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Submitted on 1 Jan 1924
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Sur quelques propriétés des plaques photographiques
Ch. Fabry, H. Buisson
To cite this version:
Ch. Fabry, H. Buisson. Sur quelques propriétés des plaques photographiques. J. Phys. Radium, 1924,
5 (4), pp.97-104. �10.1051/jphysrad:019240050409700�. �jpa-00205145�
LE JOURNAL DE PHYSIQUE
ET
LE RADIUM
SUR QUELQUES PROPRIÉTÉS DES PLAQUES PHOTOGRAPHIQUES
par MM. CH. FABRY et H. BUISSON.
SERIN VI. TOME Y. AYRM. 1921 ~.
1. Introduction. - Dans une longue série de recherches sur le rayonnement ultra-vio-
let du Soleil et l’absorption qu’il subit dans l’atmosphère, nous avons eu l’occasion
d’employer la plaque photographique comme instrument enregistreur des intensités. Cela
nous a donné l’occasion d’étudier les lois du noircissement des plaques photographiques et
de rencontrer, à ce sujet, quelques résultats nouveaux. Les résultats ainsi obtenus, bien que datant d’une dizaine d’années, n’ont été publiés que très sommairement; nous nous propo- sons, dans cette note, de les faire connaître d’une manière plus complète.
Nous rappellerons d’abord très brièvement les lois du noircissement photographique,
très connues dans les pays de langue anglaise mais, semble-t-il, généralement ignorées des physiciens français (_).
II. Lois du noircissement photographique. - Le noircissement de la plaque finie (exposé, développée, fixée et séchée) est mesuré en faisant tomber sur elle un faisceau (de préférence monochromatique) d’intensité 1 et mesurant l’intensité T du faisceau transmis.
La densité de la plaque est définie par (1)
,La courbe caractéristique ou courbe de noircissement de la plaque se trace de la manière suivante (Hurter et Driffield). On soumet les diverses parties de la plaque à des éclairements
divers, et l’on mesure les densités obtenues. Soit D la densité correspondant à l’éclairement E.
On prend pour abscisses les valeurs de log F et comme ordonnées les valeurs de D. On obtient
une courbe§telle que la courbe A (figure 1). Elle se compose d’une longue partie sensiblement (~) Résumé d’une communication faite à la Société française de Physique dans la séance du 6 juillet 1913.
Il (~) Voir, à ce sujet, un article plus complet : H. Bmssorr et CH. FABRY. ,Les lois du noircissement des plaques photographiques, Opt. t. 3 (1924), p. 1.
(3) Dans cette formule et dans toutes les suivantes, les logarithmes sont pris dans le système de base 10.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:019240050409700
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rectiligne, se l’accordant avec deux parties courbes. La portion rectiligne est appelée régions norl1lale; la partie inférieure est celle de sous-exposition et la partie supérieure- région de sur-exposition.
1
Si, après avoir exposé la plaque dans des conditions identiques, on la soumet à un déve-
loppement de plus longue durée, on obtient une nouvelle courbe 13 (figure 1) toute entière
au-dessus de la première, avec une partie rectiligne plus inclinée; les deux parties rectilignes.
’
se coupent, à peu près, sur l’axe des abscisses. Si le développement est indéfiniment prolongé,
l’inclinaison de la partie rectiligne tend vers une limite.
Dans la région d’exposition normale, la courbe caractériqiidue a pour équation
Y et E. étant deux constantes. Le facteur ,,, coefficient angulaire de la droite (indépen-
dant de toute unité) dépend du. développement, et caractérise le contraste de la plaque; on l’appelle (acteur de déveLojJ}Jenzent ou de contraste. On dit que l’on a le
ïioriiial lorsque ;r 1,- par un développement prolongé, on peut obtenir pour ’Y des valeurs
supérieures à 2, et même à 3 pour certaines plaques.
111. Influence de la longueur d’onde de la radiation agissante sur la courbe de noircissement. - La courbe de noircissement reste-t-elle la même lorsque l’on fait agir
sur la plaque successivement diverses radiations monochromatiques ? Cette question si simple
se présente d’elle-même lorsque l’on fait de la spectrophotométrie par photographie ; il est
curieux qu’elle n’ait pas été résolue depuis longtemps. Certains observateurs sont arrivés à . cette conclusion que la forme de la courbe est indépendante de la nature de la radiation agis-
sante et, en particulier, que la valeur du coefficient est la même pour des portions
d’une même plaque exposée à diverses radiations. D’autres ont trouvé qu’il existe de légère
différences entre les valeurs de ce coefficient.
Ces résultats négatifs ou incertains sont simplement dus à ce fait que l’on a opéré sur un
intervalle insuffisant de longueurs d’onde et, en particulier, à ce que les mesures n’ont pas été
poussées assez loin dans Fultra-violet. Dans une longue série de recherches exigeant
des mesures photométriques dans l’ultra-violet, nous avons été conduits à tracer les courbes de noircissement d’un grand nombre de clichés de spectres s’étendant sur la région visible et l’ultra-violet; dans ces conditions, ce ne sont pas des variations douteuses ou petites qui se manifestent, mais des variations sur la forme de la courbe et, en particulier, sur la pente de la partie rectiligne. Lorsque l’on passe des radiations bleues ou violettes (par exemple, ), == 4 300 Á) aux radiations ultra-violettes de courte longueur d’onde (par exemple,,
)1 == 2 ~00 ~), le coefficient y décroit jusqu’au-dessous de la moitié de sa valeur initiale. Pour les radiations visibles,. la valeur lnaximum de y (pour ~un développement prolongé) peut
atteindre 2,5 ou 3; ce maximum ne dépasse pas 1 lorsque la radiation agissante est de très
courte longueur d’onde..
Pour faire de telles déterminations il faudra, bien entendu, se servir d’un spectrographe
à prismes et lentilles de quartz, et d’une source de lumière aussi constante que possible et
riche en rayons ultra-violets, comme une lampe au mercure à enveloppe de quartz. On don-
nera à la fente une largeur assez grande pour que les densités soient bien mesurables sur les
images de diverses raies. S’il s’agit de tracer la courbe de la densité en fonction du temps de
pose, on fera, sur la même plaque, une série de poses croissantes. Pour avoir la courbe en fonction de l’éclairement, on laissera la pose constante et on fera varier les intensités, par
exemple au moyen de diaphragmes ou d’un système de deux polariseurs (1).
Les mesures ainsi faites conduisent aux résultats suivants.
Soit une plaque ordinaire (non orthochromatique). Les radiations visibles qui iInpres-
(l Les « prismes de Nicol » de la forme habituelle ne peuvent être utilises dans ces expériences, a de la couche de baume de Canada qu’ils contiennent. couche qui absorbe toutes les radiation
au-dessous de 3 500 À environ. On doit employer des appareils à couche d’air, comme les pri-’mes dl’ l’ou-
cault, ou mieux, à faces normales. Ceux qui ont été utilisés dans les expériences, indiquées ci-dessous sont
des prismes de Glan, taillés par la Maison Jobin.
sionnent la;,plaque (radiations bleues ou violettes) donnent des courbes de noircissement
sensiblementiindentiques entre elles; en particulier, le coefficient 1 est pratiquement indé- pendant de’la longueur d’onde. Lorsqu’on arrive à l’ultra-violet, les courbes commencent à
se déformer ;~le coefficient gamma décroît, d’abord faiblement, puis de plus en plus vite à
mesure que ,l’on avance vers les petites longueurs d’onde. La décroissance est déjà très marquée vers ~, = 3 500 A et, vers X .- 3 000 11, le facteur gamma a décru d’environ la moitié de la ~valeur ~qu’il avait pour les radiations visibles. A partir de cette région, la décroissance:continue, mais plus lente.
Les choses"se’passent ainsi pour toutes les plaques que nous avons eu l’occasion ci’Pxa- miner. aussi bien pour les plaques rapides ordinaires que pour les plaques lentes. Nous don-
nerons comme exemple les résultats obtenus pour les courbes en fonction de l’éclairement,
sur une plaque « ~lactate Guilleminot », qui a l’avantage de donner une très bonne partie rectiligne. /J
Fig.2.
Le tableaul, donne pour une plaque développée à fond, quelques valeurs obtenues pour
le coefficient gamma, qui sont représentées par la courbe (figure 2).
’
On voit que,"des’ radiations visibles à la région 2 500 Ã, la valeur de y diminue dans le
rapport de 3 à 1 .
-
Toutes les plaques essayées (rapides ou lentes, de diverses marques) ont donné des résul- tats analogues. Il suffit,~d’ailleurs, d’avoir quelque pratique de la spectroscopie de l’ultra-
violet pour avoir’été frappé-de ce fait que, dans la région des petites longueurs d’onde, les
100
clichés photographiques manquent de contraste. La plupart des expérimentateurs qui ont
étudié la question ont employé des spectrographes formés de pièces d’optique en verre, ne
permettant pas de dépasser, vers les petites longueurs d’onde, la valeur 3 700 À environ;
on conçoit alors que la variation de gamma ait pu passer presque inaperçue.
Comme conséquence de cette énorme variation du facteur de contraste, on voit que l’on
ne peut pas parler avec quelque précision de rapport d’intensités photographiques lorsqu’il s’agit de radiations dont l’une est dans le spectre visible et l’autre un peu loin dans l’ultra- violet. Si les deux radiations donnent des noircissements égaux dans certaines conditions,
ces noircissements deviendront complètement différents si, par exemple, on décuple les
deux intensités ou si on décuple les temps de pose. Au contraire, cette notion de « rapport
d’intensité photographique » conserve un sens bien défini dans l’étendue du spectre visible
et le commencement de l’ultra-violet. C’est, à très peu près, ce qui arrive dans les détermi- nations astronomiques, où l’opacité de l’atmosphère et des objectifs en verre réduit à peu de chose la région utilisée de l’ultra-violet; aussi peut-on, pour une espèce de plaques détermi- née, parler des intensités photographiques des astres avec une précision raisonnable.
IV. Essai d’explication. - Ces résultats montrent qu’il y a de grandes différences dans
la manière dont les diverses radiations agissent sur la plaque photographique. A quelle particularité de la plaque peut être lié ce rapide changement, dont la plus grande partie se produit entre les longueurs d’onde 4 000 et 3 000 ~2 011 peut penser à deux catégories d’expli-
cations. Les unes feraient intervenir directement les lois de l’action photochimique, qui
seraient variables avec la longueur d’onde de la radiation agissante; les autres feraient entrer
en ligne de compte les propriétés absorbantes de la couche sensible, absorption très variable
avec la longueur d’onde de la lumière agissante. On est incité à examiner cette dernière hypothèse par le fait suivant : les radiations qui donnen de petites valeurs de y sont celles
qui sont fortement absorbées par la couche sensible. On peut le voir en faisant des
à la manière des botanistes,- dans la couche développée et séparée de son support de verre, et examinant ces coupes au microscope. Si la plaque a été impressionnée par des radiations ultra-violettes de faible longueur d’onde, on constate que l’émulsion n’a été noircie que super-
ficiellemeiil, tandis que si la radiation agissante appartient au spectre visible, le noircisse-
, Fig. 3.
ment a lieu dans toute l’épaisseur. La figure 3 donne les photographies des coupes de deux
plages photographiques de densité à peu près égales, l’une obtenue avec la radiation visible 5 460 À ; l’autre, avec la radiation ultra-violette 2 536 À. La lumière, dans les deux cas, a agi
sur la face supérieure de l’émulsion et l’on voil qu’elle a agi de manière très différente
dans l’épaisseur de la couche.
-101 Le calcul suivant montre quelle peut être l’influence de cette absorption de la lumière
agissante dans l’épaisseur de la couche sensible sur la l.oi de noircissement.
Sur la couche sensible, on fait tomber un faisceau monochromatique d’intensité 1., La surface de la plaque est soumise à l’action de ce faisceau, mais les couches suivantes sont soumises à des intensités de plus en plus faibles à mesure que l’on s’enfonce en profondeur.
A la distance x de la surface, l’intensité sera réduite à la valeur 1
La constante ~~a caractérise l’absorption de l’émulsion pour la radiation agissante : elle représente la densité de la couche sensible sous l’épaisseur -l, pour cette espèce particulière
de radiation.
Après développement, les diverses couches sont inégalement noircies, et d’autant plus
que la couche a reçu une intensité plus forte ; la couche dx prend ainsi une densité dD;
fonction croissante de i, et l’on peut écrire
Sans rien préjuger sur la fonction f (i), on peut admettre qu’elle est représentée par un.
courbe ayant la forme représentée sur la figure 4; elle présente une asymptote, correspon-
Fig.4.
dant à l’état où tous les grains de bromure d’argent sont réduits. L’ordonnée de cette asymp- tote est le coefficient d’absorption de la couche complètement réduite (densité ;de l’épais-
. seur 1) pour les radiations visibles qui servent à faire les mesures ordinaires de densitésa
Soit nt’ ce coefficient.
d7) qui caractérise l’état de la plaque à la profondeur x, est alors donné par l’équa-
dx p q
tion (2) dans laquelle i est lui-même une fonction de x donnée par l’équation (1). Cela permet
l’lg. ~J..
,’
de tracer la courbe qui’représente la valeur de A = d D en fonction de.’1J; pour chaque valeur
dx
de l’éclairement incident I, on obtient une nouvelle courbe. Il est facile de voir que l’on .
obtient la série de courbes représentée en figure 5, où les courbes 1, ~, 3, etc, correspondent à
102
des valeurs de 1 de plus en plus grandes. A partir de la courbe 4, la saturation est obtenue
sur la couche superficielle; à partir de ce moment les courbes suivantes 5, 6, 7 conservent
identiquement la même forme, simplement déplacées vers la droite de quantités de plus en plus grandes. En effet, à la profondeur x, on a
Si l’intensité incidente prend une valeur I’ supérieure à I, on aura
en posant t
Les deux courbes correspondant à I et I’ diffèrent donc seulement par une translation
égale à a.
Les courbes 1,.2, 3, correspondant à des intensités trop faibles pour que la surface soit saturée, appartiennent à la sous-exposition. A partir du moment où cette saturation
est obtenue, on est dans la région d’exposition normale, qui dure jusqu’à ce que l’impres-
sion commence à se faire sentir à l’autre face de l’émulsion ; on tombe alors sur la sur-
exposition (courbes 7 et 8). ~
Dans la région d’exposition normale, on peut trouver la loi de noircissement sans rien connaître sur la fonction f (i). La densité est, en .effet, donnée par
en désignant par cc l’épaisseur de la plaque. Introduisons, au lieu de la variable x, la variable i, définie par l’équation (1), ou
Quant aux limites d’intégration, elles deviennent I pour la face antérieure et zéro pour la face postérieure, puisque cette face n’a encore reçu aucune impression. On a donc :
expression bien simplifiée, car la variable I n’entre plus sous le signe d’intégration, mais
seulement comm.e limite d’intégration.
Pour toutes les valeurs de ? supérieures à une certaine limite l’, la fonctioo % (1) peut
être considérée comme égale à sa valeur limite m’. On décomposera l’intégrale en deux, en
la prenant égale à , -- J
.La première est une constante (indépendante de I). La
seconde s’écrit
Finalement, l’expression de D devisent
103 On retrouve la loi de Hurler et Driffiehl, qui peut être considérée comme la loi de pro-
gression de la région impressionnée à travers la couche sensible. De plus, on a la valeur du facteur gamma :
m’ est la densité de la couche complètement développée pour les radiations visibles qui
servent à faire la mesure, et j/t est la densité de la couche sensible neuve pour la radiation
agissante ; ces deux densités peuvent être rapportées à une même épaisseur quelconque puisque toutes deux croissent proportionnellement Ù cette épaisseur.
Lorsque l’on fait agir successivement diverses radiations, ni’ ne change pas, mais »i devient de plus en plus grand à mesure que l’on avance dans l’ultraviolet ; ,, doit donc
nir de plus en plus petit, et c’est bien ce qu’indique l’expérience. Dans l’extrême ultraviolet, devient voisin de 1, ce qui indique que la plaque neuve présente,. pour ces radiations, à peu près la même absorption que la plaque complètement noircie pour les radiations visibles.
V. Quelques propriétés particulières de la couche développée. - La plaque photographique développée et fixée peut être employée à peu près comme une lame de verre ,absorbant, pour affaiblir un faisceau lumineux. Cet affaiblissement a lieu dans un rapport
connu si la densité de la plaque a été mesurée. Ce procédé de graduation de la lumière a
été souvent employé en photométrie. Il ne faut pas oublier que la lame agit aussi coiiime milieu trouble, et donne un peu de lumière diffusée. A ce point de vue, un verre absorbant
donne des phénomènes plus simples ; par contre, la plaque développée est très facile à
obtenir ; on peut, avec quelques tâtonnements, lui donner la densité que l’on veut ; enfin,
,
