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Recherches sur l’absorption atmosphérique. II
A. Vassy, E. Vassy
To cite this version:
RECHERCHES SUR L’ABSORPTION
ATMOSPHÉRIQUE.
II.Par Mme A. VASSY et M. E.
VASSY,
Laboratoired’Enseignement
dePhysique,
Sorbonne.Sommaire. 2014 On donne tout d’abord les résultats
bruts relatifs à quatre nuits de mesures sur
l’absorp-tion par la totalité de l’atmosphère, et à neuf nuits de mesures sur l’absorption par la basse atmosphère. Les résultats sont donnés sous forme de courbes : densité optique de I km d’air réduit aux conditions normales de température et de pression, en fonction de la longueur d’onde.
Bien que l’atmosphère ait été en apparence extrêmement pure, on constate de notables différences. Dans cette deuxième partie, on examine seulement les deux séries de résultats qui correspondent dans chaque cas à la plus grande transparence.
En s’aidant des données de laboratoire, on examine en détail l’absorption sélective des constituants de l’atmosphère, et l’on identifie les principales bandes. Cette opération permet de déterminer avec
précision la diffusion moléculaire et de vérifier l’exactitude rigoureuse de la formule de Rayleigh-Cabannes. Elle permet
également
de mettre en évidence trois bandes inconnues et de les attribuer à la vapeur d’eau.II. - Résultats
expérimentaux.
’
1.
Atmosphère
totale. - Pendant notreséjour
à
Ifrane,
nous avonsdéterminé,
suivant la méthodeindiquée
dans lapremière partie
de cet article(i),
l’absorption
par la totalité del’atmosphère
au coursde
plusieurs
nuits :Le
1 ~ j juillet
Ig37
(1),
à l’aide deVéga,
les massesd’air m utilisées étant
comprises
entre 1,02 et1,81;
Le 7
aoûtig3 7,
avecVéga,
1,02 m3,96;
Le 12 août
1937,
avecVéga,
mLe 4
octobre1937,
avecSirius,
1,62
mlo,35.
Nous donnerons sous forme de courbes les mesures
concernant les deux nuits d’observation pour
lesquelles
les résultats sont à la fois lesplus typiques
et lesplus complets (fig. I ) :
Courbe 1 :
absorption pendant
la nuit du4 octobre,
où
l’atmosphère
aprésenté
laplus grande
trans-parence.Courbe 2 :
absorption pendant
la nuit du 12août,
où
l’atmosphère, quoique
très pure en apparence,s’est montrée
plus
absorbante.Afin de
pouvoir
faireplus
facilement des compa-raisons avecl’absorption
par la basseatmosphère,
nous donnons les résultats sous la forme suivante : densitéoptique
de 1 km d’air ramené aux conditions normales(OD,
760
mmHg)
detempérature
et depression.
On obtient ces valeurs en divisant ladensité
optique
de la totalité del’atmosphère
par(1) La date indiquée sera toujours celle du début de la nuit.
nombres
qui représentent l’épaisseur
réduite en,kilomètres
del’atmosphère
située au-dessus du lieu d’observation(2).
Ajoutons
que pour la nuit du1 5 juillet
les valeurs trouvées coïncident à très peuprès
avec cellesdu /,
octobre,
et que pour la nuitdu 7
aoûtl’atmo-sphère
était sensiblementplus
absorbante que le 2 août et donnait une courbe trèsvoisine,
lesrésultats étant toutefois moins
complets
et moins sûrs à cause d’une variationsystématique
de latransparence
surlaquelle
nousaurons
à revenir.(2) Rappelons que la densité optique se rapporte à la for-mule I = 7o.to"~", oii k est le coefficient d’absorption et
e l’épaisseur absorbante.
2. Basse
atmosphère.
- En cequi
concerne la basseatmosphère,
nous avons faitplusieurs
sériesde mesures dans les conditions
indiquées
dans le Tableau I. Dans la colonne 1 se trouve la date dudébut de la nuit où ont été faites les mesures; dans
la colonne
2,
la distance laplus grande
duspectro-graphe
à la source(c f .
I,
fig. r);
dans la colonne3,
la distance la
plus
courte duspectrographe
à lasource; dans la colonne
4,
l’épaisseur
d’airb-a,
ramenée aux conditions normales de
température
et depression,
surlaquelle
aporté
la mesure del’absorption.
TABLEAU ~.
Il ne nous est pas
possible
de détailler ici toutes les donnéesexpérimentales;
nous réunirons dansla
figure
2 les résultats relatifs à la nuit du I Isep-tembre où
l’atmosphère
auvoisinage
du sol a été trouvée leplus
transparente,
et à celle du4
sep-tembre,
relativementplus
absorbante où la courbereprésentant l’absorption
en fonction de lalongueur
d’onde
possède
une allure très différente de celle du 11septembre.
Ces courbesreprésentent,
commepour la
figure
i, en fonction de lalongueur
d’onde,
la densité
optique
de i km d’air ramené aux condi-tions normales.Fig. 2.
Nous
compléterons cependant
ces résultats parles indications suivantes : si l’on examine l’ensemble des courbes relatives à
l’absorption
au cours de chacune des neufs nuits échelonnées entrele 17 juillet
et le l 1septembre,
on constatequ’elles
se divisentnaturellement en deux familles. La
première
famillecomprend
les courbes des 17juillet,
3ojuillet,
3août,
3oaoût,
IIseptembre
qui
sontsemblables;
partant
de la courbe relative à la nuit laplus
trans-parente
(11 septembre),
onpeut
en déduire les autrespar
translation,
ou enajoutant
pour toutes leslongueurs
d’onde une densité constante : .Quant
aux courbes de la deuxièmefamille,
ellessont caractérisées par une allure très diff érente et
des valeurs de
l’absorption
notablementplus
grandes.
Celle du 2g août est intermédiaire entre les courbes de lapremière
famille et celle du4
septembre.
Quant
à celles du I er et du 5
septembre,
presqueidentiques,
les valeurs del’absorption
sont trèsgrandes
(o, I 25
pour 5 ooo~);
leursspectres
étant tombésdans la
région
desous-exposition,
ces valeurs sont par suite peu sûres et mêmeincomplètes;
d’ailleurs delégères
variations del’absorption
ayant
étécons-tatées entre les différentes mesures, nous n’en ferons
pas état par la suite.
En ce
qui
concernel’absorption
dans leproche
ultraviolet(due 4
ooo à 3 oooÁ),
nous avonsutilisé
la méthode de mesures relativesexposée
précé-demment[ 1 ] .
Les mesures, effectuées les 7, 8 et g octobre
portent
sur uneépaisseur
absorbante de 1,712 km. Les valeurs trouvées se sont révéléesidentiques
et sont raccordées sur lafigure
2 à celles du II isep-tembre. Nous aurons d’ailleurs peu à nous en servir
ici,
nous réservantd’y
revenirplus
tard.Fi g. 3.
Nous avons
complété
ces résultats parquelques
mesures destinées à
préciser
leslongueurs
d’onde des bandesd’absorption
duproche
infrarouge.
Notrespectrographe
àprisme
objectif
ayant
une405
spectrographe
à fente modèleCojan
ouvert àt!9
et d’une
dispersion
deia5 À
au millimètre vers 7 o00Â,
nous avons obtenu desspectres
d’unelampe
de 2 kWplacée
à2,~~5
km de distance et déterminé ainsigrâce
à unspectre
de référence(néon)
leslongueurs
d’onde des maximad’absorption
deplusieurs
bandes( fig.
3).
Ceci nous apermis
d’assurer dans cetterégion
les résultats obtenus avec lespectro-graphe
àprisme
objectif
et de faciliter par la suitel’interprétation
des donnéesexpérimentales.
III. - Examen des résultats.Pour suivre les directives de ce travail données au début de l’article
précédent,
nous nousplacerons
dans le cas où
l’atmosphère
s’est montrée leplus
transparente,
c’est-à-dire que nous considéreronspour
l’absorption
parl’atmosphère
totale les résultats du4 octobre,
et pourl’absorption
par la basseatmosphère
ceux du 11 iseptembre.
Un
simple
examen des courbesreprésentatives
(courbe
1,
figure 1
et courbe1,
figure
2)
nous montre que :10 L’ultraviolet mis à
part,
l’absorption
pour unemême
longueur
d’onde est notablementplus grande
pour la basseatmosphère
que pourl’atmosphère
totale;
20 Dans l’un et l’autre cas,
l’absorption
ne selaisse pas
représenter
par une courberégulière;
ily a de nombreux accidents révélant
l’absorption
propre des divers constituants de
l’atmosphère
et leproblème qui
se pose maintenant est de faire lapart
de cetteabsorption
et del’absorption
par diffusion.Dans ce dernier
domaine,
nousdisposons
d’unguide,
enl’espèce
la théorie deRayleigh
de la diffusionmoléculaire;
nous l’introduirons donc sansrien
préjuger
de savaleur,
l’expérience
devant nousmontrer si elle cadre ou non avec les données de
l’observation.
1.
Étude
de la diffusion moléculaire. - Par suitede la diffusion de la lumière par les molécules de gaz, il résulte une
absorption
apparente
dont le coeffi-cientko
a été calculé par LordRayleigh.
Introduisant ladépolarisarion
de la lumièrediffusée,
Cabannes[2]
en a donné pour valeur
où m -
(log e);
1. =
longueur
d’onde de laradiation;
p. = indice de réfraction pour cette
longueur
d’onde;
n = nombre de molécules contenues dans 1 cm3 de gaz dans les conditions
normales;
p = facteur de
dépolarisation
de la lumière diffusée àgoo
du faisceauincident;
ilest
égal
ici àCette
expression
deko
peut
se mettre sous la formeen
posant
A cause du
grand
intervalle delongueurs
d’ondesur
lequel
nous avonsopéré,
il n’était paspossible
de
négliger
la variation de l’indice de l’air en fonctionde la
longueur
d’onde. Apartir
deplusieurs
déter-minationsexpérimentales
de cesvaleurs,
notamment celles de Pérard[3],
Quarder
[4].
Tausz et Gôrla-cher[5],
Wurst et Reindel[6],
nous avons déterminé les valeurs moyennesde y
et construit une tabledonnant les valeurs de y =
‘ , , I) .
Nous donnerons 1.1une courbe
représentant
y en fonction de lalongueur
d’onde defaçon
àpouvoir
saisir sur lesfigures
suivantes la
correspondance
des abscisses(fig.
4).
Fig. l~.
Dans le cas où
l’absorption
serait dueuniquement
àl’absorption
par diffusion moléculaire et suivrait la loi deRayleigh-Cabannes,
enportant
enabscisses y,
en
ordonnées ko (ou
la densitéoptique
kilomé-trique
d =105 k 0)’
on aurait une droitepassant
par.. t d
t 1 t .t 38,56
(
38,56
5)
l’origine
orIgIne et e dont on la apente
eserait ou 38,56
serait0_5
n
ou
n;
cequi permettrait
de déterminer n.A. Nous allons tout d’abord traiter de la sorte les résultats
expérimentaux
relatifs àl’atmosphère
totale.Sur la
figure 5 (courbe
2),
on aporté
pour chacundes
points
de lafigure
1(courbe
1)
en ordonnéesles densités
optiques
d,
en abscisses les valeurs de ycorrespondantes.
On voit que pour la nuit du4
octo-bre,
ilest possible
de tracer une droitepassant
par406
au-dessus
témoignent
d’uneabsorption
sélectivesuperposée
àl’absorption
par diffusion. On remarque que la droiteexpérimentale
d = A-E-
By présenterait
une faible ordonnée àl’origine
Aégale
à 0,001, termequi
serait dû à uneabsorption
non sélectivesuperposée également
aux autresabsorptions
et surlaquelle
nous reviendrons. Lapente B
mesurée et trouvéeégale
à 136.I0-15permet
de déterminer n; on trouve n =2,83. 1019,
cequi
donnerait pour le nombred’Avogadro
N== 6,3(~. 1023.
et
Fig. 5.
Cette
façon
deprocéder
est laplus
conforme àl’habitude;
remarquons toutefoisqu’il
seraitpossible
de faire passer la droite parl’origine,
en admettantune
légère absorption
sélective dans le visible. On aurait alors A = o, B =142. 10-15,
cequi
donnerait pour n2,715. 10 19
et pour 1B16,08 . r o2~.
Nous avonslà deux valeurs limites et leur discussion sera rendue
plus
facileaprès
l’examen del’absorption
sélective.(On
verraplus
loin que la droite tracée sur lafigure
5 est celle pourlaquelle
A =o.)
B.
Opérons
de la mêmefaçon
àpartir
des résultats du I iseptembre
relatifs à la basseatmosphère
(courbe
1,
figure 5).
Il est
possible
également
de tracer une droitepassant
par un assezgrand
nombre depoints,
avectoutefois une sûreté moindre que dans le cas
précé-dent. Ceci tient à deux causes :
io Précision moins
grande
dansl’ultraviolet,
puisque
l’on a déterminél’absorption
sur une distancebeaucoup plus
courte;
20
Écart
très notable etsystématique
despoints
dans larégion comprise
entre 5 200ùjoo À
(5o
y . ~ 09
100),
écart surlequel
nous revien-drons.Malgré
cela,
il est trèspossible
de tracer unedroite,
dont lapente
se trouvecomprise
entre les mêmes limites que dans le casprécédent.
L’ordonnéeà
l’origine
A,
représentant
l’absorption
neutre,
est notoirementplus grande
etégale
à o,ooj.Quoi
qu’il
ensoit,
aussibien
dans le cas del’atmo-sphère
totale que dans celui de la basseatmosphère,
lespoints
expérimentaux qui
s’écartent des droites tracées seplacent
au-dessus sansexception;
et,
principalement
dans le cas del’atmosphère
totale,
étant donnée
l’importance
relative de la diffusion moléculaire parrapport
àl’absorption
résiduelle,
on n’a aucune raison desuspecter
la validité de la loi deRayleigh
et on pourra la considérer commeparfaitement
vérifiéeaprès
justification
del’absorp-tion résiduelle.
Examinons maintenant
l’absorption
sélective des différents gaz constituantl’atmosphère.
2.
Étude
del’absorption
sélective. -L’absorp-tion propre par les molécules des gaz consti-tuant
l’atmosphère
se manifeste sous la formede bandes
d’absorption.
Les unes, parexemple
certaines bandes de la molécule
d’oxygène,
exa-minées avec un
appareil
suffisammentdisper-o
sif, peuvent
être résolues en raies. Lesautres,
o comme celles de l’ozone parexemple,
ne sont pas° résolubles et
se
présentent
sous la forme d’uneô
absorption
continue engénéral
assezrapidement
o variable avec la
longueur
d’onde. Onconçoit
faci-0 lement que dans l’un et l’autre cas, mais surtout dans lepremier,
l’allure de la courbereprésentant
l’absorption
en fonction de lalongueur
d’ondedépende
étroitement descaractéristiques
duspectro-graphe,
surtout de ladispersion.
Étant
donnée ladispersion
relativement
faible de notrespectro-graphe,
les bandesd’absorption
sélectives sepré-sentent
toujours
sous la forme de bandes non résolueset
quand
nous utiliserons les donnéesexpérimentales
éparses
dans la littérature pour identifier cetteabsorption,
il ne faudra pas s’attendre à unecorres-pondance quantitative rigoureuse.
Leproblème
est d’ailleurs extrêmementcompliqué
par suite de lasuperposition
dans la même étenduespectrale
des bandesd’absorption
deplusieurs
constituants.Heureusement,
nos résultats relatifs à la basseatmo-sphère
et àl’atmosphère
totale,
obtenus avec le mêmespectrographe,
étantcomparables
entre eux,il sera
possible
de faire lapart
del’absorption
des gaz
répartis
nonuniformément
dansl’atmo-sphère (0 3, H,O)
de ceux àrépartition
uniforme(0 2).
D’autrepart,
bien queLejay [7]
aitsignalé
des variations del’épaisseur
réduite del’oxygène
molé-culaire contenu dansl’atmosphère,
nous pourronsnéanmoins la considérer comme
constante,
etpuisque
nous
disposons
d’un nombre suffisant de mesuresportant
sur différentes nuits où enparticulier
laquantité
de vapeur d’eau a varié dans de trèslarges
limites,
nous avons utilisé ces variations pourdistinguer l’absorption
propre de ces deux gaz.Nous ne
parlerons
pas de l’azotepuisque
nous savons que ce gaz neprésente
pas de bandesd’absorp-tion dans la
région qui
nous intéresse. Examinonsd’abord
l’absorption
propre parl’oxygène.
A.
Absorplion
séleclive parl’oxygène.
- On saitdepuis
Janssen[8]
quel’oxygène présente
dans le visible deuxsystèmes
de bandesqui
se différencientpropor-407
tion"nellement à la
pression
et pour l’autrepropor-tionnellement au carré de la
pression. Depuis,
cesbandes ont été
beaucoup
étudiées[g,
1o, 1 z,12]
soitau
laboratoire,
soit dansl’atmosphère,
et l’on est arrivé aux conclusions suivantes : l’un de cessystèmes
est résoluble en raies que l’on a pu classer et attribuer à la molécule neutre
O2
-~ ~1).
On adésigné
les différentes bandes par les lettres suivantes :
A,
qui
s’étendde 7 5g4 à 7 703
A avec maximum vers 75g6;
A’,
de 7 65oà 7
60?;
B,
de 6946
à 6868,
maximum vers 686g ;
os, de
631g
à6276,
maximum vers6278;
«’,
de 5 835 à 5788,
maximum à 5 790;a",
vers 5380;
il fautajouter
aussi une faible bandeà 7710.
Si l’on considère les résultats de Babcock et Dieke
[g],
en faisant la somme des intensités desraies,
onpeut
se faire une idée del’importance
comparée
des différentes bandes. Si l’on donne à A la valeur arbitraire i, B serait de l’ordre deo,5,
«
o,05
et les autres bandes auraient une intensiténégligeable.
Quant
au deuxièmesystème,
les donnéesexpéri-mentales les
plus complètes
semblent être celles de Salow et Steiner[13] qui,
dans un tube de2,4o
m,ont étudié
quantitativement l’absorption
parl’oxy-gène
soumis à despressions comprises
entre4o
et 160 atm. Ces auteurs ont vérifié que pour les différentes bandes dont on trouvera la liste dans le Tableau IIl’absorption
varie comme le carré de lapression.
Ces bandes ne sont pasrésolues,
elles sont relativementlarges
et ainsi les valeurs données pour les coefficientsd’absorption
peuvent
être utilisées. Dans cebut,
nous avonsextrapolé
les résultatsjusqu’à
lapression
normale et déduit la densitéoptique,
pour i kmd’oxygène,
due à cesporteurs
de bandes
(colonne 2).
Herman a étudiéégale-ment
l’absorption
dans cesbandes,
mais avec untube de i oo m de
long
et pour despressions plus
faibles(de
i à 3oatm).
Les valeurscorrespondantes
se trouvent dans la colonne 3 et concordent
approxi-mativement avec celles de Salow et Steiner.
Pour différentes
raisons,
et surtout à cause de la variation del’absorption
avec le carré de lapression,
on doit attribuer ce deuxième
système
de bandesà la molécule
(02)1,
soitqu’on
ait affaire à unemolécule
polymérisée
stable,
soit quel’absorption
seproduise
au moment du choc entre deux molé-cules(3).
Salow et Steiner
ayant
constaté que laprésence
de gaz
étrangers (N 2,
produisait
simplement
unléger
accroissementd’absorption,
sans avoir toutefois une influencespécifique,
nous avons continuél’extrapolation
defaçon
à déterminer la densitéoptique
due à cesporteurs
de bandes contenusdans i km d’air à la
pression
moyenne où nousavons
opéré,
c’est-à-dire 660 mm deHg (pression
(3) On pourra voir à ce sujet la discussion dans Herman.partielle
del’oxygène
32 mm deHg);
ces résultats sont contenus dans la colonne 4. Les courbes données( fig.
2)
serapportant
à uneépaisseur
réduite d’air de ikm,
il est nécessaire demultiplier
ces valeurspar
l’épaisseur
d’aircorrespondante,
soit7-6"
km 66o(colonne 5).
TABLEAU II.
En ce
qui
concernel’absorption
parl’atmosphère
totale,
où lapression
décroît suivant une loiexponen-tielle,
p =l’absorption
élémentairepour une
tranche
d’épaisseur
dh à l’altitude h est dA =Kp2dh ;
on a doncEn
intégrant
entreh, (altitude
du lieu d’obser-vation où lapression
est etl’infini,
on obtient.G ft
Nous avons
calculé,
d’après
cette formule et les données obtenues parextrapolation
des mêmes résultatsexpérimentaux,
la densitéoptique
due auxmolécules
(°2)2
contenues dansl’atmosphère
observée suivant la verticale pour la station d’Ifrane. Afin d’utiliser cesvaleurs,
bien que cetteopération
necorresponde
à aucune réalitéphysique,
nous lesavons divisées par
6,602
et les résultats se trouvent dans la colonne 6 du Tableau II.A la lumière de ces données de
laboratoire,
nousallons maintenant
reprendre
l’examen de nos résul-tats.Commençons
parl’absorption
relative auxmolécules
(O2)2
pourlaquelle,
comme nous venonsde le
voir,
nous pouvons utiliser des donnéesnumé-riques
et considérons successivement chacune des bandes.6299. Dans la basse
atmosphère,
la courbepré-sente un accident très
marqué
à cetendroit,
mais ilest
plus
important
que ce que l’on doitattendre,
et comme il varie d’un
jour
àl’autre,
on est endroit de supposer que la vapeur d’eau absorbe dans
cette
région.
L’absorption
par la bande « n’étantpas
négligeable
ainsi que nous le verrons, on voitqu’en
cetterégion
lessuperpositions
rendent très difficile une discrimination correcte. Demême,
pourl’atmosphère
totale,
l’absorption
par l’ozoneest encore relativement
importante
dans cetterégion
et pour uneépaisseur
réduite de0,25
cm,cette
absorption
seraitquatre
foisplus
grande
que celle attendue pour(02) 2.
5773. La courbe relative à la basse
atmosphère
montre un maximumd’absorption
trèsimportant,
mais nous constatons que cetteabsorption
diffèrebeaucoup
d’unjour
à l’autre(voir
enparticulier
la
figure 2),
et sil’absorption
par(°2)2
n’est pasdouteuse,
laplus grande partie
del’absorption
constatée doit être attribuée comme nous le verronsplus
loin à la vapeur d’eau(bande
d).
Pourl’atmo-sphère
totale,
on constateégalement
un accidenttrès notable sur la courbe
d’absorption,
mais ilfaut remarquer que ce maximum
correspond
nonseulement à
l’absorption
par la vapeur d’eau et à la bande oc’ del’oxygène
neutre(bien
que cette dernière soitnégligeable),
mais coïncide avec un maximum secondaire del’absorption
parl’ozone;
eneffet,
pour cette
longueur
d’onde,
l’ozoneprésente
uncoefficient
d’absorption
de0,062,
cequi,
pour uneépaisseur
réduite deo,25
cm, donnerait uneabsorp-tion
plus
dequatre
foissupérieure
à celle due à(°2)2.
L’allure des courbes(1
et2) s’expliquerait
donc nonseulement par la
présence
de(02)2’
mais surtout de0 ~.
4770.
L’importance
de cetteabsorption
est,
d’après
les mesures de
laboratoire,
exactement la même que pour la bande 6299.Que
ce soit pour la basseatmo-phère (fig. 2)
ou pourl’atmosphère
totale,
la courbeprésente
un accidentfaible,
maisdépassant
néan-moins les erreurs
expérimentales,
et il estjuste
del’ordre de
grandeur
attendu.3607. Aussi bien sur les courbes relatives à
l’absorption
parl’atmosphère
totale que par la basseatmosphère,
on constate un accidentqui,
dans les deux cas,
dépasse
l’intensitéprévue;
ainsi que nous le verronsplus
loin,
il estpréférable
d’ad-mettre quel’absorption
due à(0,),
estsuperposée
à une autre que d’accuser les donnéesexpérimentales
de laboratoire d’êtretrop
faibles.3803. Là encore,
l’absorption
constatée dans lesdeux cas est très
supérieure
à celle attendue et la même conclusions’impose.
Enfin pour les autres bandes
d’absorption,
l’inten-sité calculée est tellement faible que,déj à
pour4464,
elle est de l’ordre degrandeur
de l’erreurexpéri-mentale et l’on ne
peut
guère
attribuer l’accidentconstaté en cet endroit sur la courbe 1
qu’à
uneheureuse coïncidence
puisqu’on
ne le retrouve pas sur les autres.Examinons maintenant les bandes
d’absorption
dues aux molécules neutres0 ~.
Les bandes A et Bsont mises en évidence seulement sur les courbes relatives à la basse
atmosphère,
la faible émission de Sirius et deVéga
dans cetterégion
ne nousayant
pas
permis
de pousserjusque-là
nos mesures relatives àl’absorption
parl’atmosphère
totale. Comme nousl’avons
rappelé,
les valeurs trouvées pourl’absorp-tion ne sauraient avoir une valeur
intrinsèque.
Pour s’en rendrecompte,
il suffit de sereporter
à lafigure
3;
malgré
la sensibilitéspectrale
particulière
desplaques Special
Long
Range,
on voit que, parsuite de la
plus grande dispersion,
les bandes sontplus
étroites maisbeaucoup plus
accusées,
et que la courbereprésentant
l’absorption
en fonction dela
longueur
d’onde doit différer nettement de celles de lafigure
2. Mais nos mesures sont utilescependant
pour avoir une idée dessuperpositions possibles.
Si nous considérons
A,
on voit sur les courbes 2que la valeur de sa densité
kilométrique
est
d’en-viron o,oi2. Enadoptant
pour les bandesde
0,
les valeurs relatives déduites des mesures de Babcock etDieke,
on devrait avoir pour Bo,006
(ce qui
estapproximativement vérifié),
pour exo,ooo3
et unevaleur
négligeable
pour u’.En
conclusion,
nos mesures montrent quel’absorp-tion soit par
O2,
soit par(0 2) 2
est relativement très faible et est bien loin dejustifier l’absorption
restantaprès
avoir enlevé del’absorption
totalel’absorption
par diffusion moléculaire. En secondlieu,
on voit que, des trois bandes aperçues auspectroscope
parJanssen sur le soleil
couchant,
seule 4770peut
êtreattribuée
uniquement
àl’oxygène
et sous la forme(0.),,
les deuxautres,
6299 et5773,
cette dernièresurtout,
sontsuperposées
à l’ozone et à la vapeur d’eau. Demême,
pour les deux nouvelles bandes que nous avons observées vers 3600 et3800,
les molécules
(01)2
sont loin d’en êtreuniquement
responsables
ainsi que nous lepréciserons plus
loin.B. Absorption
par l’ozone. - Il ne nous estpas
possible
derappeler
ici lespropriétés
absorbantes del’ozone,
ni même sa distribution en fonction del’altitude;
nous renverrons pour cela au Mémoire[ ~ 5 J
de l’un d’entre nous. On y trouveraégalement
l’étude des variations des coefficientsd’absorption
en fonc-tion de latempérature
dans l’ultraviolet(bandes
deHuggins)
et dans le visible(bandes
deChap-puis) (4)
dont les résultats seront utilisés ici. Il fautrappeler
aussi que l’un d’entre nousafin de rendre
homogènes
les coefficientsd’absorption
dans le visible avec ceux del’ultraviolet,
les acomparés
entre euxet,
adoptant
pour larégion
des bandes deHuggins
les coefficients deNy
Tsi-Zé etChoong
Shin-Piaw[17],
apublié
une série devaleurs se
rapportant
àl’absorption
dans le visible. De cettefaçon,
si un doutepeut
exister sur laquantité
d’ozone en valeur absolue contenue dansl’atmosphère,
du moins est-on certain de ne pas(4) La courbe publiée présente une erreur dans l’échelle des longueurs d’onde; on doit remplacer 3910 par 5 ggo
et G 175 par 6 375. Ce fait regrettable est toutefois sans
influence sur les calculs qui ont pu être faits à partir de ces
409
commettre d’erreur sur la valeur de
l’absorption
sélective dans les différents domainesspectraux.
Examinons tout d’abord
l’absorption
par l’ozone dans le cas de la basseatmosphère.
On sait que, auvoisinage
dusol,
la concentration en ozone est très faible et que les concentrations maxima rencontréescorrespondent
à desépaisseurs
réduites de l’ordre deo,ooo3
cm par km d’air. Dans larégion
des bandesde
Chappuis,
le coefficientd’absorption
atteint pour 6o2o Â
la valeur maximumo,o68,
cequi
donne pour km d’air uneabsorption qui
est loin d’êtremesurable;
iln’y
aura donc pas lieu d’en tenircompte.
Dans
l’ultraviolet,
l’absorption
par l’ozone devient sensible seulement vers 3 200À;
aussi nousréser-verons la
question
pour unprochain
article.Occupons-nous
seulement du rôle de l’ozone dansl’absorption
parl’atmosphère
totale.Considérons
l’absorption pendant
la nuitdu 4
octo-bre et admettonsprovisoirement
que dans larégion
des bandes de
Huggins,
l’absorption
est la sommede
l’absorption
par diffusion moléculaire et del’absorption
pai l’ozone.D’après
lafigure
5,
onpeut
alors déduire pour chacune des
longueurs
d’ondel’absorption
par diffusion moléculaire del’absorption
totale et avoir ainsil’absorption
due à l’ozone.Remarquons
que les deuxfaçons
de tracer la droiteenvisagées
page406
conduisent à des valeurs très peu différentes. On obtientainsi,
pour leslongueurs
d’onde choisiesqui
sont celles des maxima et des minimad’absorption,
les densitéscorrespondantes
dues à l’ozone. Comme il a été montréexpérimen-talement
[15]
que les coefficients maxima ne semodifient pas sous l’influence d’un abaissement de
température,
onpeut
construire ungraphique
enportant
en abscisses les coefficients deNy
etChoong
desmaxima,
et en ordonnées les densitéscorrespondantes.
Il est alorspossible
de tracer unedroite
passant
par cespoints,
dont lapente
donnel’épaisseur
réduite de l’ozone contenu dans toutel’atmosphère :
on trouve ainsi o,22 cm pour la nuitdu 4
octobre(5).
Le fait que la droite passe parl’origine
montre bien lalégitimité
de l’attribution à l’ozone del’absorption
restante.Quant
aux coefficients minimad’absorption,
onsait
qu’ils
s’abaissent chacun d’unequantité
variableavec la
longueur
d’onde et avec latempérature.
D’après
les valeurs de la densitéoptique
due àl’ozone,
il est aisé de déterminer ces coefficients pour l’ozone contenu dansl’atmosphère
pour la nuitdu 4
octobre.Ainsi que l’un d’entre nous l’a
montré,
la variationdes coefficients minima est fonction linéaire de la
température
(du
moins entre+
’).0° et - 8oDC.).
Ceci a
permis
de définir latempérature
moyenne de l’ozoneatmosphérique
et les donnéesexpérimentales
(5) Le simple examen des courbes de la figure i montreque le 12 août l’épaisseur d’ozone est beaucoup moins grande;
on trouve en effet 0,1.) cm.
obtenues au laboratoire ont rendu
possible
sa déter-mination. Enprocédant
exactement comme il a étédécrit
([ I ~],
page54),
nous avons trouvé - C.pour
température
moyenne de l’ozone pour la nuit dui
octobre l g3 7.
Cette valeur diffère sensiblement de celle
précé-demment trouvée
(-
3oDC.)
pour d’autres latitudes(6).
Mais,
ainsi que nous l’avonsprouvé
au cours d’uneétude
particulière [ 1 gJ,
ces valeurs sontsusceptibles
de varier notablement d’unjour
à l’autre.Cette détermination de
température
va êtreutilisée maintenant en vue de calculer
l’absorption
par l’ozone dans larégion
des bandes deChappuis.
Connaissantl’épaisseur
réduite de l’ozone et sescoefficients
d’absorption
dans le domainevisible,
onpeut
alors déterminer facilementl’absorption.
Lescoefficients,
déterminés aux environs de+
gooC.,
doivent
auparavant
êtrecorrigés
de l’effet detempé-rature. Sachant que celle-ci est de -
4oo C.,
onpeut
à l’aide des résultats de la page 31 du Mémoire
précé-demment
cité,
effectuer cetteopération.
On obtientalors,
pour la nuit du4 octobre,
l’absorption
par l’ozone dans larégion
comprise
entre 645o
etQ À oo
A.
Cetteabsorption
peut
alors être retranchée del’absorption
totale et c’est ce quereprésentent
lespoints (à)
de lafigure
5et,
àplus grande
échelle,
lafigure
6.Fig. 6.
C.
Absorption
par la vapeur d’eau. - Encompa-rant les bandes
telluriques
duspectre
solaire aveccelles obtenues par l’observation d’une rampe à gaz
au travers d’un tube de
3~
m delong rempli
de vapeurd’eau sous 7 atm, Janssen
[20]
avait identifiéplusieurs
bandesd’absorption. Depuis,
Mecke et ses collaborateurs[21,
22]
ontrepris
laquestion
enutilisant les raies classées comme
atmosphériques
nomes
qui
ont dressé la « Revision of Rowland’sPreliminary
Table o[23]
et se sont aidés de leurs propres résultats obtenus en examinant lespectre
d’absorption
d’un tubeplein
de vapeur d’eau à l’aide d’un réseau de 6 m. Ainsi ils ont fait une étudecomplète
duspectre
de bandes de lavapeur
d’eau et déterminé les diverses constantescaractéristiques.
Fig. 7.
Retenons du
point
de vuequi
nous intéresse unefigure
extraite d’un de leurs Mémoires[21]
et montrantl’importance
relative des diverses bandesd’absorption.
Notons que ces bandes étaient résoluesen raies et que les
graphiques
obtenus ne sontqu’approximatifs.
D’ailleurs,
l’étude que nous avonsreprise
au laboratoire del’absorption
au travers d’un tube de2,5o
m sous 5atm,
avec lespectrographe
Cojan
dont il a étéquestion plus
haut,
montre bien que, dans ce cas, la notion de coefficientd’absorption
n’a pas de sens
intrinsèque.
En
résumé,
les bandesd’absorption
de la vapeur d’eau actuellement connues, pour le domainespectral
qui
nousintéresse,
s’étendent sur les intervallessuivants :
Nous laisserons de côté pour le moment d’autres travaux sur
lesquels
nous reviendrons lors de ladiscussion.
A la lumière de ces
données,
examinons nosrésultats :
a. Baase
atmosphère.
- Considérons sur lafigure
.~les courbes relatives au II i
septembre
etau 1
sep-ten1bre. Notons que la
pression partielle
de la vapeur d’eau à la stationmétéorologique
d’Ifrane,
déduite des indications del’hygromètre enregistreur.
était très notablementplus grande
le 1
septembre
que le II Iseptembre.
Nous retrouvons les bandes suivantes : -.
8399-7843. Les
plaques Special
Long
Range
étant sensiblesjusqu’à
8 5ooÀ,
c’est cette bandequi
limite notrespectre
du côté del’infrarouge.
7304-6850. Se retrouve très nettement, même
avec les trois maxima secondaires
qu’elle comporte
et l’onpeut
remarquer que, le4
septembre,
la bande B del’oxygène
estmasquée complètement
par celle de la vapeur d’eau.6660-6280. Se retrouve
également
très bien et sesuperpose à 2 et à 6300 de
(O).
6060-5860.Également
très visible.5780-5670. Se retrouve
aussi;
recouvrepartiel-lement oc’ et 5773 de
5478-5420. Se devine le II i
septembre;
est bienvisible le
4.
Quant
à5111-4981,
elle coïncide avec un minimumde sensibilité de l’émulsion
photographique
où,
par suite del’absorption
due à cettebande,
les mesuressont devenues
impossibles.
Le fait
important
qui
sedégage
de lacomparaison
des deux courbes
du 4
septembre
et du 1 lseptembre
est
l’importance
considérable des bandes de la vapeur d’eau parrapport
à celles des autres consti-tuants[0,
et(°2)2].
Cecijustifie
lapart
del’absorp-tion que nous avons
précédemment
attribuée à lavapeur d’eau dans les
régions
où il y asuperposition
d’absorptions
dues .àplusieurs
éléments.b.
Atmosphère
totale. - Considérons la courbede la
figure
6qui
représente
les valeurs del’absorp-tion
atmosphérique (dont
on a retranché les valeursde
l’absorption
due àl’ozone)
pour i km dans lesconditions normales. On voit immédiatement se
détacher les bandes connues :
6060-5860 avec ses deux
maxima;
5780-5670et 5111-4981.
Remarquons
que,le ~
septembre
où il y abeaucoup
de vapeur d’eau étant mis à
part,
ces bandes sont mises en évidence d’unefaçon beaucoup plus
nette,
surtout pour les
plus
faibles,
que dans la basseatmo-sphère.
Cela tient à ce que, dans ce dernier cas, lesmesures
portent
sur uneépaisseur
d’airplus
faibleet sont par suite moins
précises.
Dans larégion
del’ultraviolet,
les mesuresayant
porté
sur une distancebeaucoup
plus petite
laprécision
sera encorediminuée,
de sorte que, dans cetterégion,
les résultats relatifs à la basseatmosphère
et àl’atmo-sphère
totale ne sont quegrossièrement
compa-rables entre eux.
Nous avons ainsi identifié un
grand
nombre debandes;
en examinant la courbe 1 de lafigure 5
411
plus importante
vers 3850 avec un maximumsecon-daire à 4050.
Remarquons
à propos de cette dernière que lespoints expérimentaux
de la courbe sontpeut-être moins sûrs à cause de la difficulté que
présentent
les mesuresphotométriques
entre les raies de la série de Balmerqui
deviennent assez serrées dans cetterégion,
mais que l’existence d’uneabsorption
nefait
cependant
pas de doute.Nous avons examiné
jusqu’ici
l’absorption
par les constituants lesplus
absorbants del’atmosphère;
voyons maintenant ceuxqui
sontsusceptibles
deprésenter
une faibleabsorption.
D. Autres constituants de
l’atmosphère.
-Oxydes
d’azote. - On sait
qu’il
existe dansl’atmosphère
desoxydes
d’azote en très faiblequantité.
Récem-ment,
Adel etLampland [2L[J
étudiantl’absorption
parl’atmosphère
totale dansl’infrarouge
lointain onttrouvé
une bandequi
présente
un maximumà
7,6
et ils l’ontattribuée,
d’après
lesexpériences
de laboratoire deHettner,
Pohlman et Schumacher[26],
àN20~.
’
D’autre
part,
enopérant
par voiechimique,
Paneth et
Edgar [26]
ont déterminé la concentration de l’air enperoxyde
d’azote. Ils trouvent desquan-tités extrêmement variables d’un
jour
àl’autre;
la valeur moyenne est
o, 4
pour(en volumes).
Si nous considérons alors les coefficients
d’absorp-tion de
N02
etN2O4 d’après
les donnéesexpéri-mentales de
Lambrey
et Corbière[27],
nous voyonsque pour
N2O4
le coefficientd’absorption
atteintune valeur maximum de
1,05
pour 3400
-À.
La valeur maximum de la densitéoptique
due augaz
N2O4
contenu dans 1 km d’air dans les condi-tions normales atteindraitquantité
qui
setrouve de l’ordre de
grandeur
des erreursexpéri-mentales.
Maintenant supposons que la concentration de l’air en
peroxyde
d’azote ne soit pasuniforme,
et que, àl’exemple
de celle del’ozone,
elle croisse avecl’altitude de
façon
à donner une concentration moyennesupérieure
à la concentration auvoisinage
du
sol;
si nous tenonscompte
des coefficients d’absor-tion deLambrey
etCorbière,
on ne voit aucuneabsorption
parN,O,.
D’autrepart,
N02
nepeut
rendre
compte
à lui seul del’absorption
résiduelle. Si l’on sereporte
aux résultatsexpérimentaux
deMelvin et Wulf
[28],
on voit que lesmélanges
deNO,
N02
etH,O présentent
des bandesd’absorption
dont l’ensemble ne se retrouveégalement
pas dansl’atmosphère.
Aldéhyde formique.
- Dahr et Ram[2~],
pardosage
chimique
de l’eau depluie,
y ont trouvé desquantités
de formolcomprises
entre0,00015
et o,ool2gjL
Lespectre
d’absorption
del’aldéhyde
formique
ayant
été étudié dans l’ultraviolet par V. Henri et.4. Schou
[30],
il était intéressant de voir si l’onn’apercevait
pas lesprincipales
bandes 13,C,
C’, D et D!.àlais,
pasplus
que Adel etLampland
dans l’infra-rougelointain,
nous n’avons pu mettre enévi-dence d’une
façon
nettel’absorption
parl’aldéhyde
formique.
IV. - Cas de
l’atmosphére
laplus
pure : conclusions.Si nous nous
reportons
à la courbe 2 de lafigure
5,
nous voyons
qu’il
est maintenantpossible
depréciser
la valeur de
l’absorption
par diffusion moléculaire. Onpeut
en effet tracer sansambiguïté
la droite dont nous avions donné lespositions
limites °page
4c6.
Elle passe parl’origine
et sapente B
a pour valeur ±1,5,
cequi
donne pour
N 6,11
1 ±0,06 . I o23,
valeur en excellent accord avec la valeur couramment admise pour la constanted’Avogadro.
Cette valeur est à
rapprocher
de celles données par Tien Kiu[31]
]
par une méthodestatis-tique :
6,13~.10~3;
par Cabannes etDufay [3?],
et parArnulf,
Déjardin
etFalgon [33]
?~’ =6,5.10~.
Remarquons
à ce propos combien le fait d’avoir des mesuresportant
sur deslongueurs
d’onde trèsvoisines nous a été
précieux
pour la discriminationentre
l’absorption
sélective etl’absorption
pardiffu-sion moléculaire.
Remarquons
aussi que si nous nous limitions à larégion 4
800-3 800~,
nouspourrions
constater uneaugmentation
régulière
de lapente,
comme l’ontdéjà
remarqué Déjardin
et sescollaborateurs;
cetteaugmentation
serait d’autantplus importante
quel’absorption
dans la bande située vers 38oo Â
estplus
intense.Les
points
expérimentaux
situés au-dessus de la droite tracéecorrespondant,
comme nous venonsde’ le
montrer,
àl’absorption
sélective des différents constituants del’atmosphère,
on voit donc quel’absorption
pardiffusion
moléculaire estbien
repré-sentée
par laformule
deRaylei gh-Ca bannes.
Nous avons identifié toutes les bandes
d’absorption
sélectivequi
sesuperposent
àl’absorption
pardiffusion moléculaire à
l’exception
de 4 4oo,
3 850 et 36oo Â.
En sereportant
aux courbes relativesaux différentes nuits
d’observation,
nous avonsremarqué
que l’intensité de ces bandes variait etqu’il
existe une corrélation évidente entre leurintensité et l’humidité au
voisinage
du sol. Bien quela formule de Hahn
qui
relie l’humidité au sol et laquantité
de vapeur d’eau contenue dans la totalité del’atmosphère
ne soit pasrigoureuse,
onpeut
cependant
penser que la vapeur d’eau est respon-sable de ces bandes. Une confirmationplus
sérieuse réside dans l’étroite corrélation constatée avecl’intensité de la bande de la
pluie.
La courbe relativeégale-ment
constaté,
au cours de la nuitdu 7
août,
unevariation
progressive
et simultanée des bandes attri-buées à la vapeur d’eau.Rappelons
que Cabannes etDufay
[3~]
avaient aperçu l’existence d’uneabsorption
variable dans larégion 4
ooo-3 goo et aussi vers 3 6001B.
Nous avons ainsi
justifié
les résultatsexpérimen-taux dans le cas de
l’absorption
parl’atmosphère
totale pour les deux nuits où latransparence
était maximum(4
octobre et 15juillet).
Le rôle de la diffusion moléculaire etl’absorption
sélective des constituants del’atmosphère
étant ainsiprécisés,
en examinant les autres courbes relatives aussi bien à
l’absorption
parl’atmosphère
totale que par la basseatmosphère,
nous voyonsqu’il
reste encoredans le
spectre
visible uneabsorption
notable quenous examinerons dans un
prochain
article.Manuscrit reçu le 26 avril 1939.
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