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SPECTRALE (ANALYSE)

On donne ce nom à la méthode qui permet d'analyser toute source lumineuse à travers un prisme ou par sa réflexion sur un réseau.

Newton, en 1702, avait établi que la lumière du soleil, qui nous apparaît blanche est, en réalité, composée de sept couleurs principales qui sont : violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange et rouge. Ces sensations colorées nous sont fournies par des vibrations différentes, en nombre extrêmement élevé. Les plus rapides parmi ces vibrations (750 trillions par seconde) et qui sont les plus divisées par la réfraction engendrent le violet ; les plus lentes (450 trillions par seconde) et les moins réfractées nous donnent le rouge. D'un bout à l'autre du spectre, c'est une gamme régulièrement décroissante.

On connaît la propriété que possède le prisme de verre de réfracter un rayon lumineux qui le traverse et de l'étaler en une nappe diversement colorée : le spectre ou la succession des couleurs est invariable. En faisant passer un rayon de soleil ou de toute autre source lumineuse, à travers un prisme, l'image colorée ainsi formée s'étalera sous la forme d'une bande colorée qui sera striée de raies fines, obscures ou brillantes, dont chacune caractérisera un corps simple et dont la présence permet d'affirmer que ce corps existe dans la source lumineuse que l'on étudie. Quand la lumière est émise par un corps incandescent, le spectre est continu. Mais quand elle traverse un espace contenant des corps en vapeur, eau ou vapeur de métaux (sodium, plomb, mercure, etc …..), le spectre continu est strié de raies noires dont chacune ou chaque groupe est caractéristique du corps dont elle émane et occupe toujours la même place dans le spectre, appelé alors spectre d'absorption. On distingue ainsi les spectres de lignes à raies lumineuses qui sont produits par les gaz portés à l'incandescence et le spectre de bande qui comprennent des portions de spectres se résolvant en lignes fines qui proviennent de gaz incandescent à l'état de combinaisons chimiques.

Cette décomposition de la lumière ou analyse spectrale permet d'étudier la nature chimique des corps. Celle-ci s'opère à l'aide du spectroscope dont voici la description : imaginez un appareil muni d'une fente mince dans laquelle est concentrée la lumière à analyser et située au foyer d'une lentille ou collimateur. Ce collimateur rend parallèles les rayons du faisceau lumineux issus de la fente. Ces rayons traversent ensuite un prisme qui les disperse. Le faisceau ainsi obtenu est recueilli par une seconde lentille qui fournit à son foyer une image nette de chacune des images de la fente se succédant pour former un spectre continu. Ce spectre continu est donné par tout corps incandescent solide ou liquide. Quand ce corps incandescent est à l'état gazeux, le spectre se réduit à quelques lignes brillantes correspondant à des vibrations déterminées dont elles ont précisément la coloration. Ainsi le spectre du lithium montre seulement une raie rouge. Chaque corps possède donc son spectre particulier, formé de raies, toujours les mêmes, et dont l'emplacement mesurable permet de les identifier. Maintenant si, derrière ce gaz, se trouve une source incandescente liquide ou solide et d'une lumière obligatoirement plus éclatante, on constate le phénomène suivant : les raies du spectre observé se dessinent en noir sur le fond brillant du spectre continu issu de la source incandescente. L'emplacement des raies noires nous fournit donc un second moyen d'analyse aussi précis que le premier.

Cette méthode d'analyse est si merveilleuse, si sensible qu'elle révèle l'existence de substance en quantité infiniment petite. La présence d'un millionième de milligramme se décèle dans la flamme d'une bougie !

L'Astronomie a su tirer un prodigieux parti de l'emploi du spectroscope. Grâce à lui, nous pouvons connaître la constitution, la température, l'âge des astres du ciel : étoiles et nébuleuses. Le spectroscope s'adaptant au foyer des lunettes et des télescopes, de façon que l'on puisse concentrer sur sa fente, l'image fournie par l'objectif des astres que l'on veut analyser, on est ainsi parvenu à reconnaître dans le soleil la présence du fer, du nickel, du zinc, du cuivre, du carbone, du calcium, de l'hydrogène, etc... Dans bon nombre d'étoiles, la grande majorité, nous avons pu retrouver des éléments analogues aux substances solaires et terrestres. C'est toujours grâce au spectroscope que l'on a pu classer les soleils de l'infini en quatre types fondamentaux, selon la diversité plus ou moins grande de leur constitution intime, résultant du stade de leur évolution. D'autres applications permettent, par des variations de l'emplacement des raies, de déterminer la vitesse dans l'espace de l'astre observé, cela en dehors de notre perception directe. Aujourd'hui, on remplace l'observation directe du spectre par sa photographie : l'image du spectre est reçu sur une plaque sensible et ainsi, le spectroscope devient un spectrographe.

L'analyse spectrale, dont l'initiateur fut Frauenhofer, puis, plus tard, Kirchoff et Bunsen, a créé l'Astrophysique, branche nouvelle et merveilleuse de l'astronomie, qui, au cours des dernières années, a conduit les savants aux découvertes les plus troublantes, les plus curieuses relativement à la nature des étoiles et des nébuleuses en particulier. Cet instrument prodigieux d'investigation justifie le lyrisme de l'illustre Janssen quand il s'écriait « Étoile ! envoie-moi un de tes rayons et je te dirai de quoi tu es faite ! ».

- Charles ALEXANDRE.