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Le radiomètre de M. Crookes.

Chronique Scientifique de Louis Figuier, publiée dans la Science Illustrée N°46 du 28 aout 1876

Mis en ligne par Denis Blaizot le mercredi 8 avril 2009

Explications diverses de ce nouvel instrument

Un nouvel instrument de physique occupe en ce moment, on pourrait dire passionne, l’attention du public savant. Il s’agit d’un petit appareil qui semble défier toute explication rationnelle, et qui, s’il prouve quelque chose, prouve le fait le plus inattendu : l’existence d’une force motrice dans la lumière.

Il est difficile, comme on va le voir, d’expliquer autrement les phénomènes.

M. Crookes, physicien anglais, après diverses recherches et tâtonnements sur lesquels nous reviendrons plus loin, est arrivé à construire une sorte de boussole lumineuse, à laquelle il donne le nom de radiomètre, c’est-à-dire instrument mesurant l’intensité de l’agent lumineux.

Voici la disposition du radiomètre de M. Crookes, tel que le construisent les opticiens de Paris et de Londres, qui le vendent comme la curiosité scientifique du jour.

Deux bras rectangulaires en aluminium portent à leurs extrémités de petites lames minces de mica, noircies sur une de leurs faces. Ces bras sont soudés, à leur point de jonction, à un petit chapeau de verre, reposant sur une pointe d’acier, qui sert de pivot. Le tout est posé au milieu d’une boule de verre dans laquelle, au moyen de la machine pneumatique, on a fait le vide aussi parfaitement que possible.

Lorsqu’on approche de cet appareil la flamme d’une bougie ou qu’on le porte à la simple lumière du jour, le moulinet se met à tourner, et plus la lumière est intense, plus la rotation est rapide.

Les physiciens qui ont été les premiers témoins des effets étranges de cet appareil, crurent pouvoir les attribuer à la chaleur, qui accompagne la lumière.

Voici, par exemple, comment un physicien italien, M. Govi, explique la rotation du radiomètre. Selon M. Govi, les oscillations lumineuses de l’éther se transforment en chaleur obscure sur les faces noircies des lames. La couche gazeuse adhérente à ces faces acquiert alors une force élastique plus grande et se dilate en réagissant contre son point d’appui. Il se passe là, selon le physicien italien, un fait analogue à celui du pendule balistique, lors de la sortie du projectile. Ce pendule est représenté par les molécules gazeuses qui s’éloignent de la surface éclairée, sous l’influence de la chaleur. C’est ainsi que la lumière semble repousser devant elle les surfaces noircies qu’elle rencontre. Mais, en réalité, la lumière élève leur température et dilate le gaz adhérent qui produit le recul.

Tant que le gaz dilaté est en présence de la surface qu’il a quittée, il n’est pas entièrement libre, et son refroidissement le ramène à sa place primitive, quand l’influence lumineuse cesse.

MM. Tait et Dewar ont fait une expérience qui semble corroborer cette explication. Ils produisent le vide le plus parfait que l’on puisse obtenir : ils chauffent du charbon en pondre très-fine dans le récipient de la machine pneumatique, pendant que la pompe à mercure fonctionne pour enlever les dernières traces de gaz. Lorsque la pompe n’agit plus, on laisse refroidir le charbon, qui absorbe tout le gaz restant.

L’étincelle électrique ne traverse plus ce vide, et si on chauffait la poudre de charbon, il est à présumer que l’électricité recommencerait à passer, le vide n’étant plus aussi parfait. Les surfaces échauffées reculent sous l’influence de la lumière, pour revenir, en tournant, et produire un mouvement continuel de rotation. Ce mouvement dure autant que l’action de la lumière sur les palettes.

Le radiomètre serait donc, d’après ces physiciens, un tourniquet à réaction, semblable à ces pièces d’artifice appelées soleils qui, une fois enflammées, tournent par la dilatation des gaz. L’action sera d’autant plus marquée que les surfaces condenseront une plus grande quantité de gaz, que l’action de la lumière sera plus prolongée et qu’elles auront un pouvoir absorbant plus considérable pour les radiations qui les frapperont.

Cette explication rend compte, d’après les mêmes auteurs, des autres mouvements signalés par M. Crookes dans son radiomètre. Les sources de froid agissent en sens contraire, quoique plus faiblement : elles condensent davantage la couche de gaz adhérente aux surfaces refroidies ; elles occasionnent ainsi par réaction des mouvements opposés à ceux produits par l’échauffement.

Hâtons-nous d’ajouter que cette explication n’a pas trouvé une adhésion générale. M. Fizeau a fait une expérience très-curieuse qui la contredit complétement. Si l’on dispose autour du radiomètre une série de bougies allumées et également distantes, de manière à former une circonférence de 50 centimètres de diamètre environ, et si l’on place l’instrument au centre de ce cercle de bougies, il se trouve éclairé également et symétriquement, autour de son axe de rotation. Les ailettes reçoivent donc en tournant la même quantité de lumière sur toutes leurs faces noircies et polies. Or, au milieu de ce cercle lumineux, le mouvement de rotation continue de se produire, avec une vitesse constante de dix tours en sept secondes. Au contraire, la vitesse devrait diminuer et finir, en assez peu de temps, par devenir nulle, si sa cause résidait dans l’émission aux surfaces noircies de trace de gaz ou de vapeur condensée. On ne peut pas admettre ici que les alternatives de condensations et d’émissions soient les causes du mouvement, car la couche gazeuse de la surface noircie n’étant pas renouvelée, elle ne peut que s’épuiser au ’bout de peu de temps, ce qui devrait ralentir la rotation des ailettes et finir par l’arrêter.

Les expériences sur le radiomètre se multiplient en ce moment, et on les varie de toutes les manières. La théorie de cet instrument, aussi simple qu’ingénieux, sera certainement trouvée, et l’on finira par acquérir à son égard la certitude qui caractérise l’explication physique des phénomènes naturels. Mais il faut avouer que, pour le moment, les nombreuses explications qui ont été fournies par divers savants ne paraissent pas concourir à l’accord que nous prévoyons.

L’instrument qui fut employé d’abord par E. Crookes se composait tout simplement d’une lame de moelle de sureau, moitié blanche et moitié noire, suspendue horizontalement dans un ballon au moyen d’un fil. Un petit aimant et un miroir étaient attachés à la moelle du sureau. Un autre aimant était fixé au dehors, de manière à pouvoir glisser le long d’un tube, pour augmenter ou diminuer la sensibilité. On faisait le vide complet dans l’appareil et on l’enfermait dans une boite garnie de velours noir, avec des ouvertures pour laisser entrer et sortir les rayons de lumière. Un rayon lumineux, réfléchi par le miroir sur une échelle graduée, fait connaitre les mouvements de la lame de moelle.

L’expérience prouva à M. Crookes que dans cet appareil la diminution des effets moteurs suit le carré de la distance. C’est ce qu’ont établi approximativement les résultats ci-dessous :

Une bougie, à 6 pieds de distance, donne une déviation de 218°.

  • A 12 pieds, 54°.
  • A 18 pieds, 24°,5.
  • A 24 pieds, 13°.
  • A 10 pieds, 77°.
  • A 20 pieds, 19°.
  • A 30 pieds, 8°,5.

Deux bougies, placées l’une à côté de l’autre, produisent un effet double ; trois bougies ont un effet triple.

M. Crookes a étudié aussi l’action d’écrans solides et liquides divers.

Une bougie éloignée de trois pieds produisait une déviation de 180°, Cette déviation se trouve réduite aux quantités suivantes :

  • Par le verre jaune, à 161°
  • Par le verre bleu, à 102°.
  • Par le verre vert, à 101°
  • Par le verre rouge, à 128°
  • Par l’eau, à 47°.
  • Par l’alun, à 27°.

En plaçant une bougie de chaque côté de l’appareil, et à la même distance, le rayon lumineux resté au zéro de l’échelle ; en changeant l’une ou l’autre, on fait courir la lumière de l’une à l’autre extrémité de l’échelle.

On remarquera que cette dernière expérience donne un moyen facile de comparer deux sources de lumière. La bougie type étant retenue à 48 pouces, à la gauche de la lame, l’indice lumineux est amené à zéro, si l’on met à droite :

2 bougies, à la distance de 67 pouces ;

1 bougie derrière une solution de sulfate de cuivre, 6 pouces ;

1 bougie derrière une plaque d’alun, 14 pouces ;

1 petit bec de gaz allumé, 113 pouces.

Cet instrument peut donc servir de photomètre.

En prenant une bougie pour point de départ des mesures, et en lui opposant une autre source lumineuse, on peut estimer la valeur de cette dernière source de lumière.

La bougie mise à 48 pouces est contrebalancée par la flamme d’un bec de gaz à 113 pouces. Ces lumières sont donc dans le rapport de 18° à 113°, ou comme un est à 5 1/2. Le bec de gaz vaut par conséquent 5 1/2 bougies, comme intensité de lumière.

En interposant des écrans d’eau ou des plaques d’alun, pour intercepter la chaleur obscure, on mesure l’intensité réelle de la lumière. De plus, en interposant des verres colorés ou des solutions, on peut mesurer les couleurs quant à leur intensité lumineuse.

Un rayon coloré peut aussi être comparé à un autre rayon coloré, en plaçant de chaque côté des écrans différemment colorés.

Si l’on donne à l’appareil une disposition telle que les surfaces noire et blanche soient suspendues sur un pivot, l’inconvénient de la torsion est écarté, et l’instrument tournera continuellement sous l’influence de la radiation. C’est cet instrument que M. Crookes a appelé finalement radiomètre, et qu’il construit aujourd’hui, comme nous le disions en commençant, avec quatre bras très-fins en aluminium. L’aiguille est placée dans une coupe de verre, et les bras, avec leurs disques, sont délicatement tenus en équilibre, de façon à pouvoir tourner sous la plus légère impulsion générale.

La loi générale de la marche de cet instrument, c’est que la vitesse de révolution est, comme nous l’avons dit plus haut, inversement proportionnelle au carré de la distance entre la lumière et l’appareil.

La vitesse de rotation en pleine Iumière solaire est excessivement rapide. L’action de la chaleur obscure, celle de l’eau bouillante par exemple, est de repousser également chaque surface ; le mouvement est donc arrêté. La glace produit le même effet. Il est facile d’obtenir une rotation sans que les surfaces soient colorées différemment. Les disques de moelle de sureau étant noircis des deux côtés, si l’on approche une bougie, en interceptant la lumière d’un côté, une rotation rapide se produit.

Voilà. en résumé, un ensemble de phénomènes très imprévus, et l’on comprend l’émotion qu’a produite parmi les physiciens l’apparition du radiomètre.

LOUIS FIGUIER.