Éléments constitutifs d’un rayonnement électromagnétique.
On connaissait depuis longtemps la tache colorée que fournit sur un écran un prisme traversé par la lumière du Soleil, lorsqu’en 1840 John Herschel* mit en évidence l’existence de radiations invisibles situées à l’extrémité du rouge ; cette découverte, faite en examinant l’évaporation de l’alcool, confirmait des expériences effectuées par son père en 1800 grâce au thermomètre. Pour commencer à explorer sérieusement le domaine de ces radiations appelées infrarouges, il fallut l’invention de la pile* thermoélectrique par Macedonio Melloni (1798-1854), puis celle du bolomètre par l’Américain Samuel Pierpont Langley (1834-1906) en 1881.
On considère aujourd’hui que l’infrarouge s’étend de 0,78 μ, limite dans le rouge du spectre visible, à 1 000 μ. Les principales sources d’infrarouge sont l’arc au mercure à enveloppe de quartz et les corps incandescents : l’arc électrique, le bec Auer, les brûleurs Nernst et Globar. Rappelons qu’un corps incandescent assimilable à un corps noir présente un maximum de luminosité pour une longueur d’onde λ et une température T telles que λ · T = 2 900 microns-kelvins ; ainsi, l’électrode positive de l’arc au carbone peut être considérée comme un corps noir à la température T = 3 800 K. La puissance émise sera maximale pour λ = 0,76 μ.
Les principales difficultés que l’on rencontre pour étudier les radiations infrarouges résident dans le choix des matériaux transparents dans ce domaine. On peut, cependant, trouver des substances cristallines qui permettent de réaliser des prismes et des lentilles convenant jusqu’à une longueur d’onde d’environ 50 μ. On peut citer la fluorine, le chlorure de sodium, le bromure de potassium, l’iodure de césium ainsi que des semi-conducteurs tels que le germanium.
Au-delà des radiations infrarouges se trouvent les ondes dites « hertziennes ». Le raccord entre ces ondes et l’infrarouge a été effectué en 1923 par E. F. Nichols et J. D. Tear ; ces deux savants ont émis des ondes dont la longueur était de quelques dixièmes de millimètre par des moyens électriques et les ont étudiées par des méthodes optiques. De nombreuses expériences ont permis de vérifier que les radiations du domaine hertzien avaient les mêmes propriétés que les ondes lumineuses : même vitesse de propagation, même façon d’être réfléchies, réfractées, diffractées ou polarisées et de former des interférences.
L’existence des radiations infrarouges a conduit les savants à chercher par analogie des radiations de longueur d’onde plus courte que celle des raies violettes du spectre solaire. Au début du xixe s., une première mise en évidence avait été faite par l’Allemand J. W. Ritter, en utilisant le noircissement d’un papier enduit de chlorure d’argent. À ce moment, Nicéphore Niepce* et Louis Jacques Mandé Daguerre* inventaient la photographie*, ce qui apporta un moyen puissant pour étudier les radiations de ce domaine, dites « ultraviolettes ». L’ultraviolet s’étend de 0,4 μ à environ 0,013 μ. Les principales sources utilisées sont l’arc au charbon, dont le spectre s’étend jusque vers 0,28 μ, et les lampes à vapeur de mercure à parois de quartz. Pour étudier l’extrême ultraviolet, on utilise des étincelles dans un gaz raréfié. On détecte ces radiations à l’aide de plaques photographiques et de récepteurs photoélectriques. Les difficultés que l’on rencontre résident, comme dans le cas de l’infrarouge, dans l’obtention de matériaux transparents dans ce domaine. Le quartz et la silice sont utilisables jusqu’à 2 000 Ǻ ; au-delà et jusqu’à 0,1 μ, on peut se servir de fluorine et de fluorure de lithium. Mais les progrès réalisés dans la fabrication des réseaux optiques sont tels que, notamment en spectrographie, on utilise de plus en plus des réseaux par réflexion de préférence aux prismes. C’est ainsi qu’avec des réseaux plans recouverts de platine on peut atteindre 0,05 μ.
Le domaine des radiations de courte longueur d’onde se prolonge encore au-delà de l’ultraviolet, et comprend, de 0,03 μ à 10–5 μ, les rayons X découverts en 1895 par Wilhelm Conrad Röntgen*. Les rayons X sont produits dans un tube à vide à partir d’une anticathode en tungstène recevant un bombardement cathodique (tube de Coolidge). Ils peuvent être étudiés grâce à leur possibilité de diffraction par les cristaux et à leur aptitude à ioniser les gaz. Le raccord entre les rayons X de grande longueur d’onde et l’ultraviolet a été effectué en 1920 par le Français Fernand Holweck (1890-1941).
Des effets analogues d’ionisation sont provoqués par les rayonnements γ des corps radioactifs, radiations dont la longueur d’onde est comprise entre un dixième et un millième d’ångström, et par certains constituants des rayons cosmiques, dont la longueur d’onde est parfois très inférieure au millième d’ångström.
G. F.
➙ Ondes électromagnétiques / Rayonnement radioactif.
