Obtention de spectres de métaux par rencontre d'ondes de choc

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Obtention de spectres de métaux par rencontre d’ondes

de choc

H. Muraour, A. Michel-Lévy

To cite this version:

OBTENTION DE SPECTRES DE

MÉTAUX

PAR RENCONTRE D’ONDES DE CHOC Par

_{H. MURAOUR,}

Laboratoire Central des Poudres

et A.

_{MICHEL-LÉVY,}

Faculté des Sciences.

Sommaire. 2014 On

montre, dans cette Note, la _possibilité d’obtenir des _spectres de différents _types (spectres d’étincelle, spectres d’arc, avec ou sans raies en _{absorption, spectres continus), par} une méthode purement thermique, en utilisant les _{températures} extraordinairement élevées _{qui règnent} au sein d’une onde de choc créée dans le milieu environnant par la détonation d’un explosif très brisant.

On indique l’intérêt que peuvent présenter les faits _{observés pour l’explication} de certains phéno-mènes _cosmiques.

Les méthodes _{utilisées pour la}

_production

des

spectres peuvent

être classées en deux

_grandes

catégories :

io Les méthodes ne faisant

_{appel qu’à}

des

phéno-mènes

_thermiques,

fours

_King

ou flammes

_(dans

ce

dernier cas des

_phénomènes

de chimie luminescence

peuvent

également intervenir);

20 Les méthodes utilisant des

_phénomènes

élec-triques :

arc,

étincelle,

excitation de _gaz ou de

vapeurs sous faible

_pression,

fil éclaté

d’Anderson,

etc.

Les méthodes

_thermiques

ne

_{permettent guère}

d’obtenir que les

_spectres

des atomes non

ionisés;

certains

_spectres,

comme ceux du mercure, ne

peuvent

même être _{obtenus par} ces méthodes. Les

méthodes du second _groupe

_permettent

d’obtenir

soit les

_spectres

des atomes neutres ou faiblement ionisés

_(arc)

soit des atomes une ou

_plusieurs

fois ionisés.

Au cours d’une étude exécutée en vue de recher-cher

_l’origine

des fortes luminosités

_qui

_accompagnent

la détonation des

_explosifs

brisants

_(1),

nous avons

montré la

_possibilité

d’obtenir des

_spectres

de

métaux par une nouvelle méthode

consistant,

en

principe,

à _{provoquer la} rencontre de deux

_ondes

de choc au sein d’un gaz de faible chaleur

spécifique

et de forte densité

_(argon

_par

_exemple),

dans

_lequel

le

métal ou une de ses combinaisons a été

préalable-ment mis en

_suspension.

L’appareil

utilisé est

_représenté

_{schématiquement}

figure

i

_{(photographie}

de

_{l’appareil figure}

_2).

Un

_cylindre

de

_cellophane

B relie le bloc

métal-lique

A à un autre bloc

_{également métallique}

C

creusé d’une cavité

_{conique qui}

se termine par un (1) Les luminosités qui accompagnent la détonation des

explosifs brisants n’ont pas pour origine, comme on l’avait

cru _jusqu’ici, les gaz émis par l’explosif, mais le gaz envi-ronnant rendu lumineux par le passage de l’onde de choc. Si l’explosif donne naissance en se _décomposant à des gaz combustibles, CO et H2, il se _produit ultérieurement au

contact de l’air, une flamme, mais cette flamme est tout à fait distincte de la luminosité de détonation, elle disparaît si le tir est exécuté en _atmosphère inerte.

tube D. La distance entre les deux blocs

_métalliques

est de 80 mm

_(2).

Fig. 1.

L’explosif

que l’on introduit dans la

rigole

doit être à la fois très brisant et très sensible à l’amorce. Nous utilisons le

_plus

souvent cm3 d’un

_explosif

liquide

constitué par un

_mélange

à combustion

complète

de tétranitrométhane et de toluène. Nous avons

_également

obtenu de bons résultats avec

(2) Le cône est à 450 le tube _{qui prolonge} la _pointe du cône a 20 mm de _longueur et 8 mm de diamètre. La rainure circulaire contenant l’explosif a 2,5 mm de largeur et 3 mm

de _profondeur; son diamètre est de 3o mm.

261

l

(dérive

et avec la H T III es

(acide

picrique,

a 2

cunstduec par

mmi-du

_perchlorate

du dlazo de

un

_pont

de t _{enllammé pai} 1:

_l

Le bloc A est pcicc l:::

permettanL ! kinoduction de " d un

de

A moment de la les deux de

choc, créées dans le _{gaz GLU}

Il

le de

ceUophane

par 1?. i de

_l’explosu

e

l’oppose

de se rencontrent

également au centre

du en donnant

a un

_phénomène

donL Idntensite

dépend

essentiellement de ’!a nature _{dn gaz uti11sé c’ns}

ici les en

détoner dans l’obscurhé. devant

_{1 objectif}

cit a F. ’ 1 d’un

_appareil

_{photogiapmque,}

’ du

mélange

tétiamtrométhane 2013 roluene "

l’acide _3), dans ₎

" L

_{( J ‘j° s}

1 ’eilet lumineux observe ter d’autant

_plas

mteiise la chaleur moléculaire du _ga/

_puis

iulmmate de mercure. se sont montres ou

_trop

_peu li ramoice ou de

_trop

faible

3

faible- et, d

éganté de

chaieui

speeinqne,

que k’

poids

moléculaire ou _{djj u./} est

1/efïet maximum devrait Li dans le

xénon

titre les m

dan? LiiiL _; choL se

à

J daus

_

Dans l’air et _pour une

_pression

dans l’onde

de oo

_{kg :}

_CM2.

la vitesse de l’onde est de 6000 m

et la

_température

de 12 0000 Pour une

_pression

de 1000

kg,

la vitesse est de 85oo m et la

tempé-rature atteinte de _{I g} oooo

_(voir

A.

Schmidt,

lllémorial

de l’Artillerie

_française,

_p.

_683).

La vitesse de détonation du

_mélange

tétra-nitro ; toluène est d’environ 8 00o m : sec. Près

de la surface de

_l’explosif

la vitesse de l’onde

F1g, ,

Dans

_l’argon

l’intensité lumineuse

_dépasse

plu-sieurs millions de

_bousiers,

la brillance étant

supé-rieure à celle de la surface solaire. L’éclair lumineux

est extrêmement

bref,

la durée du

_phénomène

principal

étant de l’ordre

_{de /}

millionièmes de

seconde

_(3).

(3) L’un de nous, dans une conférence faite à la Société Astronomique de France (BLI!Ietlll de la Société -Astronomique de France, avril _1936, p, a _{souligné l’analogie qui} existe

entre les luminosités d’onde de choc et les puissantes lumi-nosités observées au moment où les bolides pénètrent profon-dément dans _{l’atmosphère.} Sur les _{températures qui peuvent}

théoriquement être atteintes dans les ondes de choc de

projectile se propageant à très grande vitesse et sur la réponse à _{quelques objections} formulées a ce _{sujet :} voir A/emorzcd de l’A..rtlllerie française, rq2~. fasc. I, p, 17. article du Colonel Gabaud. On _peut se demander si les luminosités d’onde de

choc ne jouent pas un rôle _important dans d’autres phénomènes

de choc

_qui

se _propage dans

l’argon

’doit être

du même ordre de

_grandeur,

elle

_peut

même être

supérieure.

La

_température

doit naturellement s’élever beau-coup à la rencontre de deux ondes ou au moment du choc de l’onde contre un obstacle. Il est

impor-tant de noter _{que, dans les}

_calculs,

on ne tient pas

compte

de toutes les causes de

_déperdition

_{d’énergie :}

s

ionisation,

rayonnement,

etc.

Fi g. 5.

Si l’on vise avec un

spectrographe à prisme

de

quartz

le maximum de luminosité situé en D

i),

on

_obtient,

avec une seule

_détonation,

c’est-à-dire avec une _pause

de 4

millionièmes de

seconde,

un

_spectre

continu s’étendant dans

l’ultra-violet

_jusqu°à

_{l’absorption}

_par la

_gélatine

de la

plaque.

Ce

_spectre

est très

_analogue

à celui du tube à

_hydrogène.

Dans

_{J’hypothèse}

du c~ _{corps noir} »

il

_{correspondrait à}

une

_teinperature

extrêmement

élevée

_(de

l’ordre de 3o

_oooo).

astronomiques (éruptions à la surface solaire ou Vu l’intensité _{exceptionnelle} de ces _{phénomènes explosifs} ces

ondes pourraient atteindre des vitesses extrêmement consi-dérables avec émissions intense dans l’ultraviolet. Bien que la propagation de l’onde ne soit pas accompagnée d’un

263

L’étude de la

_{répartition énergétique}

dans ce

spectre

est actuellement _{exécutée par} M.

_Vassy.

Si

_l’argon

a été

_{préalablement}

_chargé

de vapeur ou

poussière métallique,

on obtient encore un

_spectre

continu,

mais des raies

_apparaissent

dans la

_partie

ultraviolette du

_spectre.

Pour affaiblir le fond continu

et obtenir un

_spectre

de raies il est nécessaire de

viser un

point

situé au-dessus du maximum de

luminosité,

par

exemple

en E

Sur les

_spectres

ainsi obtenus on

_distingue

des

raies de l’atome

_métallique

ionisé,

en

_particulier

pour le

baryum,

les raies

_{2304-2335-2348-z5zg-z635}

de Ba 1

(voir

C. R. Acad.

Sc.,

1936,

202,

p.

949).

Le

_spectre

du calcium se

_distingue

_{par l’intensité}

particulière

des raies du calcium

ionisé,

beaucoup

plus

intense que la raie

4226

du calcium non ionisé

(voir

C. R. Acad.

_Sc.,

_{I g36,}

_203,

_p.

₃₁₆₎

_(Nota.

-Sur la

_figure

1 de cette note lire Ca

55I -5543

au lieu de Ca

_5588.)

Les

_spectres

ainsi cbtenus ne

_{présentent jamais}

de raies en

_absorption.

~

Des

_{spectres présentant}

à la fois en émission des

raies d’étincelle et en

_absorption

des raies

fonda-mentales,

spectres

très

_analogues

à ceux obtenus

par Anderson par la méthode du « fil éclaté »

(décharge

d’un condensateur

_puissant

dans un fil

métallique

fin), peuvent

être obtenus en

_disposant

une feuille

_métallique

de

_quelques

centièmes de

milli-mètre

_{d’épaisseur}

sur le bloc A à environ i mm de

la surface de

_{l’explosif.}

Le métal est ainsi

_pulvérisé

dans

_{l’atmosphère d’argon}

dont la

_présence

est

nécessaire _pour obtenir avec une seule détonation une intensité lumineuse suffisante. On vise avec le

spectrographe

un

_point

situé à environ ₇₀ mm

au-dessus de la feuille

_métallique.

Nous

_{reproduisons (fig. 6)}

le

_spectre

ainsi obtenu avec une feuille

d’aluminium,

les raies de

l’alumi-nium non ionisé _y

_apparaissent

en

_absorption.

On

remarquera en émission la raie d’étincelle 2816.

Des essais ont

_également

été exécutés avec des

feuilles de

_{platine, d’argent,}

_d’or,

de

_palladium.

Si l’on vise un

_point

situé

_près

de la feuille

_métallique

à 20 mm

_environ,

on n’obtient

_qu’un

_spectre

continu

présentant quelques

raies en

_absorption.

Si l’on vise

un

_point

situé à une

_{plus grande}

distance de la lame

_métallique,

le fond continu

_disparaît

et l’on obtient un

_spectre

de raies.

A la

_{partie supérieure}

de

_l’appareil

en F

_{(fg. i)}

s’échappe

un

_jet

_gazeux dans

_lequel

on

observe,

à la sortie du

tube,

une condensation lumineuse

_(4).

Si l’on vise avec le

_{spectrographe}

cette condensation

lumineuse,

le

_spectre

_{enregistré, toujours}

avec une

seule détonation

_{(5), présente,}

outre un fond

continu,

(4) Sur la _présence d’une onde de Riemann dans le jet lumineux, voir Jets gazeux à vitesse supersonique et

lumi-nosités de _détonation, Chimie et Industrie, octobre _ig3g, Vol. 42, no 4, p. 60~.

(5) La durée de cette luminosité, enregistrée sur tambour tournant, est d’environ i/5o oooe de sec.

de nombreuses raies

_{qui apparaissent}

soit en

absorp-tion

_{(raies fondamentales),}

soit en émission

_(6).

Le

_spectre

ainsi obtenu est celui du métal utilisé

à la confection du cône.

Il est _{évident que le}

_jet

_gazeux

_{s’échappant}

à

grande

vitesse érode

_légèrement

la surface du métal. La condensation lumineuse se trouve ainsi entourée

d’une

_gaine

riche en atomes

_{métalliques.}

Quant

au mécanisme même de l’excitation du

spectre,

il nous semble

_qu’on

doit l’attribuer à une excitation _{par choc de seconde}

_espèce

entre les atomes

_d’argon

excités et les atomes

_{métalliques.}

Ce même mécanisme est certainement à

_l’origine

de tous les

_spectres

_métalliques

obtenus dans

_l’argon.

Il serait intéressant de rechercher si un tel mode

d’excitation n’entraîne pas l’excitation

privilégiée

de certaines raies.

Si au lieu

_d’opérer

avec une distance de 80 mm

entre les deux blocs

_métalliques

on

_opère

avec une distance

_plus

_faible,

25 mm _par

_exemple,

le fond

continu devient

_plus

intense et sur ce fond continu

on ne

_{distingue plus}

_que

_quelques

raies en

absorp-tion. Le

_phénomène

observé est _{donc le même que}

celui

_indiqué

à _{propos des}

_spectres

obtenus avec

lames

_{métalliques.}

Voici

_exprimées

en :~ et en

_supprimant

les

déci-males,

les

_longueurs

d’onde des raies les

_plus

intenses

_(1).

Cône en atuminium

_{(fig. 9).}

En

_{absorption :}

_{2263-2269; 2367-2373 ;}

_2568-2575;

2652-2660;

3082-3og3;

3g6I-3g44

(se

confondant avec

₃₉₆₈

et

_{3934 Ca’ ).}

Les raies de

_25g~-263I

1

et 2816

_{apparaissent parfois}

faiblement en émission sur les

_négatifs.

Cône en cuivre.

En

_{absorption :}

_{2263-2294 ;}

_2618,

_8247-8274.

En émission :

_{2370-2599 (Cf’)}

276g-2824-2883-2g6I,

il existe en outre une série de raies faibles en émission _{entre 2997 et}

Cône en

_plomb.

En

_{absorption :}

220~.;

2394;

2402, 2412,

24~6; 2~.~6; 2577;

26I~.; 2628;

2663 ;

2697;

2802, 2821 ;

2833,

2873 ; 3639,

3683;

4057.

En émission :

_26g~

Pb,

3016 PbII et 3280 Pub"

(faibles

et

_douteuses),

₃₅₇₃

et

_{3 ~ 3 g}

diffuses. Ces (6) L’absorption n’existe souvent que sur une _partie de la hauteur totale et seulement au centre des raies _qui sont élargies à leur base. Ces _phénomènes ont évidemment pour origine l’existence de fortes différences de _pressions. En

général, on n’observe en _{absorption que les raies}

fondamen-tales _(atome non _{ionisé), cependant,} avec un cône de _marbre,

on observe en absorption les raies 3 g68 et 3934 et parfois les raies 3 I 7g et 3 I 5g du calcium ionisé.

(7) Nous avons utilisé un _{spectrographe} Hilger moyen à prisme de _quartz. On retrouve, sur tous les spectres, les raies du calcium en _particulier les raies H et K et la raie 2 476

du carbone G". Les _spectres d’étincelle de référence ont

264

deux dernières raies

_apparaissent

en

_absorption

si le cône est

_disposé

à 25 mm de hauteur.

Cône en marbre

_(fig.

_7).

En

_{absorption :}

_{2398 Cal;}

2852

_MgI

_(plus

faible que les raies de

MgII

et en

_absorption

sur une

_partie

de la hauteur seulement.

_{3 i sg}

et

₃₁₇₉

_(ces

deux raies

n’.apparaissent

en

_absorption

_{que si le cône} est

_placé

à 25 mm de

_hauteur).

₃₆₂₄

et

₃₆₄₅

Ca’.

₃₉₃₄

et

_{3g68 Cal’;}

₄₂₂₆

Ca’

_{(raie élargie}

à la

_{base), 4289}

Cal.

4425-4435-4455

(raie

d’émission

_{unique, large,}

deux raies

_{d’absorption}

sur une

_partie

de la

_hauteur).

En émission :

₂₇₈₀

et

₂₇₇₈

_(Mg’)

raies floues avec une

_partie

centrale

fine

et nette.

₂₇₉₅

et 2802

_MgII

300o et

3006 Cal,

3159

et

₃₁₇₉

Ca’I

_(en

émission seulement si le cône est

_placé

à ₇₀ mm de hauteur. Dans ce _cas, la

_partie

centrale de

₃₁₇₉

est renversée sur une

_partie

de la

_hauteur),

₃₇₀₆

et

₃₇₃₆

_(raies

d’émission très

_fortes).

Cône en acier.

On obtient en émission un

_spectre

du fer

qui

se

prolonge

jusqu’à

23oo Â. En faisant barboter

l’argon

dans le fer

_carbonyle

chauffé à à peu

près

toutes les raies du fer

_apparaissent

en

_absorption.

Dans ce cas, le

_spectre

_{disparaît rapidement}

au-dessous

de 27°0

À,

par suite de

l’absorption

des rayons ultraviolets par la vapeur de fer

carbonyle.

En

_résumé,

l’étude

_spectrale

des luminosités

_qui

accompagnent

la détonation dans

_l’argon

des

explo-sifs brisants nous a

_{jusqu’ici permis}

_d’obtenir,

_par une méthode

_{purement thermique (élévation}

de

température

par

compression

dans l’onde de

choc),

des

_spectres

_{qui appartiennent}

à

₄

_types

différents : 1.

_Spectre

continu intense

_(C.

R. Acad.

Sc.,

ig35,

201,

p.

828).

2.

Spectre

de raies d’émission avec raies

d’étin-celle

_(C.

R. Acad.

Sc.,

1936,

202,

p.

949;

1936,

203,

p. 316).

3. En

_disposant

une mince feuille

métallique

à i mm au-dessus de

_{l’explosif :}

_spectre

continu avec raies

_{d’absorption}

et d’émission

_(C.

R. Acad.

Sc.,

1937,

205,

p.

io54).

4. En visant avec le

_{spectrographe}

le

_jet

_gazeux

qui s’échappe

du cône

_{métallique supérieur : spectres}

du

_type

_spectre

d’arc avec un fond continu