DES PHARES

PAR M. AUGUSTIN FRKSNEL.

[IhlUti» * la Soritif phihmnth^Hr . «hier d'*>»l !«»».)

Dans ce mémoire, lu à l'Académie des sciences If -hj juillet dernier [182 a], M. Fresnel a décrit un appareil lenticulaire de sou invention, destiné à l'éclairage des phares, et dont M. Becquey. directeur général des ponts et chaussées, a ordonné la construction, qui est maintenant terminée. Cet appareil consiste principalement en huit grands verres lenticulaires carrés de o^G de côté et de om,o/« de loyer, mimant par leur réunion un prisme vertical à hase octogonale , dont le centre est le foyer commun des huit lentilles. En ce point est placé»la lumière unique qui éclaire le phare; elle est produite par un bec de lampe portant quatre mèches concentriques, lequel équivaut à dix-sept lampes de (larcel, pour la lumière qu'il donne et la quantité d'huile

Cet Exlmil. tune de» rares publications de l'auteur sur son non venu système de ftares, nous a pain devoir être reproduit comme offrant en peu de mots l'analyse n>ml*»e du Mémoire N'Y III.

tt».

H" IX qu'il consomme. Celle-ci est dune livre et demie par heure, lorsque la combustion a le plus d'activité. La description détaillée de ces sortes de becs et les moyens d'en régler la combustion ont été publiés par MM. Ara go et Fresnel , dans le cahier des Annales de chimie cl de physique du mois d'avril 1821, et dans le numéro c.civ du Bulletin de la Société d'encouragement [cahier de juin i8ai]; ainsi nous nous dispenserons d'entrer dans aucun détail à ce sujet. Nous rappellerons seulement qu'il est nécessaire que les bords des becs à mèches multiples soient continuellement arrosés d'une quantité d'huile très-supérieure à celle qu'ils consument. Cette huile surabondante est amenée dans le bec quadruple de l'appareil en question, au moyen d'un mouvement d'horlogerie, conçu et exécuté par M. Wagner avec son talent ordinaire. Klle retombe dans le réservoir de la lampe, d'où elle est puisée et portée de nouveau dans les mèches, à l imitation des lampes de Carcel.

Tous les rayons lumineux partis du foyer commun, et qui ne s'écartent pas du plan horizontal de plus de 29 degrés et demi en dessus et en dessous, sont réfractés par les huit lentilles et ramenés à des directions parallèles à leurs axes; car on sait que les verres lenticulaires ont. comme les miroirs paraboliques, la propriété de rendre parallèles les rayons divergents partis de leur foyer, et qu'en un mot ils font par réfracliotl ce que les miroirs paraboliques font par réflexion. Si l'objet lumineux placé au foyer commun des huit lentilles n'était qu'un point, et que de plus les aberrations de sphéricité et de réfrangibilité des verres fussent parfaitement corrigées, les rayons qui sortent de chaque lentille seraient exactement parallèles. Mais les dimensions de l'objet éclairant occasionnent une divergence d'où résulte, au lieu d'un faisceau cylindrique, un cône lumineux dont l'étendue angulaire est de 6 degrés et demi a 7 degrés, pour un bec quadruple de on',oo de diamètre, tel (jue celui qui est employé dans cet appareil. Ces huit cônes lumineux laissent donc entre eux des intervalles angulaires de 38 à 38 degrés et demi. En tournant autour de la lumière centrale, l'appareil lenticulaire promène sur tous les points de { horizon les cônes lumineux et les intervalles obscurs qui les séparent, et présente ainsi a l'observaleur

éloigné une succession d'éclats el d'éclipsés, dans laquelle ceux-là N" IX. n'ont guère que le sixième de la durée de celles-ci.

On pourrait augmenter la durée des éclats ou la divergence des cônes lumineux, soit en augmentant le volume de l'objet éclairant, ce qui nécessiterait une plus grande dépense d'huile, soit en rapprochant ou éloignant les lentilles de leur foyer commun. Mais par ce dernier moyen on diminuerait l'intensité des éclats dans un bien plus grand rapport qu'on n'augmenterait leur durée; et si l'on doublait celle-ci, par exemple, on réduirait l'intensité au quart.

M. Fresnel a trouvé le moyen d'augmenter considérablement la durée des éclats sans accroître le volume de l'objet éclairant ou la dépense d'huile, et sans rien changer à la disposition des huit grandes lentilles, dont la lumière conserve toute son intensité. Pour cela il reçoit sur huit petites lentilles additionnelles, de o°\5o de foyer, les rayons qui passent par-dessus les grandes, et qui sans cela seraient perdus. Ces lentilles additionnelles forment au-dessus de la lampe comme une espèce de toit en pyramide octogonale tronquée. Les rayons qu'elles réfractent et concentrent en huit cônes lumineux sont ramenés à des directions horizontales par leur réflexion sur des glaces étamées placées au-dessus de ces lentilles additionnelles. La projection horizontale de l'axe de chaque petite lentille forme un angle de 7 degrés avec celui de la grande lentille correspondante, et le précède dans le sens du mouvement de rotation de l'appareil, de manière que l'éclat de la petite lentille précède celui de la grande avec lequel il se renoue. On a obtenu de cette manière, môme pour une distance de 16,000 toises, des apparitions de lumière dont la durée était égale à la moitié de celle des éclipses'''.

Quant à l'intensité et à la portée de la partie de l'éclat produite 'par les grandes lentilles, il suflit, pour en donner une idée, de dire que, dans les observations géodésiques faites, l'automne dernier, sur les côtes de France et d'Angleterre, par MM. Arago et Mathieu, une len-

* \0ye2 la note de l'éditeur sur le prnjjt aplie 97 du Mémoire N° VIII, p. 1 13.

IX. tille semblable, éclairée par un bec quadruple, a été observée de jour, avec une lunette, à cinquante milles de distance, ou dix-sept lieues, et se voyait Irès-bien à l'œil nu une heure après le coucher du soleil. Klle paraissait. aussi brillante qu'un phare anglais à feu lixe situé à peu près dans la même direction, mais éloigné seulement de quinze milles ou cinq lieues.

On pourrait songer à diriger aussi vers l'horizon les rayons qui passent par-dessous les grandes lentilles, et à s'en servir pour prolonger encore la durée des éclats; niais il paraît difficile de le faire sans gêner le service de la lampe, qu'il importe de rendre très-commode. M. Fresnel a donc préféré laisser ces rayons tomber directement dans la mer, où ils ne seront pas tout à l'ail sans utilité en éclairant les abords du phare

La lampe repose sur une table lixe, que soutient une colonne de fonte, qui porte eu même temps sur la saillie de son chapiteau tout le poids de l'appareil lenticulaire. C'est sur cette saillie que roulent les galets destinés à faciliter le mouvement de rotation qui, comme dans les autres phares à feux tournants, est produit par un poids et réglé par une horloge. Les pompes de la lampe sont mues par un poids beaucoup plus petit, qui descend dans l'intérieur de la colonne de fonte. Une lampe de sûreté, semblable à l'autre, mais à ressort et placée sur la table de service, pourra être allumée sur-le-champ et substituée à la lampe à poids, dans le cas où les pompes de celle-ci viendraient à éprouver quelque dérangement subit.

L immobilité de la lumière centrale permet d'appliquer, avec la plus grande facilité, à cet appareil à feux tournants tous les perfectionnements économiques que l'expérience a apportés ou pourra apporter encore dans la manière de produire la lumière. Si l'on veut, par exemple, éclairer le phare au moyen du gaz provenant de la distillation des mauvaises huiles, il sullira de faire passer par l'intérieur de la colonne de fonte un tuyau communiquant par son extrémité inférieure avec le

"■ Voyez \e poBt-teripttttn Au N° V III. p. iaô.

gazomètre, et portant sur son extrémité supérieure un bec à quatre, N cinq ou six flammes concentriques.

Il était essentiel de diminuer autant que possible l'épaisseur des verres lenticulaires, aGn que leur poids ne fatiguât pas trop la machine de rotation, qui fait tourner le système, et que les rayons lumineux qui les traversent n'éprouvassent pas un affaiblissement trop sensible. Pour cet effet, les lentilles ont été faites à échehms, c'est-à-dire que les anneaux concentriques dont elles sont composées, au lieu d'être terminés par une surface spbérique continue, forment des ressauts ou échelons; et la courbure ainsi que l'inclinaison de la surface extérieure de ces anneaux relativement à la surface tournée «lu côté du foyer, qui est plane , ont été déterminées de manière à rendre parallèles à Taxe de la lentille les rayons émergents partis de son foyer. C'est Buffon qui a eu le premier l'idée des lentilles à échelons; mais il les supposait faites d'un seul morceau de verre, ce qui rend leur exécution presque impraticable, par la difficulté d'user et de polir la surface du verre avec de pareils ressauts; tandis que les anneaux des lentilles de M. Fresnel sont travaillés séparément, puis collés bord à bord. Chaque anneau n'est pas même d'une seule pièce, mais composé de deux, trois ou quatre grands arcs de cercle, selon l'étendue de leur diamètre, à cause de la difficulté qu'on éprouve à couler de pareils prismes courbes, quand leur longueur excède dix-huit pouces t»:. De cette manière la fonte des anneaux et leur travail deviennent aussi faciles que ceux des verres ordinaires d'optique.

Buffon avait supposé que les surfaces courbes des divers anneaux qui composent une même lentille à échelons devaient être sphériques et concentriques; mais le calcul apprend que les arcs générateurs des surfaces qu'il convient de donner aux anneaux pour la réunion des rayons au foyer, non-seulement n'ont point le même centre , mais que leurs centres ne sont pas situés sur l'axe de la lentille; en sorte qu'en

* I^s progrès de la fabrication ont permis depuis de couler d'une seule pièce et de tailler tu tour les pli» grands anneaux îles panneaux dioptriques.

IV. tournant autour de cet axe ils n engendrent pas des portions de surfaces sphériques, mais des surfaces du genre de celles qu'on appelle annulaires, lesquelles ne peuvent pas être travaillées dans des bassins par le procédé ordinaire. Celui qu'emploie M. Soleil, opticien, qui a entrepris la construction de ces grandes lentilles, a le double avantage de l'exactitude et de l'économie. H lui a été indiqué par M. Fresnel.

L'appareil que nous venons de décrire donne des éclats plus longs et beaucoup plus brillants surtout que ceux des phares éclairés par huit grands réflecteurs accouplés. Il résulte des expériences comparatives faites par MM. Arago, Mathieu et Fresnel sur les lentilles carrées de on,,,j6 et sur des réflecteurs de >j8 à 3o pouces de diamètre, les plus grands qu'on ait employés jusqu'à présent dans l'éclairage des phares, que la somme totale des rayons concentrés dans le plan horizontal ou Yejfel utile des huit grandes lentilles éclairées par le bec quadruple est trois fois plus grand que celui des huit réflecteurs de Ho pouces d'ouverture portant chacun un bec ordinaire à double courant d'air. Si donc on ajoute aux rayons fournis par les grandes lentilles ceux que donnent les petites lentilles additionnelles, on voit que l'appareil lenticulaire complet doit produire un effet plus que triple de celui «pi on obtient avec huit réflecteurs de 3o pouces; or la dépense •l'huile est à peine accrue dans la même proportion que l'effet utile, c'est-à-dire que la lumière produite est employée avec autant d'économie au moins dans cet appareil lenticulaire que dans les plus grands réflecteurs armés des plus petits becs. De plus, le poids total de l'appareil lenticulaire n'excède que d'un huitième environ celui d'un phare compose de huit réflecteurs pareils, et le prix n'est augmenté que des deux tiers environ, tandis que l'effet est triplé

Mais un autre avantage bien important des lentilles, et qui sullirail pour leur faire donner la préférence, lors même qu'elles ne produiraient pas des effets supérieurs à ceux des réflecteurs, c'est l'inaltérabilité du verre et la durée de son poli. Leur entretien sera presque nul. cl leur nettoyage donnera beaucoup moins de peine aux gardiens que celui des réflecteurs, qu'il faut frotter souvent avec du rouge d'Angleterre pour

leur rendre leur éclat. 11 résulte de la position du bec quadruple, dont N* IX. le centre est éloigné des grandes lentilles de près d'un mètre, qu'elles ne seront point exposées aux taches d'huile, comme les réflecteurs qui portent les becs de lampe dans leur intérieur; en sorte que, le plus souvent, il suffira de les épousseter avec un plumeau, et l'on aura rarement besoin de les essuyer. Ainsi elles conserveront presque indéfiniment la puissance d'effet qu'elles ont en sortant de l'atelier de l'opticien ; tandis que les réflecteurs ne tardent pas à se ternir et à se dépolir, et il doit même arriver souvent que, par un peu de négligence de la part des gardiens, ils n'ont pas tout le brillant dont ils sont encore susceptibles. Il faut d'ailleurs les argenter de nouveau de temps en temps, et les lentilles n'exigent aucun entretien équivalent.

La construction de ces grandes lentilles ne sera pas seulement utile a l'éclairage des phares; elle servira sans doute aussi à l'avancement de la science. Elle lui fournit un instrument puissant avec lequel on pourra soumettre à la plus vive chaleur, dans l'intérieur d'un ballon de verre, des corps qu'on voudra fondre ou volatiliser en les soustrayant à l'action de l'air, ou en les mettant en contact avec un autre gaz. Beaucoup d'expériences qui ne pourraient être faites ni avec le chalumeau ordinaire, ni avec celui dc*Newmann, le seront facilement de cette manière. Peut-être devra-t-on par la suite k ces grands verres ardents des découvertes aussi surprenantes que celles dont la pile de Volta a enrichi la chimie.

S'ils rendent des services importants aux savants, et surtout aux navigateurs, on en sera redevable au zèle éclairé avec lequel M. Becquey accueille toujours les inventions utiles et sait en hâter les perfectionnements w.

*J Suit, dans le Bulletin de la Société d'encouragement , une Explication de* figure», qui ne»l que la répétition presque textuelle de celle du N* VIII (p. 1 33), et que noua avons en conséquence supprimée. — Jugeant d'ailleurs inutile de reproduire les deux éditions de la planche [ IV ] . nous avons pris pour modèle celle du Bulletin comme la plus complète.