Les Becquerel, des polytechniciens au service de la lumière. Seconde partie

 

 

A l’occasion de l’Année Internationale de la Lumière – et en complément à l’exposition Lumière, lumières présentée à la BU Sciences de l’Université Claude Bernard Lyon1 jusqu’au 19 décembre – Philippe Jaussaud propose une découverte des travaux des savants du XIXème siècle sur la lumière au partir des ouvrages du fonds anciens de la BU.

 

 

 

Edmond, sur les traces de son père

Nous nous sommes intéressés, dans un précédent article, à Antoine-César Becquerel. La carrière de son second fils Edmond (1820-1891) prolonge la sienne, à la fois sur le plan scientifique et institutionnel.

Au terme de ses études secondaires, Edmond Becquerel est reçu à l’École Polytechnique (1838) et à l’École normale supérieure (1837). Il n’intègre aucun de ces établissements, afin de devenir l’assistant de son père au Muséum. Devenu docteur ès sciences (1840), puis aide naturaliste de physique au Jardin des Plantes (1844), Edmond enseigne les sciences de la matière dans diverses institutions. Il est nommé professeur de « Physique terrestre et Météorologie » au Conservatoire national des arts et métiers (1852) et entre à l’Académie des sciences (1863). Edmond Becquerel succède finalement à son père comme professeur de physique au Muséum (1878).

Les travaux scientifiques du savant se rattachent – comme ceux de son père – à diverses branches de la physique : électricité, magnétisme, thermodynamique et optique. Dans le dernier domaine cité, Edmond Becquerel photographie les couleurs du spectre solaire et détecte les raies de Fraunhofer dans l’ultraviolet. Il étudie le phénomène de luminescence, distinguant bien la phosphorescence de la fluorescence, et il invente le « phosphoroscope » qui lui permet de mesurer l’intensité de la lumière émise par excitation de divers composés naturels.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les travaux d’Edmond Becquerel sur la luminescence

Les résultats des travaux d’Edmond Becquerel sur la luminescence sont exposés dans un ouvrage de synthèse, intitulé La lumière, ses causes et ses effets (1867). Cet opus de quatre cent trente et une pages ne constitue donc pas – l’auteur le précise dans l’« Avant-propos » – un traité d’optique : il s’agit d’une relation de résultats expérimentaux obtenus sur une trentaine d’années. Concernant la théorie, elle est réduite au minimum. Becquerel se base sur l’hypothèse d’une nature ondulatoire de la lumière, classique à l’époque. Par ailleurs, La lumière n’est pas sans lien avec les Éléments de physique terrestre et de météorologie (1847) publiés vingt ans plus tôt avec Antoine-César Becquerel (cf. article précédent) : elle inclut une présentation des « météores lumineux d’origine électrique », comme les éclairs ou l’aurore polaire.

La première partie de La lumière est consacrée aux sources lumineuses et la seconde aux effets – calorifique, chimique et physiologique – de la lumière. Dans le Livre IV, intitulé « Analyse de la lumière par réfraction », Edmond Becquerel présente plusieurs spectres, comme ceux de la lumière blanche (p. 130) ou des radiations émises par divers corps simples portés à l’incandescence – césium, rubidium, sodium, strontium, etc. (p. 160).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le savant s’intéresse ensuite, dans le Livre VI intitulé « Effets lumineux produits par l’action de la lumière », aux corps phosphorescents : composés minéraux (diamant, aragonite, pyroxène, etc.), composés organiques (hydrocarbures) et « corps organisés » – c’est-à-dire organismes animaux ou végétaux. Becquerel analyse avec un « phosphoroscope » la composition des radiations émises par les substances étudiées, après qu’elles aient absorbé la lumière. Quelques exemples significatifs méritent d’être mentionnés.

Le premier concerne les sulfures – de calcium, baryum, strontium, etc. – phosphorescents ou « phosphores artificiels ». Becquerel décrit la couleur des radiations émises après absorption de lumière, ainsi que leur durée et leur intensité. Les spectres de phosphorescence obtenus dépendent de ces paramètres.

Le second exemple intéressant à relever est celui du diamant (p. 350-351). La pierre précieuse concernée « présente deux effets lumineux bien tranchés : d’abord une lumière jaune-orangée plus ou moins vive […] qui semble tenir à la constitution moléculaire du corps […] ; en second lieu, une lumière bleue dont l’intensité peut être très vive ». Comme la seconde radiation s’observe seulement dans certains cas, Edmond conclut que son émission « dépend d’un état physique particulier qui n’est pas essentiel à la constitution du corps ». Enfin, la radiation bleue et la jaune sont complexes, car « composées par la réunion de rayons différemment réfrangibles » (p. 351).

En matière de phosphorescence, plusieurs composés organiques retiennent l’attention de Becquerel. Le savant évoque ainsi la chlorophylle, l’esculine, le sulfate de quinine, etc. Il s’intéresse à un « carbure d’hydrogène à teinte des sels d’urane » cristallisé en paillettes (p. 382). « Obtenu par Mr. Fritzsche, [le produit] est très lumineux dans l’extrême violet du spectre ; dans le phosphoroscope, il commence à devenir visible quand le disque est à son maximum de vitesse ». Il émet alors une radiation bleue claire à nuance verte. Précisons que Carl Julius Fritzsche (1808-1871) est un pharmacien chimiste allemand spécialiste des hydrocarbures et des colorants organiques. Autre composé envisagé par Becquerel, la naphtaline ou naphtalène « donne l’exemple d’un carbure d’hydrogène solide qui est lumineux violet dans les rayons ultraviolets du spectre, et qui n’est pas visible dans le phosphoroscope » (p. 383). Rappelons que le produit concerné est un hydrocarbure aromatique bicyclique,

Enfin, dans le Livre VII, intitulé « Effets lumineux produits dans les corps organisés » (p. 409 et suivantes). Edmond traite des végétaux en décomposition – les « bois lumineux » – ou vivants – la plante Euphorba phosphorea -, ainsi que des champignons – l’Agaric de l’Olivier – et des animaux terrestre – comme le Lampyre – ou marins. Ce dernier cas conduit l’auteur à évoquer la « phosphorescence de la mer ». L’eau peut alors prendre une couleur blanche, il s’agit de la « mer de lait » ou « mer des neiges ». Bien entendu, Edmond mentionne l’observation réalisée à Venise par son père (p. 420). Ce dernier a même noté le rôle de l’« ébranlement » occasionné par le passage d’un navire « pour exciter vivement l’émission lumineuse » : il en résulte un sillage très brillant.

Avec le rappel du voyage d’Antoine-César à Venise, la boucle est bouclée : l’origine des travaux des Becquerel sur la lumière est révélée au lecteur. « Suivant la tradition de continuité familiale » (Le Grand), deux générations prendront le relai après Edmond. Henri s’intéressera aux effets magnéto-optiques, aux spectres d’émissions infrarouges. Il réalisera également des études d’optique cristalline qui le conduiront à la découverte de la radioactivité naturelle. Enfin, Jean Becquerel fondera l’optique des très basses températures.

Article rédigé par Philippe Jaussaud, Université Lyon 1 (EA 4148 S₂HEP et IUT Biologie)

Bibliographie

Barbo, Loïc. Les Becquerel, une dynastie de scientifiques. Les génies de la science. Paris : Belin, 2003.

Fatet, Jérôme. Les recherches d’Edmond Becquerel sur la nature de la lumière entre 1839 et 1843, histoire d’une interaction réussie entre science et photographie. Thèse de Doctorat en Histoire et Philosophie des Sciences, Université Claude Bernard Lyon 1, 2005.

Léauté, André. « Conférence de M. Léauté, professeur de physique à l’École polytechnique ». Bulletin du Muséum national d’Histoire naturelle, 2^e série. 1939, vol. 11, pp. 209-223.

Le Grand, Yves. « La tradition des Becquerel. Leçon inaugurale du cours de physique appliquée aux sciences, prononcée le 8 novembre 1949 ». Bulletin du Muséum national d’Histoire naturelle, 2^e série. 1949, vol. XXI, n°6, pp. 648-662.

Violle, Jules. « L’Œuvre scientifique de M. Edmond Becquerel ». Revue scientifique. 18925, vol. 49, n 12, pp. 353-360.

2015 Année de la Lumière en France. Blog officiel de l’Année Internationale de la Lumière, 2015.

Site internet local lumiere2015.univ-lyon1.fr 

 

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