètre, son cercle d'aberration sera petit, et pourra dès lors être moindre que le diamètre de l'objectif amplifiant C, s'il est considérable, son cercle d'aberration qui croit comme le cube de son ouverture, devient plus grand que le diamètre de l'objectif, de là production de bourrelets de diffraction.

Il faudrait donc agrandir le diamètre de l'objectif amplifiant C tout en lui maintenant sa distance focale PC, et cela d'autant plus que le condensateur devient plus grand. Or, chacun sait que cela n'est pas réalisable en pratique et qu'il existe entre le diamètre d'un objectif et sa distance focale une relation enseignée par le calcul et l'expérience que l'opticien doit forcément observer.

S'il est impossible de faire des objectifs amplificateurs pour de grands condensateurs à courte distance focale, il est en revanche possible de faire de grands condensateurs dont les rayons émergents se trouvent tous dans la condition pratique et réelle qu'exige la figure 82. Il suffit pour cela de détruire leur cercle d'aberration sphérique en détruisant cette aberration même. Dès lors la dimension du cliché restant fixe, l'objectif qui le grossit le reste aussi, quel que soit le diamètre du condensateur.

Imperfections de l'objectif. -—L'observation signalée par M. Thouret et dont nous avons parlé page 185, quoique réfutée par M. Ciaudei n'en est pas moins vraie dans la pratique. Certainement le négatif, s'il est d'une très-grande transparence, laisse passer à peu près toute la lumière solaire qui le traverse. Mais bien souvent ce négatif est moins transparent qu'il ne devrait l'être, et le soleil, par l'interposition de légers nuages, a souvent, surtout dans nos climals, une lumière moins forte. Alors un point donné du cliché est reproduit par l'objectif de deux manières, la première, par la lumière solaire qui le tra-

verse, la seconde, par celle qu'il émet. Plus le négatif est intense et moins la lumière solaire est vive et plus cela est vrai. Dans le premier cas, l'objectif agit par un point de sa surface et dans le second, par toute sa surface, et ces deux images ne sont ni également nettes ni concordantes, surtout sur les bords de l'image.

Toute personne qui possède une chambre solaire ordinaire peut s'en assurer facilement. Mettez au point sur l'écran un négatif bien net. Vous remarquerez, si un nuage voile le soleil, que les bords de l'image manquent de netteté (laquelle netteté s'accroît en diaphragmant l'objectif amplificateur) et que, à mesure que le soleil se dégage du nuage, la netteté sur les bords s'accroît considérablement et reste la même avec ou sans diaphragmes a l'objectif amplificateur. En interposant un verre dépoli entre le condensateur et le cliché, l'image perd de sa netteté sur les bords, retirant le verre dépoli, l'image non seulement devient plus claire, mais beaucoup plus nette.

Ceci démontre que l'objectif (nous parlons ici de l'objectif double ordinaire) n'agit pas dans la chambre solaire comme à l'ordinaire. Car dans la chambre solaire chaque point du négatif à agrandir peut être considéré comme traversé par un seul pinceau de lumière solaire, donc une fraction infiniment petite de l'objectif amplificateur forme l'image de ce point sur l'écran. A l'ordinaire, un point du plan à reproduire envoie à l'objectif un faisceau dont toute l'ouverture de l'objectif est la base, et le point le sommet. Dès lors, c'est tout l'objectif, ou du moins la partie de sa surface que le diaphragme laisse libre de regarder le point, qui en forme l'image. Les deux cas sont bien différents, aussi tel objectif excellent comme objectif amplificateur de chambre solaire peut-il ne rien valoir comme objectif ordinaire, et inversémentO'.

La nécessité où l'on se trouve de laisser à l'objectif un diamètre aussi grand que possible pour laisser passer tous les rayons émer-

(I) C'est ainsi que le triplet, Vorthoscope, Y objectif globe, ele , sont tous bien inférieurs au système de M* et z val y même à égalité d'ouverture.

géant des bords et du centre du condensateur, a pour effet, ainsi que l'ont très bien compris M. Beri»ch et M. Thowet, de voiler l'épreuve, parce que les rayons émis par les points voisins du soleil passent à travers l'objectif comme les rayons solaires euxmêmes. L'expérience nous a appris que dans la chambre solaire ordinaire ce défaut est fort peu important par un temps bien clair, alors que le soleil brille de tout son éclat et que le négatif à agrandir est bien transparent. Mais le ciel est-il nuageux, le soleil est-il voilé par de légers nuages, le négatif est-il un peu trop intense, les blancs de l'image agrandie sont toujours salis par la lumière diffuse que projette l'objectif. Diaphragme-t-on l'objectif, on tombe dans le défaut de la diffraction qui détruit la netteté de l'image (bien entendu avec les systèmes ordinaires de condensateurs).

C'est pour ce motif que dans la construction de la chambre solaire nous avons abandonné la forme de l'objectif double pour en adopter une autre (toujours basée sur les données de M. JPefsmf), dont M (fig. 78, p. 490) donne une représentation exacte.

Cet objectif a une forme telle que l'image du cliché éclairé par la lumière solaire ou diffuse est également nette. De plus, pour éviter la lumière diffuse dont nous venons de parler en dernier lieu et qui a pour effet de voiler l'image agrandie, la lentille o, en regard de l'écran est juste assez grande pour laisser passer l'image solaire et intercepte toute lumière provenant des points du ciel avoisinant cet astre.

Suspension du cliché. — La troisième imperfection de la chambre solaire de ir©or#t#?«*-/# consiste dans la manière dont le cliché est placé dans le cône de rayons solaires. Il était fixé dans un châssis carré ou rectangulaire et traversé par les rayons solaires qui réchauffaient d'autant plus qu'il était plus intense. Les bords du cliché restant froids, car le plus souvent la partie centrale seule du cliché était traversée par les rayons solaires, la dilatation devenait inégale et en amenait la rupture.

DE L'APPAREIL DYALITIQUE. 201

Cette imperfection comme les deux autres était peu importante dans la chambre solaire primitive américaine dont le condensateur n'avait que huit pouces de diamètre, de sorte que réchauffement du cliché n'était pas considérable. Mais il en advint autrement alors que l'usage des grandes lentilles se répandit, et neuf clichés sur dix cassaient alors que le condensateur avait 49 ou 24 pouces de diamètre. M. DeMennetrt qui avait une chambre solaire dont le condensateur de 80 centimètres de diamètre, cassait tous les clichés, était obligé de les tenir froids en y dirigeant un fort courant d'air produit par un ventilateur. M. f'efftfrfcp, de Louvain, sans connaître le remède de M. Mtelvft*eri, le trouva de son côté et l'emploie encore, seulement il se sert d'un soufflet d'orgue au lieu d'un ventilateur.

En suspendant le cliché de manière qu'il s'échauffe également sur toute sa surface, on évite cet inconvénient. Nous décrivons ce mode de suspension dans le chapitre suivant.