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Submitted on 1 Jan 1907
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La thermoluminescence et la coloration des fluorines
L. Matout
To cite this version:
L. Matout. La thermoluminescence et la coloration des fluorines. Radium (Paris), 1907, 4 (12), pp.413-415. �10.1051/radium:01907004012041300�. �jpa-00242265�
MÉMOIRES ORIGINAUX
La thermoluminescence
et la coloration des fluorines
Par L. MATOUT
[Muséum de Paris. Laboratoire de M. H. Becquerel.]
Tome quatrième. 4e Année. - N° 12. Décembre 1907.
1 l’on considère les propriétés colorantes du
S rayonnement du radium sur les n1inéraux, il vient naturellement une pensée, qui est de
rechercher quelle corrélation il pourrait y avoir entre les phénomènes de therrooluminescence et de necolo- ration, dans les substances qui récupèrent ces deux propriétés après les avoir perdues une première fois
sous l’influence de la chaleur.
Il est évident qu’une étude systématique, appuyée
sur des expériences précises, est seule capable de
nous éclairer sur ce sujet. Cependant un certain
nomhre de faits observés indépendamment les uns
des autres, pourraient, étant rapprochés, sinon nous
donner des solutions exactes du problème, du moins
nous donner quelques indications générales sur la
voie à suivre pour l’élucider.
Notre rôle se bornera donc à faire le rapprochement
de quelques observations dont nous avons eu con-
naissance, lorsqu’elles paraîtront présenter entre elles quelque lien susceptible de retenir l’attention.
Remarques sur la phosphorescence en général.
Pour la clarté de cet exposé, one digression est né-
cessaire, qui a pour but de définir nettement ce qui
est reconnu aujourd’hui comme devant constituer un
systè1ne phosphorescent, c’est-à-dire un consortium d’éléments dont l’ensemble est susceptible de phos- phorescence sous l’influence d’excitations déterminées.
Nous savons aujourd’hui, par les travaux précis de
M. G. Urbain, que tout corps phosphorescent se com-
pose d’une masse principale dans laquelle se trouvent
dilués un ou plusieurs éléments en faible proportion’.
Nous ne reviendrons pas sur la loi d’optimum dont
nous avons donné antérieurement l’exposé2.
Cette définition du système phosphorescent sug-
gère ilnmédiatement une image sur la relation qui
1. Journ. cle Chirn. et de Phys. 4. 1906, page 252.
2. Loc. cït ; le Radittrn, t. 4, page 20.
existe entre le diluant et le (ou les) corps dilués. On peut en etret, pour la commodité de l’imagination,
comparer ce système à un instrument à cordes, dont
la masse principale serait la caisse de résonance, et
la partie diluée les cordes vibrantes.
Le principe excitateur, qui dans l’instrument peut
êlre l’archet, le marteau, ou une vibration voisine,
trouve chez le corps phosphorescent son parallèle
dans des causes physiques telles que rayons de diffé-
rente nature, vibrations luaiineuses, actions méca-
niques, chaleur, etc.
Mécanisme de la thermoluminescence.
Nous revenons ici à notre sujet : quand on excite
un système phosphorescent par la chaleur, est-ce
bien la chaleur qui est la causc directe de l’émission?
Il semble évident que non, en voici les raisons : Prenons ce système et excitons le par la lumière ou
d’autres rayons; tant que dure l’excitation par Un rayonnement quelconque, le corps est lumineux.
Cessons l’action du rayonnement choisi, l’excitation s’arrête et le corps s’éteint plus ou moins rapidement
suivant sa persistance. Mais toutes les fois que l’ac- tion du rayonnement recommencera, l’excitation réap- paraitra, et cela indéfiniment.
Avec la thermoluminescence il n’en est pas de même; une fois que le corps a été chauffé et a émis
sa somme de lumière, on peut le chauffer indéfini- ment, et il ne sera jamais par la suite capable
d’émettre la moindre lumière sous l’influence de la
chaleur, si une eccuse extérieure rte l,ient dans l’in- tervalle lui restituer stc propriété première.
Cependant, ainsi que plusieurs expériences de
M. H. Becquerel l’ont montré (notamment sur les fluorines), le système phosphorescent n’est pas détruit,
puisque, après avoir été chauffé, le corps est aussi sus-
ceptible qu’avant d’être e.rcité, par la lumière ou par des rayons de diflérente nature.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:01907004012041300
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Il faut donc, puisque l’action de la chaleur ne
parilll pas être la cause directe de l’émissiola, cher-
cher quelle peut être sa cause intermédiaire, c’est-à-
dirc le véritable mécanisme de l’excitation, qui lni-
même se révèle sous l’illlluence de la chalcur. Com- lnençons, donc pour cela, par examiner les moyens qui peuvent régénérer la thermoluminescence, c’est-à-dire faire réapparaitre la cause d’excitation intcrmédiairc enlrel’action calorifique et l’émission lumineuse qui
en résulte, ainsi que les phénomènes qui accompagnent généralement cette régénération.
Nous voyons : 1 ° l’étincelle élcetri(lue 1. L’action rc- génératrice de l’étincelle condensée est très énergique,
par conséquent très rapide. Qll ne remarque généra-
lenient pas de recoloratian des corps, cependant si
cette action est très prolongée et a lieu au contact, il peut se produire une coloration violette plus ou
moins intense, suivant le temps d’exposition ; cette
coloration ne paraît se produire que sous une faible
épaisseur.
Il semble que l’action de l’étincelle soit due aux
rayons ultraviolets de courte longueur d’onde, car l’in- terposition d’une lame de quartz iiempèche pas le
phénomène de se produire, alors qu’il est intercepté
par une lame de verre. Peut-être même l’action des rayons ultraviolets n’est-elle pas directe et ne se pro- duit-elle que par l’émission des rayons de Lénard
qu’elle peut provoquer dans la lnasse même du corps.
Les rayons X sont également capables de rendre
la therloluminescence et de colorer. On voit un
exemple courant de ce phénomène dans le verre des ampoules à radiographie, qui après un usage prolongé
deviennent presque opaques. Les frabments des
vieilles ampoules, colorés d’ordinaire en violet foncé,
émettent de la phosphorescence vers 500 à 400°.
3° Les rayons cathodiques. Leur action est à peu
près identique à celle des rayons X, niais dépend en partie de leur intcnsité. Un flux trop intense ayant
pour effet d’élever fortement la température du corps soumis à leur action, la chaleur qu’ils produisent
peut être susceptible de détruire leur effet a mesure
qu’il sc produit ; il faut, pour obtenir la régénération
et la recoloration, une action modérée et assez ’pro- longée.
4° IJnlin, le rayonnement du radium (et probable-
ment des autres corps radioactifs). Son action, révélée
la première fois par ,11. H. Becquerel sur les fluorines
et la Jeueophane 2, montre que c’est un agent des plus énergiques; ces substances, une fois chauffées et en-
suite régénérées, récupèrent leurs propriétés à un degré beaucoup plus élevé qu’elles ne les possédaient
à l’état itlitial.
De plus les fluorines se recolorent, quelquefois avec
leur couleur primitive, quelquefois avec une autre. Les
/1. En. BECQUEREL. La lzlJnih’c, 1, page 51. - 2. C. R. 129, pag’e 912.
propriétés Loloranlps du du radilun s"uh- pliquent a une grande quantité de substances; on pourrait hardiment avancer qu’il y a certainement
plus de corps susceptibles de se colorer par le radium,
que de corps réfractaircs i cette propriété.
Ce qui caractérise les colorations obtenues par le rayonnement du radium, parmi les colorations obte-
nues par les autres moyens cités plus haut, c’est la
netteté, on pourrait dire la propreté qu’elles pré-
sentent, car elles se produisent sans être accompa-
gnées de modifications dans la texture et la limpidité
des corps étudiés, connne cela a lieu quelquefois quand
on fait agir les rayons cathodiques ou l’étincelle.
Ajoutons que les moyens de régénération que nous
venons d’examiner, sont renouvclubles, et peuvent sc
reproduire probablement indéfinimcnt, car nous avons vu certains échantillons de corps therinoluminescents,
alternativement chauffés et régénères un grand nom-
bre de fois par le radium ou l’étincelle, sans cluc leurs propriétés initiales aient paru s’affaihlir si peu que ce soit.
Relation entre la couleur et la thermo- luminescence.
Considérons un corps thermoluminescent, une fluo- rine colorée par exemple, et examinons ce qui sP passe
quand on le chauffe et quand ensuite on le régénère.
Il y a d’ahord émission de lumière progressive à
mesure que la température s’élève, puis en même temps décoloration. Quand toute la thermolumines-
cence est érnanée, toute la coloration a disparu. Sou-
mettons cette fluorinc au radium la coloration réap- parait. I,a coloration et la thermoluminescence semblent, dans ce cas, deux propriétés dépendantes
l’une de l’autre puisqu’eUes paraissent inséparables.
Tout se passe donc coiiime s’il y avait, sous l’in-
fluence de la chaleur, décomposition de la matière colorante. Mais cette matière n’est pas éliminée puis-
que l’action régénératrice d’un rayonnement la réta-
blit dans son état et avec ses propriétés primitifs.
De ces faits on peut déduire que l’excitation pen- dant l’échauùciiient est due à l’action chimique d’élé-
ments en quantités probablement infinitésilnales, qui
se dissocient et se recombinent alternativement sui- vant les actions extérieures auxquelles ils sont soumis.
Une observation qui tend à prouver que la thermo- luminescence est due à une action chimique indépen-
dante de la constitution du système phosphorescent proprement dit, est la suivante :
Une clllorophane naturelle, colorée en vert, est très thcrmoluinineseente ; dans toutes ses manifestations de phosphorescence elle donne un spectre correspoll- dant a un système .phospharescent d’éléments bien déterminé. Un autre chlorophane de synthèse, inco- lore, mais composé des mêmes éléments, donne un
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spectre de phosphorescence rigoureusement identique.
Cependant cette dernière, au lieu de se colorer en vert
comme la première, se colore en rouge brun sous l’influence du radium et est très peu thcrmolumines- cente. Ces colorations et ces facultés, différentes d’in- tensité d’émission par la chaleur de deux systènzes semblahles, montrent assez nettement que dans la thermoluminesccnce un troisième terme chimique, probablement complexe, est nécessaire n la réalisation dn phénomène,.
Cependant, pourra-t-on dire, il y a des corps inco- lores qui sont thermoluminesccnts, de même qu’il y
a des corps colorables par le radium et décolorahles par la chaleur, qui ne le sont pas. A cela nous pour-
rons répondre que dans le premier cas, de même qu’il
y a des corps thermoluminescents renfermant des
principes actifs de couleurs différentes, il peut y en avoir qui renferment de ces principes tout à fait inco-
lores. Dans le second cas l’objection est encore plus
facile à combattre, car on peut très bien admettre la
présence de ces principes actifs dans des milieux autres que ceux qui constituent des systèmes phosphores-
cents.
Une autre objection que l’on pourrait faire est
celle-ci. Comment se fait-il que deux échantillons d’une même fluorine étant épuisés par la chaleur, peuvent être régénérés, l’un par l’étincelle, l’autre
par le radium; ce dernier seul étant coloré alors que
tous les deux sont thermoluminescents? Pour répondre
à cela, il n’y a qu’à faire observer la façon dont l’émis- sion de lumière se fait, quand on les chauffe ensemble, après cesdeux régénérations, par les procédés différents
que nous venons de décrire :
L échantillon coloré s’illumine le premier, à plus
basse température; la teinte de la lumière émise en
premier lieu change à mesure que la température s’élève, et la coloration disparait bien avant que la lumière s’éteigne. Le phénomène semble présenter
une certaine complexité, résultant de sensibilités diflé- rentes entre les températures limites auxquelles il se produit. L’effet produit sur l’échantillon soumis à l’étincelle est le même, mais commence un peu plus
tard. Quand les deux corps commencent à briller
simultanément, à la même température, ils émettent alors une lumière semblable, comme si dans le second il manquait une partie de l’action régénératrice : celle qui correspond à la coloration définitive complète.
Ces faits montrent bien qu’il faut tenir compte d’une
certaine complexité dans la constitution des principes actifs, de même que dans celle du système phospho-
rescent qui dans les fluorines comporte un principe
dilué composé de plusieurs terres rares. Il est pos- sible que la première phase de l’émission dans la fluo- rine colorée au radium, phase qui manque lors de la
régénération parl’étincelle, corresponde à la formation
d’une partie d’un principe actif hétérogène sur laquelle
J’action de l’étincelle est nulle : à moins que, chose plus probable, une partie de la lumière fournie par l’étin- celle détruise ce principe u mesure de sa formation
par d’autres rayons. On sait, en ef1’et, que la lumière solaire décolore les fluorines colorées au radium’.
Quels sont les éléments chimiques qui constituent les principes colorants et actifs dans les minéraux tliermoluminescents ? nous ne saurions le dire. Les seules données que nous pourrions avoir à ce sujet
résultent des expériences de M. M. Berthelot2 sur les
améthystes (iluorine, quartz, corindon, violets).
L’iliustre cllimiste attribue la coloration de ces
substances â des traces de composés manganiques suroxydés, qui sous l’influence de la chaleur per- draient leur oxygène pour se transformer en sels de
protoxydes incolores en très faible quantité. Cette hypothèse est d’autant plus plausible que récemment,
M. Daniel flcrtllelot, qui a pris la suite des expériences
commencées par son père, est arrivé à faire pénétrer,
dans la masse cristalline d’une tluorine incolore, des
particules de ces composés manganiques, en soumet-
tant cette tluorine aux actions simultanées du rayonne-
ment du radium et de l’immersion dans une solution d’acétate de manganèse.
Quant aux nombreuses colorations de tous les
autres minéraux se prêtant aux phénomènes dont le sujet nous occupe, nous n’ayons guere de données à leur égard, et ce ne sera certainement pas sans des difficultés considérables qu’on arrivera à déterminer leur nature chimique.
Résumé.
Nous croyons pouvoir conclure que la thermolumi-
nescence n’est que la phosphorescence ordinaire des systèmes phosphorescents, excitée par les mouvements de particules matérielles provenant de principes chi-
miques en dissociation sous l’influence de la chaleur.
Ce phénomène serait donc analogue à celui que l’on définit sous le titre de phosphorescence par actions
chimiques, qui a lieu quand on fait réagir certaines
substances les unes sur les autres, et est probable-
ment l’effet d’ions libérés au moment de la dissocia- tion.
La solution exacte de ce problème ne pourra pro- bablement être élucidée que par une technique chi- mique spéciale, d’une délicatesse de l’ordre de celle
qui a permis à Sir W. Ramsay ainsi qu’à M. Debierne de révéler les quantités infinitésimales de matières provenant de la désagrégation des corps radioactifs.
[Heçu le 2 décembre ’1907.]
1. La plupart de ces faits ont été observés au cours d’expé-
riences suivies depuis plusieurs années au laboratoire de M. Bec-
querel mais dont un certain nombre n’ont pas été puhliées.
2. 1B1. M. Berthelot. C. n., i43, page 477.