HAL Id: jpa-00238275
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Submitted on 1 Jan 1884
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Sur la couleur de l’eau
J.-L. Soret
To cite this version:
J.-L. Soret. Sur la couleur de l’eau. J. Phys. Theor. Appl., 1884, 3 (1), pp.427-442.
�10.1051/jphystap:018840030042701�. �jpa-00238275�
être confirmée, elle aurait certainement donné un
grand poids
ànos observations, et pour mon compte
j’en
auraiséprouvé
unevive satisfaction. Malheureusement
l’atmosphère d’oxygène qu’il
faudrait
aujourd’hui
attribuer à la Lune pourproduire
les effetsobserves semble peu conciliable avec le défaut de réfraction des rayons lumineux
qui
l’asent les bords de notre satellite. Je crains bien que les résultats obtenus enÉgypte
ne soient une de cesillusions dont presque tous les
spectroscopistes
ont étéplus
oumoins les victimes.
Maintenant il
irriporterait
de savoir si l’azote et l’acide carbo-nique
de l’air ne sontreprésentes
par aucune raie ou aucun groupe dans le spectre solaire. L’étude queje poursuis
en ce moment,d’après
la méthode décrite ci-dessus, ne manquera pas,j’espère,
de donner sur ce
point important
des indicationsprécises. Jusqu’à
ce
jour,
en dehors des groupes del’oxygène, je
n’ai découvertaucune raie pouvant être sûrement attribuée aux éléments constants de
l’atmosphère.
Il convient donc d’attendre le résultat de lnesrecherches pour donner suite au
hrojet adopté
par M. Bischoffslieim d’établir au mont Gros un tubemétallique
delongueur
considé- rable, danslequel
onpourrait
étudier sur unegrande
échelle les spectresd’absorption
des gaz.SUR LA COULEUR DE L’EAU;
PAR M. J.-L. SORET (1).
L’opinion
desphysiciens
sur les causes de la couleur de l’eaun’est pas encore unaniinement fixée,
malgré
legrand
nombre detravaux
qui
ont étépubliés
sur cesujet.
Je croiscependant
que laquestion
est maintenant bien élucidée et que, sauf dans certainsdétails, le
problème
peut être considéré comme résolu; tout au moins laplupart
des savantsqui
s’en sontoccupés
dans ces der-(1) Le présent article reproduit en partie une publication précédente sur le
même sujet, mais rédigée à un point de vue différent. (Voyez Anclaïves cles Sciences
physiques et natut-elles, t. XI, p, 276; 1884.)
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:018840030042701
niércs années se sont-ils arrêtés à peu
près
à la mêmeexplication,
dont
l’exposé
succinct aura, pensons-nous,quelque
intérêt pour les lecteurs du Journal dePhysique.
L’eau, sensiblement incolore
lorsqu’elle
estprise
sous unpetit
volume,présente
une coloration bienmarquée lorsqu’elle
est engrande
masse. Si elle se trouve au maximum depureté qu’elle puisse
atteindre dans la nature, la teinte est franchement bleue ;c’est là le cas que nous considérons comme normal, celui
qu’il
fautexpliquer
enpremière ligne, quitte
à examinerplus
tardquelles
sont les causes
qui
font souvent passer cette couleur du bleu au vert ou à d’autres nuances.On peut admettre que la cause la
plus
ordinaire et laplus
géné-rale de la couleur propre des corps réside dans
l’absorption qu’ils
exercent sur la lumière
qui
les éclaire : ils sont de la couleur des rayonsqu’ils
laissent passer, ou, en d’autres teumes, de la couleurcomplémen taire
des rayons absorbés(1). L’absorption
consti tueen effet l’un des facteurs
principaux
de la coloration de l’eau,qui
( ) En ce qui concerne les milieux transparents et homogène, tout le monde
est d’accord sur ce point : une solution de sulfate de cuivre est bleue, parce qu’elle
absorbe les rayons rouges, orangés, jaunes, en laissant passer les rayons verts, bleus, violets; un rubis est rouge, parce que les rayons les moins réfrangibles du spectre sont transmis, tous les autres étant interceptés. Quant aux corps non ho-
mogènes, cette interprétation de la couleur propre est peut-être moins générale-
ment adoptét, niais elle n’en est pas moins exacte; par exemple, une étoffe ou un papier teint a la même couleur par transmission et par réflexion les fibres blanches formant le corps du tissu sont recouvertes comme d’un vernis par la matière colorante au travers de laquelle passent les rayons qui arrivent à l’0153il soit par transmission plus ou moins directe, soit après réflexion intérieure sur
les fibres du tissu.
Si j’insiste sur ce sujet, c’est qu’il faut reconnaître que la plupart des Traités
élémentaires de Physique, tout en abandonnant l’ancienne théorie newtonienne de la couleur propre des corps, ne l’ont pas suffisamment remplacée : quelques-uns parlent à peine de ce phénomène, malgré son importance; d’autres se bornent à
dire que les corps diffusent inégalement les différents rayons, ce qui est l’expres-
sion d’un fait, mais non une explication. Cependant, il y a des exceptions, parmi lesquelles je citerai le Cours de Physique de Verdet ( t. II, p. 268), la Physique
rnédicale cle Wundt ( traduction de lBIonoyer, 2e édition, p. 398), ainsi que les
Ouvrages spéciaux de Dove ( Dczrstellung der Farbenlehre), de Rood (Théoriescien- iifique des couleurs). J’ai moi-mème donné quelques développements à celte in- terprétation en faisant entrer en ligne de compte les phénomènes de polarisation accompagnant la diffusion de la lumière [Sur la polarisation par diffusioit de
la hunière (ArchÙ;es des Sciences physiques et naturelles) t. L, p. 252; 1874 )].
sous une
épaisseur
un peu considérable,intercepte
les rayons les moinsréfrangibles
du spectre.Mais, en outre, un second facteur d’une
grande importance
ré-side dans l’action des
particules hétérogènes,
très ténues,que l’eau
même la
plus
pure tienttoujours
ensuspension.
Cescorpuscules jouent
un double rôle : enpremier
lieu, ils diffusent et ren-voient la lumière
qui
les atteinte en second lieu, ils exercen t uneiWuence sur la coloration, car on sait
qu’un
milieulégèrement
trouble ou
opalescent
laisse passerplus
facilement les radiations les moinsréfrangibles,
tandisqu’il
réfléchitplus
fortement lesrayons de courtes
longueurs
d’onde.C’est à ces deux causes réunies
qu’avec
M.Tyndall (1),
M.
Ricco (2),
81. J. Leconte(3)
etd’autres, j’attribue
la colorationbleue de l’eau.
Nous allons examiner de
plus près
le rôle de ces facteurs en di-visant le
sujet
en deuxparties : 1° l’exposé
despropriétés phy- siques
de l’eau, tellesqu’on
peut les étudier dans desexpériences
de laboratoire; 2°
l’application
aux apparences que l’on observe dans la nature.I. Coloration de l’eau par transn1ission. - Prenons d’abord
un
long
tube fermé à ses deux bouts par deux lames de verre, etremplissons-le
d’eau que nous supposeronschimiquement
pure et absolumentprivée
departicules
ensuspension.
Faisons passer un faisceau de lumières blanche au travers de ce tube : nous pourrons étudier la coloration propre de l’eau en examinant la teinte de la lumière transmise.L’expérience
a été réalisée par M. Bunsen(4), qui
s’est servi d’un tube de verrenoirci,
de 2m delongueur
envi-ron ; il a reconnu, soit en
regardant
unobjet
blanc au travers dela colonne
liquide,
soit en faisant tomber la lumière transmise sur(’ ) Sur la couleur du lac de Genère et de la mer llTécliterralzée (Nature,
20 octobre iR7o. Ai-chives des Sc. phys. et nat., t. XXXIX, p. 346; 87o). On the
colour of water (Proceedings of the Royal Institution, t. VI, p. 189; 18-li).
(2) Studi spettrali sul colore delle acqlle (Memorie degli ,Spettrosc. italiani,
t. V, 18,6; t. VIII, 1879). Alciiiii fenolneni, etc. (Rivistà scientifico-indlls-
triale di Firenze, 1882).
(3) Physical studies on lake Tahoe (Ovei-laiicl Monthly, novembre et clé-
cembre 1883, janvier 1884).
(4) Ann. der Chenl. und Pharm, t. Lh.I I, p. 44.
un
objet
blanc, due l’eau est colorée en bleu par transmission.Cette
expérience
a été souventrépétée
et variée, entre autres par M.Tyndall (1),
M. lleelz(2),
1B1. Boas(3),
M. V.Meyer (4),
Ni. Ricco
(5), qui
ont tous obtenu une teinte bleue tiran tplus
oumoins sur le vert. Récemment )B1.
Spring ((j)
l’areprise
avec destubes d’une
longueur
de 5"’, recouvertes d’unegaine
noire, de ma-nière à
intercepter
toutéclairage
la téral, et en prenant degrandes précautions
pour arriver à avoir de l’eauparfaitement
pure et lim-’
pide;
laquantité
departicules
ensuspension
devait être en toutcas trop
petite
pour exercer une influenceappréciable.
Dans cesconditions,
la lumière transmise était d’un beau bleu.D’après
l’ensemble de ces travaux et de mes propres observa-tiols,
je
croispouvoir
admettre queplus
l’eau est exempte de cor-puscules hétérogènes, plus
sa couleur par transmission se rap-proche
du bleu franc(7).
Mais les eauxnaturelles)
même lesplus
hures, telles clue celles du lac de Genève, donnent encore une
teinte tirant Sllr le Bert.
Spectre d’absorption
(le l’eau. - Pour arriver à une notiunplus
exacte de cette coloration partransmission,
il convient derecourirau spectroscope. Plusieurs
physiciens
ont étudié le spectred’absorption
de l’eau et ont reconnu que, dans lapartie
visible,L’absorption
va en diminuant avec laréfran-ibilité,
de sorte que,sous une
épaisseur
suffisante, les rayons rouges et oranges sontéteints ou très afl’aiblis.
Cette diminution de
l’absorption
avec larcfrangibilité
n’est ce-pendant
pas continue. On remarque au moins une bande obscure dansl’orangé,
un peu moinsréfrangible
que D, et dont le centrecorrespond
à lalongueur
d’onde 600; c’est cequi
résulte des obser-( t ) Glaciers of tlae Alps, p. 254.
(2) Pogg. Ann., t. CXV, p. 137; Jlrchives, t. XIV, p. j8; 1861.
(3) Beiblcitter) t. V, p. 797; 1881.
(4) Anclaives, t. VIII, p. 257; 1882.
(5) Loc. cit.
(6) Bulletin de l’Acad. Royale de Belgique, t. Y, n° 1 ; 1883.
(7) Le mode d’éclairage influe notablement sur cette teinte; avec un écran blanc éclairé par la lumière diffuse du jour, la couleur est plus bleue qu’avec les rayons solaires directs.
vallons de M. Sch’inn
(1),
de MM. vV.-J.Russel et Lapraik (2),
etde celles que M. Sarasin et moi nous avoms
partiellement
pu- ])liées(3).
Cette bande commence à être nettement visiblequand l’épaisseur
d’eau atteint 2m.La
brusque
variation d’intensité lumineuse, coïncidant sensible-nienl avec la raie C, peut faire présumer Inexistence en ce
point
d’un autre maximum
d’absorption
moins prononcé(’’ ).
Dans les observations que nous avons faites, NI. Sarasin et moi,
nous avons trouvé que la limite du spectre, du côté le moins ré-
frangtbie,
serapproche
lentement del’oraugé
a mesure que l’onopère
sur desépaisseurs
deplus
enplus grandes;
il se manifeste,en outre, une
pénombre prononcée qui s’étend jusqu’à
la raie C.Avec un tube de 4m,
rempli
soit d’eau du lac de Genève, soitd’eau de la 8Iédilerianée, en
employant
la lumière solaire avec une fentelarge
et eninterposant
un verre de cobaltqui
facilite lavisibilité du rouge extrême, nous avons trouvé que la limite du spectre était très voisine de ct. Avec une
épaisseur
de 8m(eau
dulac),
dans les mêmesconditions,
la limite extréme, serapproche beaucoup
de B sans l’atteindre tout à fait. Lapénombre jusqu’à
Cest très fonte; au delà, on observe une
reprise
d’intensité suivie d’un espacebeaucoup plus
obscur, sans êtrecependant
tout à fait noir, etqui correspond
à la bande A= 600, dont nous avonsparlé.
Au
delà,
l’intensité lumineuse va en augmentant.Du côté le
plus réfrangible
du spectre,l’absorption
est faible;mais, comme nous le verrons
plus
bas, elledépend beaucoup
dela
limpidité.
Avec un tube de 4mrempli
d’eau de lac et fern1é par(’ ) poggendorif’s Annalen) ErgJnzungsband, VIII, p,6,0.
( 2) iYature) 19 août 1880.
(3) Cornptes rendus de l’Acad. des Sciences du o mars 1884. M. Ricco (loc.
cit.) a aussi aperçu ceute bande avec l’eau de mer, mais sans en affirmer la réalité.
(4) )1. H.-VV. Vogel, en examinant au spectroscope la lumière de la grotte de Ca pri,
a vu une bande d’absorption dans le vert etili-c E et a (Pl’aktische Spectralana- lyse, p. 253). M. Tacchini, en opérant sur la lumière émanant de la mer, a aussi observé cette bande, ainsi qu’un renforcement de la raie F (voyez le pren1Ïer Mé-
moire de l. Ricco, loc. cit.). Dans les diverses eaux que nous avons axaminées
(y compris l’eau de la Méditerranée sous une épaisseur de 4m), nous n’avons pas
distingué ces deux maxirna d’absorption. La discontinuité du spectre de l’eau
se manifeste très nettement dans l’infra-rougC) comme l’ont montré les recherches de M. II. Becquerel (Annales de Clzirz2ie et de Pliysiclue, t. XXX, p. 38; 1883)
des lames de quartz, on
distingue
sans difficulté tout le violet etl’ultra-violet
jusqu’au
delà deQ.
L’eau de mer, sous la mêmeépaisseur,
transmet les radiations aumoins jusqu’à
N[l’expérience
n’a pu être faite
complètement (1)].
Ajoutons due j usqu’ici
on n’aqu’un petit
nombre de détermi-nations des coefficients
d’absorption
de l’eau pour les diverses couleurs. 1B1.Boas(2 ),
en prenant comme unitél’épaisseur
deom,or,a obtenu les chiffres suivants :
Il est à
peine
nécessaire de remarquer que la couleur de l’eau par transmission ne peut pas conserver exactement le même ton,cluelle
que soit lalongueur
de la colonne traversée par la lumière,;en effet,
quand l’épaisscur
varie enprogressiomarithmétidue, l’ab- sorption
varie enprogression géométrique,
la raison dela
pro-gression
étant différente suivant laréfrangibllité
des rayons. Pour les faiblesépaisseurs,
non seulement la couleur sera moins satu-rée, mais encore elle s’écartera du bleu en se
rapprochant
du vert.Influence
des substances en dissolution clans l’eau. - Il estévident que, si l’eau n’est pas
chimiquement
pure, les substancesen solution peuvent influer sur la teinte de la lumière transmise.
En
particulier,
de nombreuses substancesorganiques
ont une cou-leur
jaune
ou brune, c’est-à-direqu.elles
absorbent les rayonsbleus ou violets; si elles se trouvent dans une eau en
proportion
sensible, elles doiventéloigner
du bleu la teinte de la lumière transmisepour la
ramener au vert, et même aujaune
ou au brun.Les sels en dissolution dans l’eau de mer sont sensiblement incolores et ne
paraissent
pas influer sur la teinte que l’on ob- tient.Je rappelle que, clans d’anciennes expériences [sur l’absorption des rayons ultra-violets (Arclzives, t. LXI, p. 337; 1878)], j’ai trouvé qu’au travers d’uneco-
lonne d’eau, soigneusement distillée,, de 1m, 16 de longueur, on peut distinguer la
raie 28 du cadmium (A= 206,1). Mais, pour les rayons plus réfrangibles encore, l’eau devient plus absorbante.
(2) Loc. cit. ,
Influence
desparticules
solides ej2suspension. -
Il est trèsdifficile d’obtenir ce que M.
Tyndall
aappelé
un milieuoptique-
nient vide, c’est-à-dire un milieu absolument
limpide
et exempt departicules liétérogènes.
On y arrive pour les gaz etquelques
corps cristallisés
présentant
naturellement cet état. Pour les li-quides,
on neparvient
pas à l’élimination absolue descorpuscules hétérogènes ; cependant
avec l’eau, tout aumoins,
on atteint àune pureté assez rapprochée
du videoptique
pour que l’onn’aitpas
à craindre une influence sensible sur la lumière transmise. Les meilleurs moyens d’arriver à ce résultat sont, en
premier
lieu, ladistillation avec destruction des matières
organiques
par le per- manganate de potasse, surtout si la distillation s’effectue, sansébullition,
parévaporation superficielle
dans des alambics enpla-
tine
(1 );
en second lieu, la fusions deglace
très pure : ceprocédé, qui
a étéindiqué
par 31.Tyndall,
estpeut-être
difficilementappli-
cable à la
préparation
dequantités
un peu considérables d’eau.Si, au lieu d’un
liquide
ainsipurifié,
onprend
de l’eau dans la-quelle
on met ensuspension
desparticules
nombreuses et relati-vement
gwosszéères,
parexemple
du sable, l’action exercée sur lalumière transmise se réduit à
l’in terception
uniforme des rayons,quelle
que soit leurréfrangibilité.
Avec uneépaisseur suffisante,
on arrive à
l’opacilé,
en ce sens que l’on ne peutplus
voir autravers du
liquide;
il pourra y avoir encore de la lumière diffuse provenant de réflexions et de réfractionsmultiples,
surtout si lamatière en
suspension
n’est pas opaque par elle-même.L’épaisseur
de la couche
produisant
cetteinterception
des rayons directs, à la façon d’un écran,dépend
naturellement du nombre et de la gros-seur des
particules.
Lorsque
lesparticules
ensuspension
sont de trèspetites
dimen- sions, cepremier
effet secomplique
d’un second : le milieu exerceune
absorption
d’autantplus
forte que les rayons sontplus
ré-frangibles.
En faisant passer de la lumière blanche au traversd’une
épaisseur
trop faible pourqu’il
y aitinterception complète,
on observe que tous les rayons sont affaiblis, mais non pas
égale-
(1) Dans mon Mémoire sur l’ILlumirzatzora des corps transparents, j’ai indiqué
les résultats obtenus par différents modes de distillation ou de filtration (Ar- clzives, t. XXXVII, p. 146; i87o).
ment, en sorte que la lumière transmise est colorée en
jaune,
orangé ou même rouge, suivant due cette action devient deplus
cn
plus prépondérantc.
C’est cequ’il
est facile de démonter en prenant de l’eau sous une faibleépaisseur,
om,04 ou 0m, 05, parexemple,
de manière que sa couleur propre soit insensible,puis
en y
produisant,
unprécipité
très ténu. Ainsiquelques
gouttes d’une dissolution étendue d’acétate deplomb
ou d’azotate d’ar- gent, etc., détermineront un troubleléger accompagné
d’uneteinte
jaune, orangée
ou rouge pour la lumière transmise. Autravers d’une auge
remplie
de ce milieu, on peut voir nettementdes
objets,
on peutprojeter
uneImage
et observer ainsi la colo-ration.
)L analyse
faite au spectroscope montre qne les rayonsbleus, violets et ultra-violets sont éteints
( 1 ).
M. Brücke a cherché à
expliquer
cephénomène
dont il a faitune étude
approfondie (2).
La théoriequ’il
aproposée
n’est peu!-étre pas entièrement satisfaisante.
Quoi cIu’il
ensoit,
le faitexpérimental
demeure incontestable.et son intluetice sur la couleur de la lumière transmise au travers
de l’eau est facile à
prévoir.
Dans un tube un peulong,
l’eau pure absorbe par elle-même uneplus
forteproportion
des rayons peuréfrangibles;
si l’onajoute
desparticules
ténues, tous les rayon,sont affaiblis, mais non pas
également :
l’action estplus énergique
sur les
plus réfrangibles.
Ainsi, pour deux causes différentes, cesont les deux extrémités du spectre
qui
se trouvent leplus
forte-ment
interceptée,
et les rayons moyensprédominent
dans la lu-mière transmise ; la coulcur bleue de l’eau pure virera ainsi au vert,
au jaune,
au brun, suivant que le rûle desparticules
sera deplus
enplus prépondérant.
C’est bien la le résultat desexpériences
de nombreux
physiciens,
et ce que démontent enparticulier
lesobservations de IB1.
1’yndall,
de M. Ricco et de M.Spring
sur l’in-Mucncc de
légers précipités.
Dieiisioit
(le la llllniè,.e. - A côté de cet effet sur la teinte(’ ) Cet effet parait commun à tous les précipités blancs atiioi-plies, pourvu
(lut’ils soient suffisamment ténus. Avec des particules métalliques ou cristallines, 1 action est quelquefois complexe. Si le précipité n’cst pas blanc, sa couleur propre peut aussi exercer une inlluence.
(2) Poggendorff’s Annalen) t. LXXXVIII, p. 363 ; 18j3.
des rayons transmis, il se
produit
une action sur les rayons ré-£lécllis. On connaît les caractères de coloration bleue et de
pola-
risation de la lumière dilfusée par les
particules
ténuesqu’un liquide
tient ensuspension (1).
Ces caractères sont faciles à con- staterlorsqu’on
fait tomber un faisceau de lumière solaire sur de l’eau contenue dans un ballon ou un flacon de verre. La trace du faisceau est bien visible et la lumièrequ’elle
diffuse contienttoutes les couleurs du spectre avec une
prédominance
des rayons lesplus réfrangibles,
en sorte que la teinte est d’un blanc bleuâtre,et d’autant
plus
franchement bleue que lesparticules
diffusantesont
plus petites.
Si l’on
regarde
cette trace au travers d’unanalyseur
dans unedirection
perpendiculaire
au faisceau, on reconnaît que la lumièreest
polarisée.
Dans ces
conditiorls, l’épaisseur
d’eau traversée par les rayons incidents ou diffusés est trop faible pour quel’absorption
de l’eaupuisse
exercer une influence sensible sur la couleur de cette trace.Mais il est facile d’observer aussi ces
phénomènes en
eni-ployant
desépaisseurs
d’eauplus
considérables. On peut, parexemple, interposer
sur le passage des rayons solaires incidentsun tube
plein
d’eau,long
de 1m à 2m; alors l’influence de la co-loration se fait sentir sur la couleur de la trace dont la teinte bleu verdâtre est prononcée. On peut encore
regarder
cette trace au travers d’un tubepareil
aupremier;
la couleur s’accentue en-core
davantage.
On a ainsi lasuperposition
des deux effets de co-loration par
absorption
et par diffusion.Une autre
expérience
assez instructive est la suiBante. Prenonsun
long
tube de verre, fermé à ses deux extrémités par desglaces, remplissons-le
avec de l’eau, etexposons-le
à une viBe lumièrelatérale, en le
plaçant,
parexemple,
au soleil.Disposons
un écrancomplètement
noir à l’une de ses extrémités enregardant
par l’autre. Si l’eau étaitparfaitement limpide,
soitoptiquement
vide,l’écran vu au travers du tube
paraitrait toujours
noir; mais cette(’ ) Ces questions ont particulièrement été étudiées par M. T) nelalJ, ,1. Lal le- mand, M. Hagenbach et moi-même. Voir Archives) t. XXXIV, p. 1 J6, t. XXÀ Y, p. 54 (1869); t. XXXVII, p. 129, 176; t. XXXtX, p. 341, 352 (1870); t. XLVIII, p.23i (18,3); t. L, p. 243 (1874).