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Les Trois Physiciens

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Bernard Cagnac

Eugène Bloch

Texte intégral

Sa jeunesse

1Eugène Bloch est de dix ans plus jeune qu’Abraham ; il est né le 10 juin 1878, dans la petite ville de Soultz, en Alsace, près de Guebwiller, deux ans après son frère aîné Léon, qui travaillera plus tard avec lui. Leur naissance, quelques années seulement après l’annexion de l’Alsace par l’Allemagne, incite leur père, industriel, qui souhaitait assurer une éducation française à ses deux fils, à vendre sa petite usine de tissage de la soie pour s’installer à Paris. Cela leur a permis de faire de brillantes études au lycée Montaigne puis au lycée Louis-le-Grand.

2Les deux frères entrent à l’ENS : Léon dans la section des lettres, en philosophie ; Eugène, reçu premier en sciences en 1897, en sort trois ans plus tard, premier à l’agrégation de physique.

3Après sa sortie de l’École, en 1900, Eugène Bloch devient préparateur du professeur Mascart au Collège de France, puis agrégé préparateur à l’ENS, positions qui lui permettent de préparer une thèse d’État en physique, qu’il soutient en 1904.

L’enseignant de lycée, le chercheur à l’École normale supérieure

4À cette époque, les postes d’enseignants à l’université sont peu nombreux (et le CNRS n’existe pas) ; après un bref passage au lycée de Rouen, en 1906, Bloch devient professeur de spéciales à Paris, au lycée Saint-Louis (où il succède à Lamirand, nommé inspecteur). Il y enseigne pendant onze ans (non comptées les quatre années de guerre, consacrées, comme pour Abraham, à la télégraphie militaire), tout en continuant une activité de recherche au Laboratoire de physique de l’ENS. Il fallait une exceptionnelle puissance de travail et une volonté bien trempée pour persévérer aussi longtemps dans cette double vie : officielle en tant que professeur de « taupe », bénévole en tant que chercheur libre, et néanmoins efficace, comme nous le verrons plus loin en décrivant son œuvre scientifique.

5Le 28 juillet 1908, Eugène Bloch épouse une jeune cousine germaine, Ellen Kahn, qui est botaniste, et le « convertira » à cette science : la botanique deviendra une distraction importante d’Eugène Bloch, aux dires de ses camarades d’École (qui soulignent aussi son intérêt pour la peinture, la musique, l’histoire, les romans policiers et la montagne). Bloch entraînera son épouse, à la recherche de plantes, dans les excursions montagnardes qui lui étaient familières. Ellen Bloch n’aura pas d’enfant ; elle exercera pendant quelque temps la fonction de préparateur au Laboratoire de sciences naturelles de l’ENS ; et son travail lui permettra de soutenir une thèse de sciences naturelles le 14 juin 1924.

6En 1920, Eugène Bloch prend une charge de professeur de physique et chimie à l’École nationale supérieure des beaux-arts, qu’il conservera jusqu’à sa révocation par le gouvernement de Vichy en décembre 1940. En 1921, Aimé Cotton, qui était maître de conférences à l’ENS, devient titulaire d’une chaire de physique à la Sorbonne ; et Bloch obtient le poste de maître de conférences ainsi libéré. Comme Abraham, il accède à l’enseignement supérieur directement à Paris, sans être passé par la province, ce qui était chose exceptionnelle à cette époque ; désormais rattaché officiellement à l’ENS, il va faire bénéficier les élèves de l’École de ses qualités d’enseignant, qu’il a eu le temps de « roder » au lycée Saint-Louis. André Guinier, qui avait suivi ses cours, écrivait à leur propos : « L’impression dominante de clarté venait peut-être surtout de la sincérité avec laquelle toutes les difficultés étaient abordées de front… Quand on entendait une leçon de Bloch, on se sentait toujours avancer en terrain sûr. » La solidité caractérisait également le travail de recherche d’Eugène Bloch.

7Parmi les élèves normaliens se trouve alors Alfred Kastler, alsacien comme Bloch, mais qui avait fait ses études secondaires en Alsace, sous le régime allemand ; Bloch lui conseille la lecture, en langue allemande, du livre tout récent (1922) du grand théoricien Sommerfeld, par lequel Kastler est aussitôt introduit aux plus récents développements de la physique atomique naissante et encore balbutiante. Cette lecture sera le début des réflexions de Kastler sur les moments cinétiques des atomes, qui le conduiront plus tard à inventer le « pompage optique ».

L’enseignant d’université, l’auteur de livres appréciés

8Outre les témoignages de ses anciens élèves, nous trouvons dans les bibliothèques quatre vestiges importants de la qualité des enseignements d’Eugène Bloch.

9Parue en 1921, La Théorie cinétique des gaz, petit livre de la collection pour l’enseignement supérieur publié chez Armand Colin, illustre parfaitement « l’impression dominante de clarté » dont parlait André Guinier ; ce livre a été traduit en anglais et a eu une longue carrière, puisqu’il était encore réédité après la Seconde Guerre mondiale (figure 11).

10En 1923, Bloch publie deux ouvrages où il résume l’expérience qu’il a acquise pendant la Première Guerre mondiale, lorsqu’il travaillait avec Abraham au service de télégraphie militaire ; tous les articles parus à ce sujet dans les revues scientifiques ont été signés en commun ; mais seul Bloch est motivé pour la rédaction de livres. Dans l’ouvrage intitulé Les Phénomènes thermo-ioniques il explique les aspects scientifiques de l’émission d’électrons par les filaments électriques chauffés dans les lampes de radio : c’est un véritable ouvrage scientifique publié aux éditions du Journal de physique ; le second, plus court et plus technique, fait le point sur Les Procédés d’enregistrement des signaux de TSF.

11En 1930 paraît, chez Hermann, son œuvre majeure : L’Ancienne et la Nouvelle Théorie des quanta, qui traduit sa réorientation scientifique vers la spectroscopie (amorcée avant la Première Guerre mondiale), et qui fait de lui l’un des premiers et des meilleurs introducteurs de la physique quantique en France ; les générations d’étudiants d’après la Seconde Guerre mondiale l’utiliseront encore (figure 12). Le titre de cet ouvrage reflète bien la double révolution qui s’est effectuée en physique atomique au début du xxe siècle.

Figure 11 – Premier livre d’Eugène Bloch en 1921
(ici la sixième édition parue en 1946).

  • pendant les vingt premières années, on ajoute des règles de quantification à l’intérieur de calculs ordinaires de mécanique et d’électromagnétisme classiques ; c’est « l’ancienne théorie quantique », caractérisée par le quantum d’énergie radiative de Planck hf en 1900 (f fréquence de la radiation ; h constante de Planck), l’explication de l’effet photoélectrique par Einstein, en 1905, le modèle d’atome d’hydrogène de Bohr en 1913, qui pourra être généralisé aux autres atomes grâce à la loi de Moseley (1913 également), etc. ;
  • la nouvelle mécanique ondulatoire, ou mécanique quantique, apparaît plus tardivement, et repose sur des concepts théoriques complètement nouveaux et parfois déroutants ; elle commence avec les ondes de matière (de longueur d’onde λ=h/mv) proposées par Louis de Broglie en 1923 ; et elle se construit très rapidement en quelques années, avec l’équation de Schrödinger en 1925, le principe d’exclusion de Pauli (1925), l’interprétation probabiliste de Born (1926) et le principe d’indétermination de Heisenberg en 1927 ; on peut dire qu’au congrès Solvay de 1927, qui réunissait une trentaine des physiciens les plus connus de la planète, les bases essentielles de la « nouvelle théorie quantique » étaient posées.

12Compte tenu des délais de publication, il a fallu moins de deux années à Eugène Bloch pour faire passer dans l’enseignement universitaire, sous une forme compréhensible aux étudiants français, une révolution scientifique aussi radicale.

Figure 12 – L’œuvre magistrale d’Eugène Bloch (1930).

Vingt ans d’un travail de pionnier en spectroscopie

13Tout le travail de recherche en spectroscopie d’Eugène Bloch, effectué pendant une vingtaine d’années, entre les deux guerres mondiales, est destiné à fournir des données numériques précises aux modèles de cette nouvelle théorie quantique.

14Eugène Bloch se consacre particulièrement à la mesure des longueurs d’ondes ultraviolettes. Il met au point les nouveaux appareils nécessaires et, en collaboration avec son frère aîné Léon, philosophe reconverti à la physique, il établit les valeurs des niveaux d’énergie d’une trentaine d’éléments atomiques.

15Ce sont les développements du travail de pionnier en spectroscopie qui lui valent sa notoriété (voir son œuvre scientifique, p. 45). En 1927, il est nommé professeur à la Sorbonne et devient titulaire d’une chaire de physique théorique et mécanique céleste ; et durant l’année 1934, il est président de la Société française de physique.

L’inauguration du nouveau laboratoire, la révocation par Vichy et la déportation

16À la fin des années 1930, il travaille avec Abraham sur le projet de nouveau bâtiment pour le laboratoire de physique de l’ENS. La réputation scientifique de ces deux professeurs a dû compter dans la décision gouvernementale de construire effectivement ce bâtiment moderne. C’est à Eugène Bloch (sans doute en collaboration avec Georges Bruhat, autre opticien) que l’on doit l’aménagement au sous-sol de la « salle du réseau », avec sa table circulaire de béton, dont les fondations sont indépendantes du reste du bâtiment, de façon à la mettre à l’abri des vibrations pour les poses de très longue durée, nécessaires à cette époque (où l’on n’avait pas encore remplacé les bonnes vieilles plaques photographiques par les photorécepteurs électroniques, multiplicateurs d’électrons, nettement plus sensibles).

17Abraham prend sa retraite en 1937. Eugène Bloch lui succède à la direction du laboratoire ; et il aura la responsabilité de terminer la construction du nouveau bâtiment, puis de l’inaugurer en 1938.

18Mais Eugène Bloch ne profite pas longtemps de ce nouvel outil de travail. La Seconde Guerre mondiale éclate et, au printemps 1940, c’est l’exode vers le sud de la France ; en mai 1940, Bloch reçoit l’ordre de replier son équipe CNRS à Toulouse. En août-septembre il retourne à Paris, sur ordre, pour assurer la direction du laboratoire ; en décembre de la même année, le gouvernement de Vichy révoque les juifs de toutes les fonctions universitaires, et Bloch doit quitter le laboratoire.

19La chasse aux juifs démarre dans la zone occupée du nord de la France. En octobre 1941, Eugène Bloch et son frère Léon abandonnent Paris, s’enfuyant sans bagages ; ils réussissent à franchir clandestinement la ligne de démarcation, et se réfugient à Lyon, en « zone libre ». Ils y trouvent un accueil amical dans le laboratoire universitaire des professeurs Georges Déjardin et Max Morand (confirmé par un ordre de mission du CNRS en décembre 1941). Ce n’est qu’un répit de courte durée, la « zone libre » étant occupée à son tour en 1942 par les troupes allemandes ; en novembre 1942, Eugène Bloch se réfugie en Savoie, puis dans le Dauphiné, à Aix-les-Bains, sous une fausse identité. Il se rend à Annemasse pour tenter de franchir la frontière suisse ; mais n’y parvenant pas (sa haute taille, voisine de deux mètres, le rendant trop visible dans des groupes où il ne faut pas attirer l’attention), il se cache dans les montagnes qu’il connaît bien. Le 24 janvier 1944, la Gestapo l’arrête à Allevard. Il est envoyé à Montluc, puis au camp de Drancy, et déporté en Allemagne le 7 mars 1944. À partir de cette date, personne n’a plus aucune nouvelle. Il a certainement été assassiné à son arrivée à Auschwitz, comme Abraham.

20Seul son frère Léon réchappe de ces rafles généralisées. Arrêté par le gouvernement de Vichy après la rédaction d’un pamphlet satirique envers le maréchal Pétain, c’est la prison de Vichy qui aura empêché la Gestapo de le trouver.

L’œuvre scientifique d’Eugène Bloch

21En 1900, quand Bloch sort de l’ENS, la physique atomique commence à peine de naître à travers de nombreuses expériences de décharge électrique dans les gaz, conduisant à leur ionisation : les « rayons canaux » de Goldstein, en 1886, ont été la première manifestation des ions atomiques positifs produits dans ces décharges (une quinzaine d’années après les premiers rayons cathodiques, constitués d’électrons). En 1894, Lenard met au point les minces fenêtres que les rayons cathodiques peuvent traverser à l’extrémité des tubes cathodiques. En 1895, Jean Perrin montre que les rayons cathodiques transportent des charges négatives (première manifestation des électrons) ; et en 1897, J.J. Thomson identifie les électrons en mesurant le rapport e/m entre leur charge e et leur masse m, grâce aux déviations de leur trajectoire dans des champs électriques ou magnétiques.

22Ce domaine d’ionisation dans les gaz, utilisant les procédés les plus divers (décharge, flammes, rayons X, voire rayonnement radioactif), donne lieu dans les débuts à beaucoup de confusion ; et il nous paraît aujourd’hui largement démodé. Mais ce travail de « débroussaillage » est alors un passage obligé pour parvenir à l’identification des atomes et des ions ; et c’est dans ce domaine que Bloch commence sa thèse en 1900.

LA THÈSE SUR L’IONISATION DANS LA PHOSPHORESCENCE

23Il s’agissait de comprendre l’origine de la conductibilité électrique observée, en présence de phosphore, dans l’air soumis au phénomène de phosphorescence. C’était un problème difficile, sur lequel d’autres que lui avaient échoué, faisant des expériences non reproductibles et proposant des interprétations contradictoires.

24Eugène Bloch met au point une technique expérimentale nouvelle et très rigoureuse, permettant d’obtenir des résultats reproductibles : il fait passer un courant d’air sec, de vitesse contrôlée, sur du phosphore, également bien sec. L’utilisation d’une différence de potentiel suffisamment élevée, entre les électrodes de mesure, lui permet d’atteindre la saturation du courant d’ions récolté, c’est-à-dire le nombre total des ions formés. Une mesure précise de la mobilité de ces ions (leur vitesse de déplacement) et de leur recombinaison lui permet de montrer qu’il s’agit de « gros » ions (petits agrégats moléculaires), dont la masse est très supérieure à celle des ions ordinaires, produits par les rayons X par exemple. L’importance des résultats obtenus et le sérieux des contrôles justificatifs lui permettent de soutenir en 1904 une thèse qui fait impression dans le monde scientifique.

25Eugène Bloch reprendra cette étude quelques années plus tard, en coopération avec son frère aîné Léon. En effet, ce dernier, agrégé de philosophie en 1899, soutient en 1908 une thèse sur « la philosophie de Newton » ; mais il décide ensuite de s’intéresser aux sciences et soutient aussi, en 1911, une thèse de physique. Eugène et Léon, ensemble, reprennent alors le problème du phosphore, avec une technique plus élaborée qui leur permet de distinguer la production des ions, et simultanément d’ozone, dans trois zones distinctes correspondant soit à du simple phosphore (sans phosphorescence), soit aux zones de phosphorescence, soit, enfin, à des zones purement gazeuses (sans phosphorescence). Ils montrent que les ions et l’ozone sont produits simultanément dans les seules zones de phosphorescence. Ils en déduisent que l’ionisation est produite, en même temps que la lumière de phosphorescence, par l’oxydation d’une substance intermédiaire, qu’ils identifient comme de l’anhydride phosphoreux. Le problème de cette ionisation, et de la phosphorescence, est désormais parfaitement compris ; et il ne laisse plus aucune place à l’hypothèse formulée par J.J. Thomson d’un rayonnement spécifique.

L’IONISATION ET L’EFFET PHOTOÉLECTRIQUE DANS L’UV

26Après sa thèse, Eugène Bloch s’intéresse aussi aux travaux effectués par Lenard en 1900 sur l’ionisation produite dans l’air par la lumière ultraviolette. Il peut montrer que les poussières de l’air jouaient un rôle essentiel dans ces expériences. En effet, suivant le potentiel positif ou négatif de l’électrode qui attire ces « ions », on les recueille séparément. Bloch mesure leurs mobilités respectives : grande pour les charges négatives (qui peuvent être des électrons), mais petite pour les ions positifs, qui sont donc de « gros » ions. En filtrant soigneusement l’air envoyé dans la chambre d’ionisation, Bloch supprime complètement ces « gros » ions, qui peuvent être considérés comme produits par l’effet photoélectrique sur les poussières en suspension dans l’air (1908).

27Ceci le conduit à étudier aussi l’effet photoélectrique de la lumière ultraviolette sur les métaux (Lenard, 1902), en prenant le soin de le distinguer nettement des effets parasites secondaires, avec lesquels il était souvent confondu auparavant. Bloch est l’un des premiers (avec Ladenburg en Allemagne) à montrer l’importance d’opérer avec une lumière monochromatique de fréquence f, ou longueur d’onde l = c/f bien déterminées (figure 13). Les expériences de Lenard de 1902, citées par Einstein dans son article de 1905 sur l’effet photoélectrique, étaient effectuées avec la lumière totale (polychromatique) d’arcs électriques ou de décharges en étincelles, sans sélection de longueur d’onde, et elles ne permettaient pas la vérification de l’équation d’Einstein et du seuil en longueur d’onde. Bloch fournit ainsi, dans ses publications de 1908 et 1910, des arguments incontournables en faveur de l’explication théorique de l’effet photoélectrique proposée par Einstein.

28Dans l’article de 1910, où il présente ses expériences, il mentionne une collaboration avec Langevin pour un calcul de diffusion des photoélectrons dans l’air, servant à interpréter la courbe de saturation du courant photoélectrique (observé dans l’air) en fonction de la tension électrique appliquée à l’électrode collectrice.

29Les dernières expériences de Bloch sur l’effet photoélectrique, avant de passer à la spectroscopie, sont réalisées en 1912. Dans l’une d’entre elles, il construit une véritable cellule photoélectrique en vaporisant du sodium sous vide dans une ampoule en verre scellée. Le faisceau lumineux envoyé sur la couche de sodium est interrompu périodiquement par une roue dentée en mouvement de rotation. Le bon rendement de l’effet photoélectrique dans le sodium (comme dans les autres métaux alcalins) lui permet d’obtenir un courant photoélectrique modulé, d’intensité suffisante (une fraction de milliampère) pour actionner un téléphone, qui fait entendre un son d’autant plus aigu que la rotation est plus rapide. La fréquence maximum de l’appareillage étant de 2 000 cycles/seconde, il en déduit que l’effet photoélectrique est instantané, avec une constante de temps inférieure à 1/2 000 de seconde.

Figure 13-L’effet photoélectrique des métaux par Eugène Bloch (tiré de Le Radium, 1910).
a. La lumière UV de l’arc au mercure H passe à travers la fente d’entrée du collimateur C, qui la rend parallèle, avant d’être déviée par les deux prismes en quartz P. La lentille L fait dans le plan AA′ des images de la fente d’entrée, dont la position entre A et A′ dépend de l’angle de déviation par les prismes, c’est-à-dire aussi de la longueur d’onde. La fente F (hauteur 2 cm, largeur 1 mm) sélectionne l’image d’une seule longueur d’onde, qui seule atteint la plaque de métal M.
b. Vue latérale de la boite en laiton, dans laquelle la plaque M est suspendue par une tige métallique traversant le couvercle isolant. La boite elle-même est chargée positivement, afin d’attirer les électrons arrachés à la plaque M par la lumière. L’électromètre permet de mesurer le faible courant de déperdition de la plaque M.

30LE SERVICE DE TÉLÉGRAPHIE MILITAIRE (1914-1918)

31Nous renvoyons aux huit pages consacrées aux deux physiciens dans le chapitre sur l’œuvre scientifique d’Abraham (supra, p. 21). Elles ont été rédigées au pluriel, parce qu’elles décrivent une collaboration constante entre les deux hommes, attestée par les publications scientifiques rédigées en commun après la guerre. L’implication d’Eugène Bloch dans ce travail est confirmée par de nombreuses notes internes du Service de télégraphie militaire, et signées de leurs deux noms, pendant la guerre, et par les deux petits livres publiés après la guerre par Eugène Bloch seul (1923), qui en résument les parties essentielles. Son implication dans la mise au point du multivibrateur est attestée aussi par sa nomination comme chevalier de la Légion d’honneur en 1921, au titre des inventions intéressant la Défense nationale.

LA SPECTROSCOPIE DANS L’UV

L’environnement historique

32Un autre aspect de la physique atomique naissante, autour de 1900, était la spectroscopie, c’est-à-dire l’étude des longueurs d’onde lumineuses émises à partir des décharges électriques dans les gaz ; et l’on avait commencé à repérer les longueurs d’onde caractéristiques de chaque type d’atomes. La loi de Balmer (1885), reliant les longueurs d’onde caractéristiques de l’atome d’hydrogène, avait été simplifiée sous la forme donnée par Rydberg en 1889, en fonction des « nombres d’onde » 1/λ, inverses des longueurs d’onde. L’utilisation de ces « nombres d’onde » permettait une généralisation de la formule de Rydberg aux autres atomes sous la forme du principe de combinaison de Ritz en 1908. Un coin du voile commençait donc à se soulever ; il sera complètement levé par la théorie de Bohr pour l’atome d’hydrogène, en 1913, qui affermissait l’existence des niveaux d’énergie atomiques et permettait d’écrire les fréquences f12, ou les nombres d’onde 1/λ12, des émissions lumineuses comme conséquences de la conservation de l’énergie, dans la transition entre deux niveaux d’énergie : E2−E1=hf12=hc/λ12.

La mise au point de spectrographes pour l’UV lointain

33Dès 1912, Eugène Bloch décide d’abandonner les études d’ionisation et d’effet photoélectrique pour se consacrer, avec la collaboration de son frère Léon, à la mesure des longueurs d’onde atomiques, maintenant que l’on comprend leur signification physique. Il s’intéresse spécialement au domaine de l’ultraviolet, qu’il a utilisé pour l’ionisation, et qui est encore peu connu. En 1913, il entreprend la construction d’un spectrographe pour l’UV lointain, qui doit être vidé d’air (pour éviter les ionisations parasites) et équipé d’un prisme en fluorine, transparent jusqu’à la longueur d’onde la plus petite de 130 nanomètres (1 300 angströms).

34La Première Guerre mondiale interrompt ce travail de spectroscopie, qu’il reprend en 1918. Pour atteindre l’ultraviolet plus lointain, Eugène Bloch fait construire un nouveau spectrographe sous vide où la lumière ne traverse plus ni prisme ni lentille (en coopération avec la société d’instrumentation Beaudouin) ; son élément dispersif est un réseau de diffraction par réflexion, concave, qui permet la focalisation sans lentille et l’extension du domaine étudié vers les courtes longueurs d’onde, jusqu’aux environs de 20 nanomètres (figure 14). C’est, en 1925, le premier spectrographe à réseau sous vide fabriqué en France. La seule amélioration notable entre le spectrographe de Bloch et ceux d’aujourd’hui, c’est le remplacement des plaques photographiques par les détecteurs de photons avec multiplicateurs d’électrons beaucoup plus sensibles.

Figure 14 – Le spectrographe à réseau sous vide d’Eugène Bloch.

Commentaires de la figure 14 :

35Le gros tube métallique (1 m de long et 19 cm de diamètre) est fermé aux deux extrémités par des flasques en bronze, vissés de manière étanche au vide. On voit au milieu du tube le robinet R, qui le met en communication avec la pompe moléculaire d’Holweck (située sous la table), et le tube en verre T dans lequel une décharge douce permet le contrôle du vide.

36Le flasque avant (à droite sur la figure) porte à la fois :

  • la fente d’entrée du spectrographe, qui est cachée par le petit cylindre horizontal de la chambre d’étincelles, portant deux électrodes verticales (soumises à haute tension) et isolées par les tubes de verre qui leur servent de support ;
  • le support de la plaque photographique d’enregistrement du spectre, placé du côté intérieur ; les plaques photo sont mises en place et retirées pour développement en ouvrant la porte carrée latérale D après avoir fait une rentrée d’air ;
  • visibles à l’extérieur, les manettes (aux allures de poignées de robinets) que l’on peut visser ou dévisser, sans fuite d’air, pour régler les positionnements précis de la fente et de la plaque photo sous vide.

37La flasque arrière (à gauche sur la figure) porte le support du réseau de diffraction concave (à 571 traits par mm) qui forme les images de la fente d’entrée sur la plaque photo. Cette flasque porte, bien sûr, des manettes analogues à celles de l’avant pour positionner le réseau sous vide.

Rotation (dispersion rotatoire)

Rotation (dispersion rotatoire)

Ellipticité (dichroïsme circulaire)

Ellipticité (dichroïsme circulaire)

La mesure du degré d’ionisation des ions excités

38Nous avons dit plus haut qu’Eugène Bloch avait abandonné les études d’ionisation ; mais ce n’est pas tout à fait vrai, car il va utiliser sa connaissance des méthodes de détection des ions pour les identifier dans les décharges électriques de ses lampes spectrales. Cela lui permet de distinguer les raies spectrales émises par les atomes A de celles qui sont émises par les ions A+ une fois ionisés ou les ions A++ deux fois ionisés, etc.

39Une des méthodes utilisées pour y parvenir consiste à faire une image stigmatique, avec une lentille achromatique, de la source lumineuse sur la fente d’entrée du spectrographe : de cette façon on obtient sur la même plaque photographique, à différentes hauteurs, des spectres différents, correspondant à divers points de la source lumineuse situés à des hauteurs différentes ; ceci renseigne sur la répartition dans la source lumineuse des atomes neutres et des ions de divers degrés d’ionisation.

La recherche d’excitations plus violentes pour l’UV lointain

40Elle amène Bloch à remplacer les spectres d’arc, ou d’étincelles, couramment utilisés, par les spectres « d’étincelles condensées », produites par exemple par la décharge électrique sous l’eau ou la décharge haute fréquence, sans électrodes. Il utilise dans ce dernier cas son expérience des générateurs HF, acquise au service de la télégraphie militaire, pendant la guerre. Ces excitations plus violentes permettent de produire et d’étudier des ions plus fortement chargés.

41Tout ce travail de spectroscopie est destiné à permettre la détermination des niveaux énergétiques des atomes, des ions ou des molécules, qui est d’importance capitale pour le développement des théories quantiques sur la structure électronique de la matière.

42Mais il serait fastidieux de passer en revue l’énorme travail de spectroscopie effectué par Eugène Bloch, avec la collaboration de son frère, pendant plus de vingt ans, jusqu’en 1939. Nous terminerons ce paragraphe en citant un témoignage du grand spectroscopiste Bengt Edlén, professeur à l’université de Lund en Suède, dans une lettre adressée au professeur Kastler en 1968 (et traduite par ce dernier), où il parle des frères Bloch :

Leurs premières publications datent de 1914 ; à ce moment cette région de l’ultraviolet extrême avait été rendue accessible par Victor Schumann en Allemagne et Théodore Lyman aux États-Unis ; et les frères Bloch se sont élevés rapidement au rang de pionniers dans ce domaine. Après une interruption due à la Première Guerre mondiale, ils ont publié, à partir de 1920, une longue suite de travaux du Laboratoire de physique de l’École normale supérieure, comportant des descriptions de plus en plus raffinées des spectres atomiques d’un grand nombre d’éléments dans différents degrés d’ionisation. Lorsque j’ai moi-même abordé ce champ de recherches en 1928, les données les plus précieuses sur les spectres ultraviolets des métaux étaient celles des frères Bloch. La grande qualité de leur travail a conféré à cette œuvre une valeur permanente, et aujourd’hui encore, après quarante ans, nous consultons avec fruit les tables de longueurs d’onde publiées par les frères Bloch…

43Pour donner une idée de l’ampleur du travail effectué par les frères Bloch, il faudrait citer la trentaine d’éléments chimiques dont ils ont mesuré les longueurs d’onde caractéristiques. L’ensemble des 92 éléments est représenté couramment sous la forme du tableau périodique de Mendeleiev ; compte tenu des quatorze éléments de terres rares, représentés dans une seule case du tableau, celui-ci ne comporte que 78 cases. Eugène et Léon Bloch ont donc fourni des données importantes sur plus du tiers des cases de ce tableau (figure 15).

Figure 15 –Tableau de Mendeleiev des 92 éléments chimiques, avec leurs numéros atomiques (nombre d’électrons). Les éléments étudiés par les frères Bloch sont soulignés en caractères gras.

Table des illustrations

Légende Eugène Bloch
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Légende Figure 11 – Premier livre d’Eugène Bloch en 1921(ici la sixième édition parue en 1946).
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Légende Figure 12 – L’œuvre magistrale d’Eugène Bloch (1930).
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Légende Figure 13-L’effet photoélectrique des métaux par Eugène Bloch (tiré de Le Radium, 1910).a. La lumière UV de l’arc au mercure H passe à travers la fente d’entrée du collimateur C, qui la rend parallèle, avant d’être déviée par les deux prismes en quartz P. La lentille L fait dans le plan AA′ des images de la fente d’entrée, dont la position entre A et A′ dépend de l’angle de déviation par les prismes, c’est-à-dire aussi de la longueur d’onde. La fente F (hauteur 2 cm, largeur 1 mm) sélectionne l’image d’une seule longueur d’onde, qui seule atteint la plaque de métal M.b. Vue latérale de la boite en laiton, dans laquelle la plaque M est suspendue par une tige métallique traversant le couvercle isolant. La boite elle-même est chargée positivement, afin d’attirer les électrons arrachés à la plaque M par la lumière. L’électromètre permet de mesurer le faible courant de déperdition de la plaque M.
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Légende Figure 14 – Le spectrographe à réseau sous vide d’Eugène Bloch.
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Titre Rotation (dispersion rotatoire)
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Titre Ellipticité (dichroïsme circulaire)
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Légende Figure 15 –Tableau de Mendeleiev des 92 éléments chimiques, avec leurs numéros atomiques (nombre d’électrons). Les éléments étudiés par les frères Bloch sont soulignés en caractères gras.
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© Éditions Rue d’Ulm, 2009

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