Sondage de l'atmosphère par rayon lumineux II

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Sondage de l’atmosphère par rayon lumineux II

Jean Duclaux

To cite this version:

SONDAGE DE

L’ATMOSPHÈRE

PAR RAYON LUMINEUX II

Par M. JEAN DUCLAUX.

Sommaire. - L’auteur a _{précédemment proposé} un procédé de sondage de l’atmosphère, basé sur

l’observation latérale d’un faisceau lumineux _parallèle. Il s’est attaché à la réalisation de cette méthode par des moyens très _simples. La lampe à vapeur de mercure à haute _{pression, placée} au _foyer d’un miroir

parabolique, réalise les conditions nécessaires pour les premières applications. Dans la lumière diffusée,

les radiations les _plus actives sur la plaque photographique sont, dans les conditions normales d’emploi,

celles des raies 3 665, 4 060 et 4 360 ; les raies verte et jaune n’ont qu’une action très faible. L’efficacité de la méthode est liée surtout à la divergence du _{faisceau, qui} doit être rédui e à quelques millièmes.

1. - Dans

_{un précédent}

Mémoire

_{(1) j’ai}

_proposé

un

moyen de

sondage

de

l’atmosphère,

consistant à la faire

traverser par un faisceau lumineux

_parallèle,

et à

enre-gistrer photographiquement

la

_trajectoire

du

faisceau,

ou à faire l’étude

_{spectrographique}

de la lumière

dif-fusée par

l’atmosphère

(ou

par les

nuages)

sur le

_trajet

du faisceau.

Je me suis attaché à déterminer les conditions dans

lesquelles

cette méthode est _{utilisable par les moyens}

les

_plus

_simples,

de manière

_qu’elle

_puisse

devenir d’un

_emploi

_{courant pour l’étude de}

_{l’atmosphère.}

Les éléments sur

_lesquels

on

_{peut agir}

sont d’une

_part

la

source de

lumière,

d’autre

_part

le

_{systèma optique}

ou

projecteur

destiné à former un faisceau

approximative-ment

_parallèle.

2. Nature de la lumière. - La brillance du

fais-ceau doit être assez

_grande,

_{pour que} son

_image

photo-graphique-se

forme dans un

_temps

_acceptable.

J’admets

qu’une

durée de 1 h est très

convenable,

une durée de 2 h encore

_acceptable,

mais non une durée

_plus

longue.

Les observations doivent de

_plus

être

_possibles

tous les

_jours,

sans être troublées par la lumière de la

Lune,

et si

_grande

que soit la

transparence

de

l’atmos-phère.

La

_lampe

à arc à charbons est la source la

_plus

bril-lante. Mais avec les

_{lampes ordinaires,}

le manque de fixité du cratère

_oblige

à une surveillance constante.

Cet inconvénienl, est

évité,

en même

_temps

_que l’éclat est très

_augmenté,

_par

_l’emploi

des

_lampes

_spéciales

à

grande

intensité. Mais les

_lampes

de ce

_type

ne

_peuvent

pas être d’un

emploi

courant.

3.

_Emploi

de la

_lampe

à vapeur de mercure.

-La

_lampe

_Philips

« _{Philora » à vapeur de} mercure

dans un tube de silice fonctionne

directement,

à haute

pression,

sur le courant alternatif 110 V. La

_région

lumineuse,

parfaitement

fixe,

est un

_cylindre

d’environ

2 mm de diamètre et 20 mm de

_longueur.

Elle émet

avec une très

_grande

intensité visuelle les raies

_jaunes

et verte : i les raies

_indigo,

violette et _{le groupe}

36~0

ont une très forte intensité

_{photographique. D’après}

les

données du

_fabricant,

la raie 2536 serait

_comparai-.

vement

_plus

_faible;

_cependant,

_lorsque

la

_lampe

est

dégarnie

de son

_{enveloppe protectrice}

en _verre, il est

dangereux

de

_s’exposer

à son

_rayonnement,

même indirect.

En raison de la forme de la

_région

lumineuse,

le

fais-ceau formé par la

_lampe

à la sortie du

_projecteur

est

plat,

et

_beaucoup

_plus

_divergent

dans un sens _{que dans}

le sens

_{perpendiculaire.}

Cette

_divergence

_{n’a pas} d’in-convénient grave si la

lampe

est orientée de manière telle que le faisceau soit

toujours

vu sous sa

_plus

grande épaisseur.

Dans mes

_essais,

cette

_lampe

a

_toujours

été

_placée

au

foyer

d’un miroir

_{parabolique, argenté}

sur sa face

avant, de 15 cm de

foyer

et 30 cm de diamètre.

_D’après

le

constructeur,

la

_divergcnce

_provenant

des aberra-tions de taille du miroir ne

_dépasse

_pas

_0,3

_{pour 100} et

est par suite

négligeable

vis-à-vis de la

_divergence

pro-venant du diamètre de la tache lumineuse

_(environ

1,3

pour

10,».

.

4. Durée de pose. - Le faisceau ainsi formé

con-tient toutes _{les radiations émises par la}

_lampe,

exacte-ment

_{superposées puisque}

l’achromatisme est

_parfait.

Il n’est pas assez lumineux pour l’observation visuelle

bien

_qu’il

soit

_{généralement}

visible à la

_jumelle

(quel-quefois

à l’oeil

_{nu) jusqu’à}

une distance de 3 km. Il est

par contre facilement

_{photographiable,}

_par tous les

temps,

même avec des

_objectifs

d’ouverture moyenne.

L’exemple

suivant montre ce

_qu’on

_peut

obtenir : 10

_septembre

i937. Air très _{pur, horizon} visible

_jusqu’à

80 km. Trois

appareils photographiques

ont été

_employés

simultanément : ils étaient

placés

à 3 000 m du

_projecteur.

A _{Fo~ er} 140 mm ouverture

FJ4, 5 Pla lue

Lumichrome

Pose 45 min.

B

_Foyer

500 mm ouverture

F /1-, ts Plaque

Liiinichroine

Pose 55 itiiii.

C

_Foyer

90 mm ouverture

_{F,’1,5 Plaque}

Lumichroine Pose 45 tnin.

Le faisceau est visible sur une

_longueur

de 6u0m

_(B)

260

1 300 m

_(A)

9 600 m

_(C).

Sur le cliché _A,

_l’image

du fais-ceau a, au

_point

de _{départ 0,05} mm de _large et sa densité

optique dépasse

celle du fond de 0,06.

Des résultats

_analogues

ont été obtenus à diverses dates. Avec un air un _peu

_plus

brumeux

_l’appareil

C a

donné,

en 25

_min,

une

_image

du faisceau sur une hau-teur de cl 800 m.

5. Effet de la

_{divergence. -}

A courte

distance,

les densités obtenues sur les clichés sont

_beaucoup

plus

fortes;

par

exemple

à 100 m

l’appareil

C donne très facilement des densités de

0,6

sur les mêmes

pla-ques en 15

min,

de telle sorte _{que s’il}

_s’agissait

simple-ment d’étudier à courte distance les coefficients de dif-fusion de

_l’air,

on

_pourrait

se borner à des durées de

pose de

quelques

minutes. Les causes essentielles de la diminution de densité des

_{images prises}

à

_grande

dis-tance sont :

1° La décroissance du diamètre

_apparent

du

fais-ceau ;

2° La

_{divergence ;}

30

_{L’absorption atmosphérique;}

Il La décroissance du diamètre

_apparent,

et _par

suite de la

_largeur

de

_l’image,

_{n’intervient que pour les}

parties

du faisceau

_qui

sont

_proches

du

_projecteur.

Au

départ,

le faisceau a une

_largeur

de

30 cm;

s’il est à

3 UOO m de

_l’appareil

_{photographique,}

son

_image

au

foyer

d’un

_objectif

de 14 cm de distance focale a une

largeur

de

0,014

mm, au-dessous du

pouvoir

définis-sant de la

_plaque

et aussi

_probablement

des aberra-tions de

_{l’objectif.}

La lumière

_qui

forme cette

_image

est

ainsi

_étalée,

sur le

cliché,

sur une

_{largueur 3}

ou 4 fois

plus grande,

ce

_qui

_peut

diminuer la densité de

0,6.

~° La

_divergence

intervient d’autant

_{plus qu’on}

s’éloigne davantage

de la source, aussitôt que la

lar-geur de

l’image

géométrique

atteint

0,05-0,1

mm. Il

est désirable que cette

largeur

ne

_dépasse

_pas

_0,1

t à

0,2

mm ; pour cela la

divergence

doit être réduite. Une réduction à

_0,2

_{pour 100 est facilement}

_réalisable;

il

sera

_plus

difficile de descendre à

0,1

pour 100. C’est

surtout dans la réduction de la

_divergence

_{que les}

pro-grès

sont essentiels.

3°

_{L’absorption atmosphérique}

commence à

inter-venir pour des distances de

quelques

kilomètres,

mais pour les rayons de courte

longueur

d’onde seulement. Pour la

_{raie 2 à36,}

même en l’absence de toute

absorp-tion

_spécifique,

une

_épaisseur

d’air de 4 km

réduit

l’intensité dans le

_rapport

de 3 à 1. Dans une

atmos-phère

moyennes, la même réduction se

_produit

_{pour les} autres

_longueurs

d’onde

Après

20 kilomètres environ pour 3660 l

- 35 2013 - 4356 À.

Cet affaiblissement _{n’est donc pas}

_préoccupant

_pour

les distances moyennes. Il est vrai

_qu’il

est

_beaucoup

plus

fort si l’air est

_brumeux;

mais alors l’intensité de la lumière diffusée est

_{beaucoup plus}

forte

aussi,

et on _{regagne ainsi} une

_{grande partie}

de ce

_{qu’on perd}

d’autre

_part.

6.

_Analyse

de la lumière diffusée. - S’il est

possible

de parer aux deux

_premières

causes

d’affai-blissement de

_l’image,

en diminuant la

_divergence

et

augmentant

le

_foyer

de

_{l’appareil photographique,}

on ne

_peut

_par contre rien faire contre

_{l’absorption}

atmosphèrique.

Nous venons de voir que cette

absorp-tion _{n’est réellement forte que pour les rayons les}

_plus

réfrangibles, qui

sont _{peu abondants dans la lumière}

de la

_lampe.

Mais ils sont d’autre

_{part beaucoup plus}

concentrés dans la lumière _{diffusée que dans la lumière} du

_{faisceau, puisque}

la diffusion suit en _gros une loi

en ).-4. Aussi est-il

_important

de faire

_l’analyse

de la lumière diffusée pour voir

quelle

est

_{l’importance}

rela-tive des _{divers rayons}

_qui

la

_composent.

J’ai

_employé

pour cela trois méthodes.

il Pourvoir si

_{l’argenture}

du miroir

_parabolique

sur

la face avant est

_nécessaire,

_j’ai

intercalé sur le

_trajet

du faisceau une lame de verre blanc de 1 cm

d’épais-seur, à peu

près équivalente

au verre du

miroir,

et

d’un

_point

latéral ~’

_{j’ai photographié,}

avec un

_objectif

de

_quartz,

le faisceau

_après

et avant la lame de verre.

Avec la

_lampe

Philora les densités

_optiques

des

images

ont été dans deux

_{expériences :}

Avant la lame de verre...

0,83

0,89

Après

-

...

(l , ~ 2

0,68

Une autre

_expérience

avec la

_lampe

à arc à charbons

a donné :

Fig. 1. - Densités du

spectrogramme donné par la lumière dif-fusée du faisceau. La _{ligne pointillée correspond} à la plaque

non _{impressionnée (panchro).}

Dans les deux cas la diminution de densité est

appréciable,

comme il fallait

_s’y

_attendre,

mais non

prohibitive.

Ainsi

_{l’argenture}

sur la face avant est

inutile et ses

_avantages

ne

_compensent

pas ses

graves inconvénients

(altérabilité,

pouvoir

réflecteur

moindre).

dis-261 tance

₍₁₀

m du

_projecteur)

est

_analysée

directement

au

spectrographe.

L’étude du cliché au

microphoto-mètre donne la courbe de la

_figure

1 et

_permet

les

con-clusions suivantes :

a)

Le fond continu s’étend de 6 IDO à 3 250 À et son

intensité

_paraît

_comparable

à celle des raies. Mais il est

_{probable qu’en}

réalité il est

_beaucoup

_plus

_faible,

et _{que le noircissement} du cliché au

_voisinage

des raies est surtout dû à des effets d’irradiation.

b)

Les raies

_jaune

et verte entrent dans le noircisse-ment du cliché pour une

_{part pratiquement}

très

faible,

même _pour une

_{plaque orthochromatique}

(Lumi-chrome).

Une estimation

_grossière

_{donne pour la}

_part

de

_chaque

raie dans le noircissement total

3° Ces résultats

_suggèrent

la

_possibilité

de

photogra-phier

le

faisceau,

au moins à d’assez courtes

_distances,

au travers de filtres ne laissant passer

_qu’une

bande

du

_spectre.

J’ai étudié de cette manière trois filtres : Filtre -

D’après

le constructeur

(Vratten)

la

_transparence

_{pour la} raire 4358 est seule-ment 7 pour 10().

_{Cependant j’ai}

obtenu,

à courte

dis-tance

_{(10 m)}

sur

_plaque

_Fulgur,

avec un

_objectif

d’ouverture

_F/f,5

une

_image

du faisceau de densité

0,67

avec une durée de pose de 90 min

Le même faisceau a été

_{photographié}

avec le même

appareil,

dans _{deux poses consécutives}

_(donc

avec la même

_atmosphère)

l’une avec

_filtre

ultraviolet de

Wood,

l’autre avec filtre vert

_(no

62 de

_"Tratten).

La

transparence

du _{filtre de Wood n’est pas connue;} celle

du filtre vert est 8 pour 100 pour la raie verte. Les densités des

_images

sur

_plaque

Lumichrome sont :

Cet

essai,

soit par

lui-même,

soit par

comparaison

avec le

_précédent,

montre le peu

d’importançe

de la raie verte, _{bien que} ce soit surtout elle

_qui

rende le faisceau visible à _{Il suit de là que}

_l’emploi

des

plaques

orthochromatiques,

loin d’être nécessaire

comme on

_pourrait

le

_croire,

est

_{contre-indiqué,}

du moins pour la

lampe

Philora;

car ces

_plaques

sont

beaucoup plus

sensibles que les autres à la lumière diffuse du ciel

nocturne,

et

_l’image

du faisceau se

forme sur un fond continu

_{beaucoup plus}

intense.

L’idéal serait de

_prendre

un filtre

transparent

uni-quement

de 3 600 à 4 400.

_D’après

la notice des filtres

Wratten,

un filtre de rose

_bengale

ou de violet de

méthyle

pourrait

donner des résultats

_{satisfaisants,}

sur

_plaque

ordinaire.

7. Choix de

_{l’objectif.}

- Les meilleurs résultats

ont été obtenus avec un

_objectif

d’ouverture

Une mesure

approximative

a montré

_qu’il

était environ 6 fois

_{plus rapide}

_que

_l’objectif

_1i’/4,5.

Le chiffre

théo-rique

est

_9;

mais on _{sait que les}

_objectifs

très ouverts

absorbent

beaucoup

plus

que les autres.

Une

extrême luminosité ne

_{semble’ pas}

_nécessaire,

d’autant

_{plus qu’elle}

renforce simultanément

_l’image

du faisceau et celle du ciel. D’autre

_part,

on

_peut

se

contenter d’un achromatisme

_approché,

_puisque

les

longueurs

d’oude actives sont seulement

comprises

entre 3 6~0 et 4 350. A défaut d’un

_objectif

spéciale-ment

_calculé,

_{il semble que le meilleur des}

_objectifs

usuels serait l’ancien

_objectif

à

_portraits

ouvert à