VI* DE LA DÉCOMPOSITION ET DE LA EEGOMPOSITION DE LA

lumièee; — DE LA disfebsion; — DE l'achbomatuhe*

Suivant Aristote et ses partisans, la couleur dépendait d'une propriété inhérente aux corps colorés et indépendante de la lumière. Les Cartésiens admettaient , de leur côté , la présence d'un milieu mis en mouvement par l'action des corps colorés, et qui transmettait cette action à l'organe de la vue. Mais Newton donna une explication exacte des couleurs , en analysant les phénomènes qui ont lieu dans la décomposition de la lumière à l'aide du prisme. Ce grand physicien commença par démontrer qu'un rayon de lumière blanche est composé de sept ordres de rayons différents produisant chacun une sensation particulière sur la rétine. Ces rayons sont ainsi rangés d'après leur réfrangibilité , rouge, orangé, jaune, vert, bleu, indigo, violet; ce dernier étant le plus réfrangible.

Pour obtenir la décomposition de la lumière, il suffît de réfi*aeter un rayon solaire à travers un prisme, et de recevoir l'image sur une feuille de carton blanc , dans une chambre noire. Au lieu de l'image du toldl qui est circulaire, on voit une image allongée perp^idieulalrement aux arêtes parallèles du prisme, composée des diverses eour kurs indiquées ci-dessus , et dont l'ensemble compose ce que l'on appelle le spectre solaire. En expérimentant avec des prismes de différentes substances incolores, ayant le même angle et la même •position, les couleurs se succèdent toujours dans le même ordre, mais •elles n'oeoupent pas dans le spectre des eq^aces proportionnels. La

INTRODUCTION HISTOBIQtm. -«" OPTIQUE. 19t

déeofn^sition de la lumière est due à l'inégale réfirangibffité des âif# féreûts ordres de rayons lumineux.

Newton avait admis en principe que chaque rayon avait une réfrangibilîté qui lui était propre ; il résultait naturellement de là que des rayons également réfrangibles devaient produire sur nous la même sÉnsartion de couleur ; mais nous verrons plus lœn que Brewster a montré qu'il n'en était pas toujours ainsi. Newton , après avoir décomposé la lumière blanche en divers rayons colorés , recomposa cette liiéme lumière en reportant sur un même point les rayons diverse* mettt colorés. Au moyen des lois de la dispersion de la lumière^ on peut expliquer les couleurs irisées d'un corps vu à travers un pffsme. Newton donna une règle empirique à Taide.de laquelle il dé* lermma la couleur composée produite par la superposition de plu-^ âeurs couleurs prismatiques. Cette règle , qui a été vérifiée par un grand nombre d'expériences, consiste à partager un cercle en sept secteurs différents, dont il donna les angles. Si Ton suppose que cha« cim de ces secteurs possède une des couleurs du spectre, le rapport des grandeurs de ces secteurs représente le rapport des espaces colorés du spectre. En faisant tourner rapidement un tel spectrt autour de son centre , il parait sensiblement blanc.

La réfraction d'un rayon de lumière blanche à travers une subs* lance quelconque, doit donner naissance à plusieurs rayons réfractés, en raison de sa composition et de la différence de réfrangibilité des rayons colorés. On a donc à déterminer les indices de réfraction de chaque rayon coloré; Frauenboffer a pris pour ligne fixe dans ehaque rayon du spectre, la raie principale qui lui correspond , et dont il va être question.

La lumière blanche étant formée de toutes les couleurs simples prises dans la proportion que donne le spectre, il s'ensuit que si l'on supprime l'une de ces couleurs , ou que Ton en altère la propor*tion , la lumière n'est plus blanche. Dans ce cas , la lumière blanche est donc censée formée et de la lumière enlevée et de la lumière restant au corps ; ces deux couleurs sont dites complémentaires l'une de l'autre. La question des couleurs complémentaires a beaucoup oecupé Ne^l^n , qui a donné une règle à Talde de laquelle on peut (di)tNiir la couleur complémentaire d'une teinte quelconque. . Diverses théories ont été données pour expliquer la couleur des corps. Newton pensait que les couleurs des corps ne leur étaient pas inhérentes , et qu'elles résultaient de la disposition particulière ém molécules qui les rend propres à réfléchir en plus grande aboÉf-

124 TRAITS BS PHYSIQUE.

dance les rayons d'une même couleur , et à transmettre, à éteindre ou absorber les autres.

Pour expliquer les couleurs des corps, Mayer n*a admis que trois couleurs primitives , le rouge, le Jaune et le bleu, sans y comprendre le noir, qui résulte de Tabsence de la lumière.

Young choisit pour les trois couleurs fondamentaleg , le rouge, le vert et le violet; enfin M. Brewster donna aussi une autre analyse du spectre. Ce physicien prend les trois couleurs de Mayer, et pose ensuite en principe que le spectre solaire est formé par la superposition de trois spectres, chacun de couleur homogène, de même étendue , mais dans lesquels le maximum d'intensité n'est pas placé de la même manière. D'après cela, une couleur quelconque du spectre serait donc composée de trois couleurs fondamentales en diverses proportions. M. Brev^ster a fondé sa théorie sur ce fait, que lorsque l'on fiedt passer des rayons lumineux dans des dissolutions de même couleur, celles-ci laissent passer un mélange de rayons de cette couleur et de rayons d'une autre couleur. L'hypothèse du physicien anglais peut rendre compte des phénomènes comme celle de Newton ; nous reviendrons sur ces théories.

Le spectre solèdre présente encore diverses propriétés, mais une entre autres que Wollaston paraît avoir aperçue le premier, et dont Frauenhoffer a donné une description complète. Voici en quoi consiste cette propriété : lorsqu'on observe un spectre avec une lunette, on le voit sillonné transversalement par un grand nombre de raies ou bandes noires très- étroites ; ces raies sont inégalement réparties dans l'intérieur du spectre , et on n'en compte pas moins de six cents , parmi lesquelles on en distingue sept plus faciles à reconnaître , une dans chaque couleur. Frauenhoffer a observé que, pour chaque prisme différent, la position relative des raies change un peu, et que chaque lumière ne donne pas les mêmes résultats. Cette propriété a permis de comparer entre elles les différentes lumières.

Frauenhoffer, qui a fait un grand nombre d'expériences sur les raies , a reconnu que, pour la même espèce de lumière , le nombre de raies, leur forme et leur disposition sont tout à fait indépendants de l'angle réfringent du prisme; que les raies de la lumière directe du soleil sont les mêmes que celles de la lumière des planètes , de la lune, des nuages, de l'atmosphère, tandis que la lumière des étoiles, des flammes , de l'électricité , donne des raies disposées d'une autre manière; et que la lumière électrique, celle des lampes, de la flamme de l'alcool, donnent des raies brillantes au lieu de raies obs-

UeiTBOBUCTnm HlfflOBIQtlB. *- OPTIQVB. ItS

L La lomière qui passe dans le gaz nitreux on dans d'autres gaz colorés produit un spectre dans lequel on aperçoit des raies noires irrégulièrement disposées, et dépendantes de la nature de ces gaz.

Sans que Ton puisse encore assigner quelle est la véritable cause de 068 raies y on est porté à croire qu'elles sont dues à l'absorption de certains rayons dans le passage de la lumière à travers l'air ou divers miUeaz.

On Yoit maintenant pourquoi les raies du spectre peuvent servir de potaits fixes pour déterminer avec une grande précision les indices de réftactkm des principaux rayons colorés; car elles permettent de séparer très-exactement diverses parties du spectre sur lesquelles on Tcat opérer.

De Ccirc-en-ciely des halos et des parhélies,

La décomposition de la lumière, sa réflexion et sa réfraction, sont la came de Ta production de rarc-cn-ciel, des halos et des parhélies, dont nous ne pouvons nous dispenser de dire quelques mots, bien que nous ayons l'intention d'exposer ces phénomènes dans cet ouvrage avec de grands développements , car nous ne devons rien omettre de ce qui concerne la lumière. On sait que Tarc-en-ciel se produit toutes les ibis qu'un spectateur, tournant le dos au soleil, regarde un nuage placé en face de lui et qui se résout en pluie. Assez ordinairement on voit deux arcs ; Tun iotérieur , dont les couleurs sont plus vives , l'antre extérieur, plus pâle, et présentant les couleurs du prisme, mais ayee cette différence toutefois que dans l'arc intérieur, le rouge est le plus élevé , tandis que dans l'autre , c'est le violet. Ces deux arcs «mt dus aux actions combinées de la réfraction, de la décomposition et de la réflexion de la lumière dans les gouttes de pluie; ils ne se montrent que lorsque les rayons incidents font un certain angle avec ïm rayons émergents.

Antoine de Dominis est le premier qui ait essayé de donner une fliéorle rationnelle de l'arc-en-ciel. Il indiqua de quelle manière les diflérentes inflexions de la lumière devaient avoir lieu dans les gouttes de pluie; mais sa détermination n'étant pas exacte relativement à l^Bie extérieur. Descartes fit voir l'erreur, et traça d'une manière plus précise la marche des rayons. Newton, ayant repris l'explication du phénomène , y ajouta le degré de perfection dont elle manquait pour être complète. Nous n'entrerons dans aucun détail à cet égard , ea raison des développements étendus que nous serions obligé de donner pour nous faire comprendre ; nous dirons seulement que les

|)Ç TJUai^BI» PHYSIQUE.

jeausa$ de rarc-en-ciel sont tellement connues y que l'on peut datera miner par te ccdicul, la position et l'étendue de chacune des bandes colorées dont il se compose; que toutes les couleurs se trouvent sur des surfaces coniques plus ou moins ouvertes, qui ont toutes pour axe eommmi la ligne menée par le centre du soleil et Tœil de l'observa* teur ; que le cône du violet est à l'intérieur , faisant avec Taxe on angle de 4 0"" 17'; le cône du rouge à l'extérieur, faisant ayec Taxe un angle de 42'' t'i que l'étendue de l'arc coloré dépend de ïabaitteur du soleil au-dessus de l'horizon.

Les halos sont des couronnes brillantes et ordinairement coloré^^ entourent quelquefois le disque du soleil ou de la lune , qui en est le centre. L'espace compris entre les bords de l'astre et l'intérieur des cercles lumineux , est d'un gris plus intense ou d'un bleu plus foncé que la couleur de l'atmosphère. Quelquefois on observe un second halo extérieur au premier; ce phénomène a attiré l'attention d'un grand nombre de physiciens, et en particulier de Descartes, d'Huyg* hens, Mariotte, etc., etc. Descartes pensait qu'il était dû au passage des rayons lumineux dans certaines petites étoiles qui existent dana [a neige et deviennent transparentes quand la chaleur comtnence à les fondre. La lumière, en traversant deux rangées de petites étoiles^ produirait la seconde couronne. Huyghens substitua aux petites ét(Hle8 des globules d'eau ou de glace ayant au centre un noyau opaque formé d'une espèce de grésil.

Mariotte supposa que le halo devait être attribué à la forme ie$ petites aiguilles transparentes et prismatiques de la neige; cette hypothèse gagne à l'examen , comme nous le verrons. Ënfm , M. Aragoji lait une observation qui doit être prise en considération dans TexpU*- ^ation que l'on veut donnei* des halos ; cette observation prouve en ^fet que la lumière des halos est de la lumière réfractée, ce qui oobduit à admettre que le phénomène est dû à la présence de partleoleB glacées dans les hautes régions de l'atmosphère.

Les parhélies sont des faux soleils, images du soleil véritable, qui jse montrent quelquefois sui* l'horizon à la même hauteur que cet astre, et qui sont toujours unis les uns aux autres par un cercle blanc par reniement horizontal^ dont le pôle est au zénith. Ce cercle suit Ije ixiouvement apparent du soleil. Les images du soleil qui paraissent sur le C6i*cle, du même côté que le soleil, présentent les couleurs ^ )'arc-en*ciel^ et quelquefois le cercle lui-même est coloré dans la partie qui les avoisine; les imites situées du côté opposé sont toigouns ji^olores.; ce[llQs-ci doivent être produites par réflexion, ainsi que (^

INTRODUCTION HISTORIQUB. --^ OPTIQUB. iSt

gruii oerote et les autres par réfraction. Pour compléter la deseription da phénomène, nous dirons que lorsqu'il se produit, on voit ordinairement autour du soleil une ou plusieurs couronnes circulaires concentriques, qui offrent les couleurs de rarc-en-ciel, et quelquefois sur ces couronnes ou sur les points du grand cercle, d'autres linéaments dorés pareils, et même des arcs tout entiers.

Huyghens a essayé de donner une explication des parhélies en s'appuyant sur Texistence dans l'atmosphère de cylindres de grêle, renfermant un noyau intérieur neigeux, opaque^ pareillement ^lindrique, et dont les extrémités sont arrondies; nous ne pouvons suivre la marche de la lumière dans ces corpuscules de forme déterminée^ sai» entrer dans des détails qui donneraient trop d'étendue à cette Analyse.

Propriétés calorifiqms, chimiques et phosphorogénigues de la

lumière.

Nom avons encore à mentionner quatre propriétés Importantes que ne possèdent pas au même degré toutes les parties du spectre : les propriétés éclairantes , les propriétés caloritlques , les propriétés chln^ues et les propriétés phosphorogéniques.

H^rsdie] a reconnu que le maximum de lumière se trouvait dans les rayons jaunes et verts, et qu'il diminuait jusqu'au rouge et au violet , où se trouve le minimum. Newton avait trouvé des résultats à jpea près semblables.

Les propriétés calorifiques du spectre solaire paraissent avoir été étudiées la première fois par Leslie , qui annonça que l'action caloriefique allait en augmentant du violet au rouge. M. Bérard fixa le «aKimum dans le rouge; Herschel dans la bande obscure qui le suit. M. Sedbecky en 1828, observa que la position du maximum variait avee la nature du prisme réfringent ; M. Melloni annonça que ce ma^^m^m était d'autant plus écarté du jaune vers le rouge, que la maHère du prisme était plus diathermane, et qu'il y avait un spectre edorifique comme un spectre lumineux.

Quant aux propriétés cliimiques des rayons coloi*és, elles ont* attiré depuis longtemps l'attention des physiciens et des chimistes. On connaissait, dès 1556, la propriété que possède la lumière solaire de léi^ chimiquement sur divers composés, car on avait remarqué que Targent corné naturel (chloiTire d'argent) extrait de la terre brunis- Mdt à la lumière; mais ce fut Schèele qui, le premier , analysa cetle tfiliim «1 étudiant l'action des différentes parties du spectre sur un

128 TBAITÉ DB PHYSIQtiB.

papier enduit de chlorure d*argent; il reconnut que Teffist était plus marqué dans les rayons violets que dans les autres.

£n 1732 y Petit montra que les dissolutions de salpêtre et de sel ammoniac exposées au soleil donnaient, en s'évaporant, des végétations plus belles qu'à Tombre'; Beckman reconnut qu'en exposant du phosphore ^la lumière solaire , dans Tazote ou d'autres gaz, il se déposait, sur les parois du vase, une poudre variant de couleur d'un milieu à l'autre, tandis qu'à l'ombre il ne se produisait aucun effet.

Wollaston et Ritter, en reprenant rexpérience de Schèele, montrèrent que la partie impressionnée s'étendait non-seulement à travers l'espace occupé par le violet, mais encore à un degré égal , à pareille distance environ au delà du spectre visible : Wol« laston en tira la conséquence que les effets produits devaient être attribués non à des rayons perceptibles à la rétine , mais à d^autres rayons invisibles qui les accompagnent et qui sont plus réfrangibles qu'eux. Diverses substances impressionnables, soumises à l'action des rayons chimiques du spectre, ont conduit à des résultats intéressants. MM. Gay-Lussac et Thénard découvrirent l'action bien remarquable de la lumière solaire de l'hydrogène sur le chlore ; un grand nombre d'autres faits que nous ne mentionnerons pas ici , avaient démontré que la lumière solaire, dans certains cas, agissait comime force chimique.

Lorsqu'on examine l'action du spectre solaire sur différentes substances impressionnables , on reconnaît que ce ne sont pas les mêmes portions du spectre dans lesquelles s'exercent les actions chimiques, ou du moins que l'étendue du spectre chimique, pour chaque substance, est différente. Pour une même substance impressionnable, il change peu avec la nature du prisme ; mais si l'on considère le spectre formé par la réfraction d'un faisceau de rayons solaires à travers un prisme de flint-glass, on remarque que, pour le bromure d'argent, le chlorure d'argent, Tiodure d'argent, et, en général, pour la plupart des sels d'argent, l'action s'étend du bleu jusqu'au delà du violet, à une distance au moins égale à la moitié du spectre. Si l'on emploie l'action chimique de l'acide chromique sur les matières organiques, le spectre chimique s'étend depuis le milieu du vert jusqu'à quelque distance de l'extrême violet.

Dans quelques circonstances, la lumière est accompagnée de deux sortes de rayons, les uns produisant une réaction, et les autres détruisant cette réaction : l'action de la lumière sur la résine de gaïac en est un exemple. Cette résine bleuit par l'action de rayons chimiquçs

INTBODUGTION HTSTORTQUS. — OPTIQUE. ]2d

Situés dans la partie la plus réfrangible da spectre lominenx, et même au delà; redevient Jaunâtre , une fois qu'elle a été bleuie , dans les rayons les moins réfrangibles ou dans le rouge. On avait pensé d'abord que, dans ce cas, la chaleur agissait seule; mais M. Hcarschel a montré que le maximum d'action ne correspondait point au maximum de température ; différents oxydes se comportent comme la résine de gaîac. Il en est de même de l'action d'un iodure alcalin sur un sel d'argent noirci; on sait que lorsqu'une solution d'îodure contient beaucoup de ce sel , tout le sel d'argent noirci^ ou du moins tout l'argent réduit, se change promptement en iodure , même sans le secours des rayons chimiques. Mais quand la solution d'iodure est Mble^ le papier ne blanchit que sous l'action de la lumière ; et on peut TOir, d'après M. Herschel , que, quand la couche d'iodure est très-fiiible sur un papier préparé avec un sel d'argent et noirci antérieurement , le papier blanchit dans les rayons les plus réfrangibles, ^ n^rirdt davantage dans la partie la moins réfrangible du spectre solaire.

' M. Edmond Becquerel a découvert une autre action qui met en évidence une nouvelle propriété de la lumière sur les sels d'argent en général.

ft A partir de la limite d'action du spectre chimique ordinaire qui « agit sur ce sel , jusqu'au rouge , il existe des rayons chimiques dont « la seule fonction est de continuer une réaction chimique com- « mencée. Si , par exemple , on opère avec l'iodure ou le bromure « d'argent, on a un spectre chimique qui s'étend , en général, depuis « le milieu du bleu jusqu'au delà du violet. » Ce spectre particulier est dû à l'action de rayons que M. Edmond a nommés continuateurs p attendu que leur action ne se manifeste que lorsque le sel a été soumis préalablement à l'action des premiers.

D'après ce qui précède, on voit que les effets chimiques sont produits par des rayons qui accompagnent les rayons lumineux et qui, comme • ces derniers , sont soumis aux mêmes lois physiques de réflexion » de réfraction , de polarisation et d'interférence. Ces rayons, que l'on a nommés rayons chimiques , sont répartis dans tout le dpectre; et, suivant telle ou telle substance impressionnable, le spectre chimique s'étend depuis telle partie réfrangible jusqu'à telle autre.

M. Edmond Becquerel a publié tout récemment un travail , dans lequel il établit que les différents spectres chimiques qui agissent sur diverses substances impressionnables, ont les mêmes raies que le I. 9

IdO TRAITS DE PHYSIQUE.

spectre lumineux, et qu'au delà de Textrémité du Tiolet, ou Ton ne p^t en distinguer que très*peu dans le spectre lumineux, le spectre cbimlque présente un grand nombre de raies; la partie occupée par cse^ dernières est d'une étendue d'environ moitié de la longueur da «pac^* tare. Ces raies ont été dessinées par M. Ed. Beoquerol, qui AdétepryniK^ leurs rapports. On doit conclure de là qu^ la même cause qui prodijit l'absorption de certains espaces lumineux, produit également ï^ sorption des espaces correspondants des rayons chimiques.

La lumière renferme aussi des rayons qui possèdent le pouvc^r pbasphorogéniqqe. M. Ed. Becquerel, en analysant l'action du spectre sur les phosphores de Bologne et de Canton (sulfures de barium et 4^ efH" cium) qui deyiennent lumineux dans l'obscurité, après leur exppeitîQi^ préalable h la lumière solaire, a reconnu que pour le sqlfi^re 4» isalcium, le spectre phosphorogénique qui s'étend depuis ^iiiâig^ jusque bien au delà du violet, avait deux maxima d'intensité , V^n dims le violet, l'autre au delà : le spectre qui agit sur le SMUiBr^ 4e barium, a la même étendue à peu près, mais il n'a qu'un maxlonjua situé au delà du violet. M. Ed. Becquerel a trouvé, en outns, qu'à partir de l'indigo jusqu'au delà du rouge, il y avait des rayons qitf détruisaient la phosphorescence , lesquels n'avaient pas encore été observés : il a démontré aussi que le spectre phosphorogénique avait les mêmes raies que les spectres des autres rayonnements.

De la dispersion.

Quand on réfracte la lumière dans des prismes de nature différente, on trouve que les diverses couleurs, quoique disposées dans le même ordre, n'occupent pas les mêmes longueurs proportionnelles. Ce phénomène se rattache aux grandeurs des indices de réfiractiao correspondant à chaque couleur. On a appelé dispersion la dlfférenee des indices de réfiraction du violet et do rouge pour un prisme de même substance. Ainsi , une substance est d'autant plus di^ernr^ que cette différence est plus grande. On a appelé pouvoir dispersa te quotient de la division de la ^isper^ion par l'indice moyen de r^flraetion, celui du rayon jaune, diminué de l'unité.

De V achromatisme.

Quand un faisceau de rayons solaires tombe sur une lentille, les rayons diversement colorés, à cause de la différence de réfrangibilité, ocmvergent vers des points différents de l'axe, et produiiiNail ainsi des foyers oolorés. C'est à cette diffusion de couleurs, dans les

INTRODUCTIOV mSVOIIQUS. *« OPTIQUB. Itl

iiB«P9 forméw pfur les lentilles, qu'on a donné le nom i'abêrraêion de réfnm9^lnUté^ qu^ Ton corrigQ m BMiyen de raehromatifime ; ainsi, d«s taitilte» sont aebrenatiqnes qqand elles forment à leur foyer des^ages ineolores.

MflwtM n- avait meioré la dispersion fue dans le oas dn passag* do la kunière, de Tairi dans le verre et daoe Tean ; et commet dlent Qss dei» ws, le rapport de réfrangiUlité des rayons ^xtfétfm était sensîWiwmit le niémoi il en avait cgiielii que qe rupport existait ^i^leipent pour toutes les substances, et que» dès lor^» k) problème du ridMr#matisi|ie ^tait impossible à résoudre, Euler v^ypQdit qu'tt M jm^mt m être ainsi, attendu que le cristullin était «#ir«Hn«^tiquff Qfl^fmt et d'Àiembert s'oecupèrent également de la question. ISn |7K^^9aU[ <H>nstruisit des lunettes achromatiques sans foire oc^usiat* tre i^n proeédé; tandis que Jean Doliond, en 174^7, ût 1^ même dé* «•nveplii^ «ill rendit publique. Il eonstrnisit une lentiUe k peu prài a^hiwiettiQe avec une lentiUe bioonyexe en crown^glass, et une len^lli Ueoneave en flint-glass ; par cet arrangement, TaïQbrom^^ tîeme ^t Imparfait, puisque rapplication de deux y^r^ p'eyaiilt nm It ni^ma pouvoir réfringent, rend seulement parallèle deux des rayons du speetre. Si Ton voulait obtenir une image complètement blepcbe, il fendrait avoir une lentille composée de sept verres, ayant des indices de réfraction différents. Mais comme les variations de ' réfrangibilité présentent peu de différence, il s'ensuit qu'en rendant parallèles, après leur émergence, les rayons qui se trouvent à la limite du speetre, les autres le sont sensiblement . Mr Amiei a voulu construire des lentilles composées de plusieurs «Wtrea superposées ; mais il n'a obtenu que des images peu dis*^

Koeb^n a construit un appareil nommé ^iasporamètre , qui sert à iKsbreiiatifer un prisme quelconque, en déterminant l'fmgle qu'U fwt dmiuar k un second prisme, ayant un autre indice de réfrAOtira ef que r<m folt coïncider avec le premier.