DE LA FLUORESCENCE ET DE LA PHOSPHORESCENCE
175. Phénomènes de fluorescence. — Un certain nombre de corps transparents, solides ou liquides , deviennent lumineux par eux-mêmes quand on les éclaire vivement ; cette émission de lumière qui se produit pendant que le corps est soumis à l'action de radiations lumineuses extérieures constitue le phénomène connu sous le nom de fluorescence.
Qu'on dirige, par exemple, un faisceau de rayons solaires à travers une solution de sulfate de quinine , et l'on verra la surface du liquide s'illuminer tout autour de l'endroit où les rayons solaires font leur entrée dans le milieu réfringent; la lumière ainsi diffusée en tout sens offre une coloration d'un beau bleu céleste et elle n'est émise que par la couche superficielle de la substance fluo-
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rescente; à partir d'une petite profondeur, elle cesse entièrement de se produire.
[Nous appellerons lumière inductrice celle qui provoque la fluorescence «l'un corps, et lumière induite celle qui est émise parce corps. |
Un grand nombre de substances, surtout de matières organiques animales ou végétales, sont fluorescentes; parmi celles qui possèdent cette propriété au plus haut degré , nous citerons : certains échantillons de spath fluor (d'où le nom de fluorescence), le verre d'urane (verre coloré en jaune par l'uranium) et en général les composés d'uranium, le platino -cyanure de potassium, la solution de sulfate de quinine dans l'eau acidulée par l'acide sulfurique ou tartrique, la solution aqueuse d'esculine, la solution alcoolique de chlorophylle. La rétine de l'œil à l'état frais présente aussi un faible degré de fluorescence (Helmholtz, Setschenow). Les métaux, ainsi que le charbon, le quartz etc., sont entièrement inactifs.
La lumière émise par fluorescence est toujours colorée , et sa couleur varie suivant la nature de la substance soumise à l'examen; elle est bleue pour le sulfate de quinine, verte pour le verre d'urane, rouge pour la chlorophylle.
L'apparition de la fluorescence dans un corps actif est subordonnée à la composition de la lumière qui tombe sur le corps , car tous les rayons coloi'és ne sont pas également aptes à exciter la fluorescence. Quand on examine sous ce rapport les différentes régions du spectre, on reconnaît que les rayons qui provoquent la fluorescence ont toujours une réfrangibilité au moins égale à celle de la couleur émise par le corps. Si on éclaire, par exemple, la solution de quinine ou le verre d'urane avec des rayons rouges ou jaunes , ces corps ne manifestent pas leurs propriétés fluorescentes , car la lumière qu'ils sont en état d'émettre ne renferme que des rayons dont la réfrangibilité est supérieure aux vibrations rouges ou orangées. La chlorophylle, au contraire, répand une lueur rouge, à quelque région du spectre qu'appartiennent les rayons lumineux qu'on fait tomber sur cette substance.
Ce fait que la lumière induite est toujours moins réfrangible que les rayons inducteurs nous fournit un moyen fort remarquable de rendre visible le spectre ultra-violet que l'œil n'aperçoit pas dans les conditions habituelles. Il suffit, dans ce but, de décomposer par le prisme un faisceau de lumière solaire et d'isoler dans le spectre ainsi obtenu les rayons ultra-violets à l'aide d'un écran percé d'une fente ; une solution de sulfate de quinine placée sur le trajet de ces rayons devient lumineuse et accuse par là leur présence. On peut d'ailleurs voir directement les rayons ultra-violets sans le secours des liquides fluorescents ; si l'on arrête à l'aide d'un écran tous les autres ' rayons , à l'exception des ultra-violets, ces derniers deviennent visibles et donnent une sensation de couleur bleuâtre , très-faible à la vérité. Attendu que la rétine est elle-même fluorescente, c'est, selon toute vraisemblance , à cette propriété de la membrane sensible de notre organe visuel qu'il faut attribuer en totalité ou en partie la faculté que nous possédons de voir, moyennant certaines précautions , les rayons ultra-violets en général et particulièrement la couleur sous laquelle ils nous apparaissent.
L'action inductrice des rayons ultra-violets sur les substances fluorescentes
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esl mise à profit pour augmenter considérablement l'étendue visible du spectre solaire. Sur le trajet des rayons qui émergent du prisme, on interpose une substance fluorescente,, par exemple une solution de sulfate de quinine, et on obtient de cette manière un spectre qui embrasse à la fois les rayons lumineux el les ultra-violets. M.Stokesatrouvé, dans cette expérience, que tous les rayons d'une réfrangibilité inférieure à celle de la couleur développée par induction traversent la substance fluorescente sans éprouver d'absorption, mais qu'à partir du point où la fluorescence commence à se manifester , le spectre se fonce considérablement, pour s'éclaircir de nouveau dans la partie correspondante aux rayons les plus réfrangibles, bien au delà de la limite du spectre visible dans les conditions ordinaires. Un grand nombre de l'aies sombres se montrent aussi dans cette partie ultra-violette du spectre. Vient-on à analyser les différentes couleurs d'un tel spectre , en les isolant à l'aide d'un écran percé d'une fente et en les recevant successivement sur un second prisme, on remarque qu'à partir du point où la lluorescence commence à se produire, la réfrangibilité de tous les rayons se trouve abaissée, en sorte que ceux même qui occupent l'extrémité du spectre sont reportés en deçà de la limite du violet.
176. Théorie de la fluorescence. — Nous avons vu (§ 172) que l'absorption de la lumière s'explique par la communication des vibratious lumineuses de l'éther aux molécules de la substance absorbante, et que celle-ci absorbe précisément les vibrations de même période que celles qu'elle exécute. Or les molécules dos corps fluorescents ont une facilité toute particulière à vibrer suivant un rbytbme déterminé, et leurs oscillations sont si énergiques qu'elles se communiquent à l'éther environnant et donnent ainsi naissance h de la lumière.
Mais les vibrations étbérées qui excitent la fluorescence dans un corps ne sont pas uniquement celles qui ont la même période que les vibrations propres de ce corps; dos oscillations plus rapides produisent le même effet. Nous pouvons nous expliquer cette particularité en invoquant les lois de la vibration par influence dont il a été parlé dans l'étude du son (cf. §115a). Nous avons montré qu'une corde se met à vibrer quand on produit dans son voisinage un son suffisamment intense et ayant la même longueur d'onde que le son propre de la corde; si le son émis est plus grave, il reste sans action, [à moins qu'il ne soit composé et qu'il ne renferme au nombre de ses harmoniques la note même que le corps résonnant est apte à donner.] Au contraire, un son plus élevé peut faire résonner la corde [s'il répond à l'un des harmoniques que celle-ci est à même de rendre]; car alors il commence par mettre en mouvement une portion de corde de longueur telle que les vibrations induites soient à l'unisson du son inducteur; puis, le mouvement se communiquant de proche en proche, la corde finit par résonner dans toute sou ('tendue. Un effet du même . genre se produit clans les phénomènes de fluorescence : les molécules du corps fluorescent se mettent on mouvement sous l'influence des vibrations de l'éther, non-seulement quand ces dernières ont la même longueur d'onde que les oscillations propres des molécules pondérables, mais encore quand elles ont drs périodes plus courtes. Une pareille transformation de vibrations n'est pas possible dans le cas où le mouvement so propage uniquement dans le milieu éthéré sans se communiquer aux atomes pondérables; car la petitesse des atomes de l'éther, comparée à l'amplitude des vibrations qu'ils exécutent, est telle qu'ils ne peuvent osciller qn en totalité, et qu'en conséquence le mouvement se transmet d'un atome à l'autre, en conservant la même vitesse de vibration. Nous devons, au contraire, regarder les molécules de la matière pondérable comme ayant des dimensions relativement notables; on conçoit dès lors que chacune de ces molécules puisse commencer par se subdiviser en un
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certain nombre de parties qui entrent isolément en vibration sous l'influence d'oscillations i de même période; ces vibrations partielles finissent par mettre la molécule tout entière en mouvement; celle-ci exécute alors les vibrations qui lui sont propres et les transmet h l'éther ambiant.
177. Phosphorescence. — On désigne sous ce nom la propriété que possèdent un grand nombre de corps de devenir lumineux quand ils ont été exposés au soleil , et de continner à luire plus ou moins longtemps après qu'ils ont été soustrails à l'action de la lumière extérieure. Parmi les substances phosphorescentes figurent le diamant, le spath calcaire, une variété verte de chaux fluatée, j connue sous le nom de chlorophane , la plupart des sels de chaux , les composés de strontiane , de baryte etc.
Les rayons les plus réfrangibles du spectre sont ceux qui excitent le mieux la phosphorescence. Ce phénomène doit donc, comme celui de la fluorescence, être attribué à une communication de mouvement : les vibrations de l'éther se transmettent aux molécules des corps phosphorescents et celles-ci vibrent consécutivement pendant un temps plus ou moins long. [Pour M. Edm. Becquerel, d'ailleurs , la fluorescence n'est qu'une phosphorescence de très-courte durée.
Ce savant physicien a fait des recherches très-étendues sur la phosphorescence; en employant un ingénieux appareil, nommé phosphoroscope , qui permet de voir un corps moins à'un millième de seconde après son exposition au soleil , il a reconnu que presque toutes les substances sont phosphorescentes ; il n'y a guère que les métaux qui fassent exception. Mais, tandis que certains corps, tels que les sulfures alcalino-terreux (sulfures de calcium, de strontium, de baryum), continuent à luire pendant plusieurs heures après qu'ils ont été exposés aux rayons solaires , pour d'autres substances , l'émission consécutive de la lumière ne dure qu'une fraction de seconde ; le platino-cyanure de potassium ne reste lumineux que pendant 1/500 de seconde.
La lumière émise par phosphorescence dépend de la nature du corps et de son état moléculaire; elle est en général composée, et les couleurs qui la composent sont d'une réfrangibilité au plus égale à celle de la lumière inductrice.
M. E. Becquerel a reconnu , en outre, que la durée d'émission des différents rayons colorés est , en général , inégale pour une même substance , de sorte que la teinte du corps phosphorescent change à mesure qu'on s'éloigne de l'époque de l'insolation.] >
[177a. Animaux luisants. — Il existe une autre catégorie de phénomènes dans desquels on observe aussi une production de lumière et qu'on range à tort parmi les phénomènes de phosphorescence, car leur origine n'est certainement pas la même. Nous voulons parler de la lueur que répand le bois pourri et de la lumière qu'émettent certains animaux, tels que les lampyres ou vers luisants, la scolopendre électrique et un grand nombre d'animalcules marins; parmi ces derniers figurent des méduses, des mollusques, des polypes, des infusoires, des annélidos etc.; c'est à la lumière que répandent ces êtres vivants qu'est due la phosphorescence de la mer.
La plupart des animaux luisants sécrètent une sorte de mucus, et c'est cette matière qui rayonne de la lumière; d'autres fois, chez les lampyres par exemple, il existe un organe particulier dans lequel se trouve renfermée une substance grasse phosphorée qui constitue la matière photogène.
