Histoire de la Luminescence

Le XVIIème siècle : le siècle des premiers phosphores et le début de la véritable démarche scientifique

Au 17ème siècle, les croyances dans les légendes sur les pierres phosphorescentes extraordinaire s'estompent et une vision plus réaliste apparaît. Thomas Browne (1605-1681 p71) physicien et écrivain, expose son avis sur la question dans son livre « Pseudodoxia Epidemica » c'est à dire : recherche sur des erreurs communes ( Inquiries into Vulgar errors) (livre 2 chap 5 de la seconde edition publiée en 1650). Il y met en doute la croyance selon laquelle l'escarboucle brille la nuit comme un charbon ardent, citant Anselme de Boot (Anselmus Boëtius) qui n'a jamais pu observer cette propriété de l'escarboucle mais qui l'a par contre observée chez le diamant. Browne en conclut que la splendeur, la brillance de certaines pierres extraordinaires de rubis (escarboucle) ont pu faire penser à la brillance du feu (on parle aujourd'hui du feu des gemmes) et par métaphore en acquérir le nom d'escarboucle (…) La pierre de Bologne En 1612 Galilée présente la pierre de Bologne à La Galla La découverte de la pierre de Bologne amènera une fameuse controverse entre Galilée et Licetti concernant la lumière de la Lune C'est en occident la première découverte certifiée du « stockage » de la lumière par un matériau Différentes dénominations de la pierre de Bologne : Lapis Solaris, Lapis Lunaris, Lapis Lucifer, Lapis Illuminabilis, Lapis Phengis, Spongia Solis, Luna terrestris, Litheophosphorus. Le groupe scientifique autour du Comte Marsigli portait le nom de Philosophi Inquieti. Marsigli publie en 1698 un livre sur la pierre de Bologne Les cabinets de curiosités Un des livres les plus importants sur les cabinets de curiosités du XVIIème siècle est le Museum Museorum other Vollstandige Schau-Bühne publié à Frankfort sur le Main en 1704 par Michaël Bernhart Valentini (1657-1729). Il s'agit de trois volumes pour un total de 520 pages écrites en allemand. Le premier tome parle des minéraux et des métaux ; le volume deux traite des graines, racines et plantes et le troisième, des animaux. Il ne s'agit pas simplement d'une liste des objets de ces cabinets de curiosités mais surtout d'une synthèse de toutes les connaissances concernant ces objets et de références littéraires : une véritable encyclopédie d'histoire naturelle. Dans la première édition de 1704, il n'y a qu'une courte description (page 52) de la Lapis Bononiensis intitulée « Einen anderen freubden Risselstein ». La seconde édition en 1714 contient un total de 1136 pages et consacre de nombreuses pages à la luminescence, notamment des plantes , des animaux et des minéraux. Le chapitre IV « Von denen leuchtenden Blitz und brennenden Steinen » décrit les différents phosphores connus à l'époque : Phosphorus Ignius ou fulgurans ou encore pyropus (l'élément phosphore découvert par Brand), la Lapis Bononiensis (Pierre de Bologne), le phosphore de Balduin, le phosphorus Smaragdinus ou thermophosphorus et le phosphore mercuriel de Picard et Bernouilli. 4 pages en tout sont consacrées aux phosphores et sont complétées d'une planche (gravure sur bois) représentant la Pierre de Bologne. Kircher ( , ): prêtre jésuite allemand Ars Magna Lucis et umbrae (Rome 1646) L'ouvrage comporte 800 pages. Le chapitre VIII du livre 1 traite de la luminescence des pierres. Kircher parle aussi de la luminescence dans Ars Magnetica (1641) et dans Mundus Subterraneus (1664). Il signale par ailleurs qu'il a retrouvé la même pierre à Tolpha qu'à Bologne. Dans son livre de 1646, Kircher signale la luminescence de l'extrait de « Lignum Nephreticum » appelé ainsi parce que recommandé en 1565 par Nicolas Monardes (1493-1588) pour les maux de reins. Une infusion de ce bois montre différentes couleurs « en fonction de l'intensité de la lumière » dans laquelle on l'observe » dit Kircher, ce qui n'est pas exact. En fait, en lumière transmise la solution est jaune et bleue en lumière réfléchie (fluorescence). Kircher semble être le premier à avoir observé et consigné par écrit ce phénomène de fluorescence d'un liquide. Il est souvent considéré pour cette raison comme le découvreur de la fluorescence. Triboluminescence : abordé dans le livre intitulé les « Saggi » (expériences) publié en 1667 et qui constitue la somme des travaux du groupe nommé Academia del Cimente (Académie des expériences) constitué à Florence dix ans plus tôt. En 1676, C A Baldewein présente son « Phosphorus hermeticus » au Roi Charles II qui le présente lui-même à la Royal Society of London (fig 8) Elsholz en 1677 restreindra le terme phosphorus à la seule désignation de l'élément phosphore, Phosphore servant pour toutes les autres substances émettant de la lumière. Un livre remarquable (voir fig7) du 16ème siècle, de plus de 400 pages sur la luminescence, le second traité jamais écrit complètement dédicacé à ce sujet et qui fût largement copié par les écrivains qui suivirent est le livre de Thomas Bartholin (1616-1680) « De Luce Animalium » publié en 1647 à Lugduni Batavorum (Leyden). Le livre connaîtra une seconde édition en 1669 jumelé comme nous l'avons déjà dit à l'œuvre de Gesner « De Lunariis » que Bartholin a amendé sous le titre De Luce Hominum et Brutorum. Thomas Bartholin est un médecin Danois de Copenhague, issu d'une famille de savants distingués. Son père est professeur de médecine à l'université et son frère a… ???? Lui-même après avoir beaucoup voyagé en Europe devint professeur d'anatomie à l'université de Copenhague. Bartholin raconte d'ailleurs que c'est l'observation de viande de mouton luminescente sur un marché de Montpellier lors d'un de ses nombreux voyages qui l'incita à s'intéresser à ce phénomène. Il est aussi le découvreur de la double réfraction du spath d'Islande en 1669. Dans son livre Bartholin décrit tous les phénomènes luminescents connus à l'époque, imaginaires comme réels, organiques et inorganiques. . Dans le chapitre 2 du livre 1, il relate les histoires habituelles concernant la fluorescence des pierres précieuses : escarboucles, rubis, saphir… Dans le chapitre 3, il mentionne le soufre et bien sûr, la pierre de Bologne. Découverte de l'élément Phosphore proprement dit (1669) …… Différence entre l'urine des buveurs de vin et de bière et impact sur la préparation du phosphore p153 Dans la troisième partie du 17ème siècle, trois nouvelles substances synthétiques apparaissent : - le phosphore avec Brandt (1669). Kunckel, Kraft, Leibniz et Boyle chercheront à percer le secret de la fabrication de ce nouvel élément. - Le phosphorus Balduinus (Nitrate de Calcium) en 1675. - ???? Première véritable expérimentation sur la bioluminescence (1671) Robert Boyle (1627-1691) observe la disparition de la luminescence du ver luisant lorsqu'on le place sous une cloche à vide dont on pompe l'air et sa réapparition lorsqu'on laisse à nouveau l'air pénétrer. Ce fait est publié dans « Tracts Touching the Relation betwixt Flame and Air » (1671). Ceette expérience peut être considérée comme la première véritable expérimentation sur la chimie de la bioluminescence. Boyle considère stupide la croyance en une « Liquor Lucidus » préparée à base de vers luisants. Il écrit : « The shyning property of the tayles of glow worms does survive but so short a time the little animal made conspicuous by it » En 1663 Robert Boyle annonce que le Diamant possède la même propriété que la pierre de Bologne. En 1686, pour expliquer la phosphorescence de la mer, Tachard un écclésiastique affirme que l'eau des océans absorbe la lumière du soleil pendant la journée pour la restituer la nuit. Boyle pensait que la lueur des vagues provenait de la friction de l'eau. Il imaginait que l'atmosphère frottait sur l'eau de la mer à cause de la rotation de la terre et que cette friction avait pour effet direct l'émission de chaleur et de lumière. Boyle s'intéressa également beaucoup à la phosphorescence du bois pourri, du poisson etc… et fit beaucoup d'expériences. Le début de l'électroluminescence Le début de l'électroluminescence peut être daté précisémment par la première observation par Jean Picard (1620-1682) en 1675 de la lumière verdâtre émise par le vide se trouvant au-dessus du mercure dans un baromètre. Johan Bernoulli (1667-1748) se penchera sur le phénomène en 1700 ainsi que Francis Hauksbee entre 1704 et 1708. Ce phénomène sera appelé phosphore mercuriel. Découverte de la thermoluminescence La thermoluminescence est découverte en tant que phénomène spécifique en 1676 par Johan Sigismund Elsholtz (1623-1688) qui observe la lumière émise par certains échantillons de fluorite légèrement chauffés dans l'obscurité. Il appelle cette substance le « Phosphorus Smaragdinus » ou « Phosphore Thermique ». En 1676 donc, les principaux phosphores étaient au nombre de quatre : le phosphore de Bologne, le phosphore de Balduin (découvert en 1675 et à base de nitrate de calcium), le phosphore mirabilis (l'élément phosphore proprement dit) et le phosphore smaragdinus. C'est pourquoi Helmholtz intitulera en 1676 son livre « de Phosphoris Quatuor » et Heinrich Oldenburg (1626-1678) écrira un article dans Philosophical Transaction qui porte le titre : « Four Sorts of Factitions Shining Substances » Très rapidement, en 1693, un nouveau phosphore artificiel viendra s'ajouter à la liste : le phosphore d'Homberg (Wilhelm Homberg 1652-1715), un chlorure de calcium impur qui possède la propriété d'être triboluminescent quand on le broie ou quand on le griffe, propriété qui était déjà connue pour le sucre. Homberg its chemical laboratory. Subsequently he became teacher of physics and chemistry (1702), and private physician (1705) to the duke of Orleans. His death occurred at Paris on the 24th of September 1715. Homberg was not free from alchetnistical tendencies, but he made many solid contributions to chemical ano physical knowledge, recording observations on the preparation of Kunkel's phosphorus, on the green colour produced in flames by copper, on the crystallization of common salt, on the salts of plants, on the saturation of bases by acids, on the freezing of water and its evaporation in vacuo, &c. Much of his work was published in the Recucil de l'Académie des Sciences from 1692 to 1714. The Sal Sedativum Hombergi is boracic acid, which he discovered in f 702, and "Homberg's phosphorus" is prepared by fusing sal-ammoniac with quick lime. A part les livres de Nicolas Lémery (1645-1715) « Cours de Chymie » (Paris 1675) et de jacques Rohault (1620-1675) « Traité de Physique » (1671), aucun autre traité de chimie ou de physique du 17ème siècle ne parle de la luminescence, bien qu'ils décrivent le principe de la calcination qui a prévalu à la découverte de la pierre de bologne ! La luminescence est plutôt abordée dans des conférences dont les textes sont parfois publiés. P126 Boyle est sans aucun doute le premier à décrire la phosphorescence, la thermoluminescence, l'électroluminescence et la triboluminescence dans une même substance, en l'occurrence une substance noble : le diamant. En 1662, il constatait en effet que le diamant était non seulement phosphorescent après avoir été exposé à la lumière d'une chandelle, mais aussi lorsqu'on le chauffait légèrement ou lorsqu'on le frottait avec un tissu de laine. Il savait aussi que le diamant devenait lumineux lorsqu'on le brisait et il observe en 1663 qu'un diamant appartenant au roi devenait lumineux lorsque « one brisk stroke of a bodkin » Fig 13 Fireflies dans une bouteille ; expérience de Domenico Bottoni (1641-1731) Un autre français, Edme Mariotte (1620-1684) a également traité de la luminescence dans son « Traité de la nature des couleurs » (Paris 1688) et il note la couleur des différentes flammes et de la luminescence des phosphores. Histoire du phosphore : Paracelse , contemporain de Georg Agricola (1490 – 1555) Il est possible que Paracelse ait découvert le phosphore avant Brandt, mais il n'y a pas prêté attention. Avant 1700 donc, tous les types de luminescence étaient connus et reconnus excepté la cristalloluminescence. Les premières découvertes des alchimistes Il faudra attendre le 16ème et le 17ème siècle et l'essor de l'alchimie pour que l'on s'intéresse à la compréhension et à la reproduction du phénomène. Les alchimistes utilisaient souvent la lumière comme symbole de l'esprit et le soleil entouré de ses rayons dorés comme symbole de l'or. Aussi étaient-ils particulièrement intéressés par cette lumière du soleil qui semblait piégée dans la matière phosphorescente. Cette recherche sur la phosphorescence était également couplée à une autre recherche qui tenait à cœur les alchimistes, celle d'un feu perpétuel, d'une lampe qui brûlerait à jamais sans s'éteindre. Ils trouvèrent dans la nature certains matériaux lumineux (animaux, végétaux, champignons…) et étudièrent la possibilité d'en extraire et d'isoler la substance responsable de cette propriété. L'encadré ci-contre reprend une de ces recettes tirée du livre « The Art of Distillation » de John French (1651) pour extraire et dissoudre dans de l'eau la substance lumineuse des vers luisants ! Grâce aux travaux des alchimistes il existait au 17ème siècle en occident trois substances différentes auxquelles on donnait le nom de « Phosphorus » ; la première fut la « Pierre de bologne » ou « Bologna Phosphorus » découverte en 1602 par Casciarolo, la seconde, le phosphore, élément chimique découvert par Brandt en 1669.et enfin, le « Balduin's Phosphorus Hermeticus » apparu vers 1675 La Pierre de Bologne allait devenir le premier objet d'étude scientifique du phénomène de luminescence et passionna bien des générations de curieux et d'hommes de sciences. L'alchimie La période qui s'étend du début de l'ère chrétienne jusqu'au 17-18ème siècle est connue sous le nom de période de l'alchimie. Le mot provient de l'arabe alkimia composé de l'article al et du mot kimia qui viendrait du grec chyma (fondre ou mouler le métal) ou du mot égyptien chem qui désigne l'Egypte qui fut en occident le berceau de l'alchimie. On ne connaît cependant ni le lieu exact ni l'époque où naquit vraiment cet art étrange et souvent sulfureux qu'est l'alchimie dont les adeptes furent légions aussi bien en occident qu'en orient et particulièrement en Chine. C'est d'abord une philosophie à base expérimentale, trouvant son origine à Alexandrie, centre intellectuel de la civilisation gréco-romaine. La bibliothèque de cette ville (brûlée au VIe s. par des envahisseurs arabes) contenait toute la sagesse de l'Antiquité ainsi que les connaissances tirées de l'alchimie arabe et juive (Marie la juive inventa le Bain-marie), et attirait beaucoup de savants. Sa situation géographique faisait d'Alexandrie un carrefour obligé entre les civilisations du Moyen-Orient et l'occident. C'est aussi un "art sacré" (mouvement spirituel, ésotérique, mystique et secret). Un alchimiste, en purifiant la matière, essaie de se purifier lui-même. Les alchimistes croyaient que les métaux pouvaient être convertis en or à l'aide d'une substance mystérieuse appellée "Pierre Philosophale" qui devait également plus tard - sans doute sous l'influence de l'alchimie chinoise introduite par les textes islamiques - servir à produire un « elixir de vie ». La nature de cette pierre était variable selon les écoles : véritable pierre pour certains, teinture ou encore poudre pour d'autres. Au vu de ce passage d'un traité d'alchimie chinois, on peut sans doute rapprocher l'elixir de vie d'un aphrodisiaque quelconque (Peut-être de l'opium ?) : « Lorsque la poudre d'or pénètre dans les cinq entrailles un nuage se dissipe comme nuées balayées par le vent. Le vieux radoteur se mue en jeune homme plein de désirs. » Et voilà notre vieillard tout rajeuni ! Beaucoup de nouveaux éléments chimiques furent découverts pendant cette période, bien que peu de découvertes sur la nature des réactions chimiques et sur la nature fondamentale de la matière furent faites. Les théories alchimiques, basées sur les postulats d'Aristote et modifiées plus tard par la « doctrine des deux contraires », étaient tellement éloignées de la réalité chimique qui allait être découverte bien plus tard, qu'il ne pouvait en être autrement. Mais les alchimistes étaient d'infatigables expérimentateurs… Ainsi, le phosphore, le bismuth, l'arsenic, le zinc et l'antimoine furent découverts par les alchimistes qui connaissaient déjà le mercure, le cuivre, l'or, l'argent, le plomb, l'étain, le fer le soufre et le carbone issus de l'histoire de l'humanité. Au fil du temps, les alchimistes formèrent un petit groupe plein de mystère dissimulant ses formules sous des symboles indéchiffrables pour les non initiés : l'étoile signifiait le cuivre, la clé le sel courant, le croissant et la couronne le salpêtre, le poisson le mercure, le soleil le sel d'ammoniac etc. Tous ces symboles évolueront au cours du temps jusqu'aux symboles chimiques utilisés de nos jours comme le montre la figure ci-dessous : Pour transmettre leur savoir à leurs disciples soigneusement choisis, de nombreux ouvrages illustrés de dessins symboliques et allégoriques furent écrits. Le tableau ci-dessous de David Tenier le Jeune, peintre flamand du 17ème siècle représente l'atelier d'un alchimiste représenté ici avec sa toque bordée de fourrure, symbole de ceux qui prétendaient détenir la pierre philosophale. David Tenier le Jeune, peintre flamand du 17ème siècle L'illustration satirique ci à côté est extraite de la chronique Mer des Hystoires du 15ème siècle. On y voit un alchimiste se boucher le nez pour manipuler une mixture nauséabonde que sa femme le presse de changer en or. L'alchimiste allemand Helvetius se plaignait d'ailleurs que sa femme « le harcelât jusqu'à ce qu'il tentât l'expérience faute de quoi elle ne le laissait reposer ni dormir de la nuit ». Voilà des méthodes qui raviraient nos chimistes modernes ! Beaucoup d'alchimistes amateurs n'étaient motivés que par le désir de s'enrichir rapidement, transformant leur maison en laboratoire et réduisant par leur cupidité leur famille à la misère. On les appelait parfois les « pouffeurs » à cause de leurs soufflets qui fonctionnaient jour et nuit. La gravure de Pierre Breughel le vieux (1558) ci-dessous montre les malheurs des alchimistes amateurs dont le garde-manger et la bourse sont vides et qui si l'on observe le coin supérieur droit de la gravure, ne peut selon Breughel que mener à l'hospice. Pierre Breughel le vieux (1558) Au 13ème siècle, des alchimistes comme Roger Bacon, Albertus Magnus et Raymond Lully réalisèrent que la quête de la "Pierre Philosophale" en elle-même était sans intérêt. Ils commencèrent à sentir que les alchimistes feraient mieux de chercher le moyen d'aider le monde à utiliser de nouveau produits et à travailler avec de nouvelles méthodes. Voici ce que dit Bacon : « L'alchimie peut se comparer à ce vigneron disant à ses fils qu'il leur laisse de l'or enterré dans un coin du vignoble. En vain, les fils creusent. Mais en retournant la terre au pied des vignes, ils préparent un crû abondant. Ainsi la quête de l'or a-t-elle donné naissance à mille inventions utiles et instructives… » Dans un autre manuscrit du 13ème siècle qui lui est attribué, voici comment il décrit la fabrication de la poudre : « Prends 7 parts de salpêtre, 5 de branches de jeune noisetier et 5 de soufre et tu déchaîneras le tonnerre et la destruction si tu sais t'y prendre ». La distillation, la cristallisation, la fonte et l'alliage des métaux sont des techniques qui ont été mises au point par les alchimistes qui ont véritablement introduit l'approche expérimentale de la matière. Au 16ème siècle apparaît un autre leader important de ce mouvement, talentueux autant qu'agressif, le suisse Philippus Theophrastus Aureolus Bombastus von Hohenheim (1492 - 1541) qui selon l'habitude des gens cultivés de l'époque adopta le nom latin sous lequel il est bien plus connu: Paracelsus. Ce nom voulant dire "superieur à Celsus" qui était un médecin romain du premier siècle avant JC. Cependant, selon une autre explication, le choix de ce nom proviendrait de la traduction gréco-romaine de Hohenheim qui signifie « près du ciel ». Paracelse insiste sur le fait que l'objet de l'alchimie devait être bien plus de guérir les maladies que de rechercher l'or. Il reconnaissait 3 éléments: le sel, le soufre et le mercure (appellé élixir), qui, s'ils se trouvaient dans le corps en bonne proportions, assuraient la santé. Sur cette base il pratiqua la médecine et fit de nombreux émules. On nomme cette période "iatrochimie", c'est à dire la chimie appliquée à la médecine (du grec iatros, «médecin»). Nommé, en 1526, professeur à l'université de Bâle, il scandalise en donnant ses cours en allemand (alors que le latin était la langue officielle de l'Université). Dénonçant l'enseignement traditionnel, il propose une thérapeutique originale fondée sur l'emploi de composés minéraux et professe des théories nouvelles: selon lui, l'homme peut connaître le monde qui l'environne et améliorer sa condition naturelle. Mais l'un des premiers véritables chimistes scientifiques fut un auto didacte anglo-irlandais comtemporain de Newton, Robert Boyle (1627-1691). Dans un livre intitulé "The Sceptical Chymist (1661)", Le chimiste sceptique, il exprime ce qu'il pense de certaines théories qu'il trouve erronées, telles la théorie d'Aristote, rejette les éléments des iatrochimistes et initie la liste des éléments chimiques en commençant par définir la notion d'élément : Par élement, écrivait Boyle, j'entends certains corps primitifs et simples libres de tout mélange, qui ne sont faits ni d'autres corps ni les uns des autres et sont les ingrédients de tous ceux appelés mélanges parfaits et en lesquels ils se résolvent finalement ». Nous sommes alors au milieu du 17ème siècle et on ne peut qu'apprécier dans ce contexte l'exactitude de cette définition qui fait bien de lui l'un des pères de la chimie moderne ! Il montra également que le test de la coloration de la flamme (« l'épreuve de la flamme ») pouvait signaler de manière sensible et non équivoque la présence d'un élément particulier ouvrant la voie vers la spectroscopie de flamme. Son nom est également associé à une loi concernant le volume et la pression des gaz. Chrétien convaincu, en 1680, il publie "The Christian Virtuoso" dans lequel il affirme que l'étude de la nature est un des principaux devoirs de la religion. En 1661 il aida à la fondation d'une association scientifique qui deviendra plus tard la "Royal Society of England". Il y avait du génie dans cet homme ! Take [slices of] Lignum Nephreticum and put about a handful of these slices into two […] pounds of the purest spring water ; let them infuse there a night. Decant this impregnated water into a clear glass phial.[...] If you hold this phial from the light so that your eyes be placed betwixt the window and the phial, the liquor will appear of a deep and lovely ceruleous color. […] This and other phenomena wich I have observed in this delightful experiment, divers of my friends have looked upon not without wonder Robert Boyle In 1617, Jacques Rohault, a noted French mathematician and physicist, decided that the sea seemed to sparkle when disturbed because the salt was crashing against itself in the heated waters and producing light. Historical scientists observed the light emitting sea was more active in the summertime. This is correct, as the bioluminescent plankton is in season at that time and therefore is much more abundant. Yet in 1688 Pere Guy Tachard decided that the glow of the sea was attributed to the heat of the sun, which would penetrate the sea, filling it during the day with an infinity of fiery and luminous spirits. Then by night the haunted sea would reunite in the dark to pass the spirits out in a violent state. Yet not all scientists of the past were so far fetched. Some based their theories on observation and facts such as Domenico Bottoni, an Italian physicist who saw that when the wings of a firefly are tied down, their light fades because of the lack of motion. He related this to the sea in the same way; the glitter of the sea depends on motion. He had no idea that he made the correct link between those two elements as they are caused by the same chemical reaction

Conclusion sur le 17ème siècle

 

 


 

Le XVIIIème siècle : le siècle des lumières est aussi le siècle de la luminescence !

Au XVIIIème siècle, la connaissance évolue rapidement.

Le premier livre de ce siècle traitant de la luminescence est le livre de Francis Hanksbee intitulé « Physico-mechanical Experiments » (1ère édition en 1709 et une autre en 1719) qui aborde la luminescence produite par frottement des flacons sous vide et associée à un champ électrique.
Le 18ème siècle sera d’ailleurs le siècle qui marquera le début de l’étude de l’électricité.
On peut presque comparer l’impact qu’auront les expériences d’Hanksbee sur l’électroluminescence à celui de la découverte de la pierre de Bologne par Casciarolo au 17ème siècle.

En 1715 de Mairan (1678-1771) publie à Paris un essai de 54 pages sous le titre « Dissertation sur la cause de la lumière des phosphores et des noctiluques ». de Mairan était non seulement un scientifique mais également un littéraire, intime de Voltaire. Il publie entre autres les « Lettres de Chine ».
Plus tard en 1733, il s’intéressera et deviendra célèbre grâce à sa théorie sur les aurores boréales publiées dans son « Traité Physique et Historique de l’Aurore Boréale ». Dans cet essai, de Mairan discute de la nature de la lumière et présente les deux théories en vigueur à son époque (ondulatoire et corpusculaire) et opte pour la théorie corpusculaire. Il classe les phosphores en deux catégories : les phosphores naturels (luminescence du diamant, triboluminescence du sucre, aurores boréales, feux de st Elme, bioluminescence des vers luisants, les lucioles, luminescence du bois putrifié etc.) et ceux artificiels crées par l’homme (phosphore de Kunckel, de Balduin, de Homberg, pierre de Bologne et luminescence du mercure dans les baromètres). Il explique leur luminescence par le mouvement et l’agitation des corpuscules qu’ils contiennent à cause d’une « fermentation » ou d’une agitation externe (frottement par exemple)
MAIRAN, Jean Jacques d'Ortous de., Traité Physique et Historique de l'Aurore Boréale. Paris: Imprimerie Royale, 1733.

Large woodcut vignette on title & 15 folding engraved plates. 4 p.l., 281 pp. Large 4to, cont. calf, spine gilt, red morocco lettering piece on spine. Paris: Imprimerie Royale, 1733. First edition of the first exhaustive treatise on the aurora borealis. Mairan attributed the phenomenon to an extension of the sun's atmosphere, which at times enveloped the earth and blended with our atmosphere. "Inquiry into the history and physics of the aurora borealis; the chapter on the relation between the aurora and the magnetic declination is of special interest."Wheeler Gift 382(2nd ed. only). There are many references to Newton, Cassini, Euler, and Descartes. Mairan (1678-1771), while basically a Cartesian, did incorporate some Newtonian ideas in his theories. He was secretary of the Paris Academy of Sciences and belonged to the Royal Societies of London, Edinburgh, and Uppsala, the St. Petersburg Academy, and the Institute of Bologna. Fine copy. Old royal stamp on title. ¤ D.S.B., IX, pp. 33-34. See E. Newton Harvey's A History of Luminescence, pp. 258-59 for an excellent discussion.

$US1250 Jonathan A. Hill, Bookseller Inc.

Fig 16
Une autre monographie de 342 pages est publiée en 1717 à Amsterdam (Amstelodami) par Johan Heinrich Cohausen (1665-1750) sous le titre « Lumen Novum Phosphoris Accensum, sive de causa lucis in phosphoris tam naturalibus, quam artificialibus ».
Le livre contient trois parties, elles-mêmes subdivisées en sections.
La première partie traite des phosphores naturels et comprends deux sections, l’une consacrée aux phosphores de l’air (« de Meteoris Lucidus et Igneis »), de la mer (« De Lumen Maris ») et de la terre (« De Phosphoris Mineralium, Lapidium et Gemmarum ») ; la seconde section parle de la luminescence des animaux et des plantes.
La deuxième partie contient aussi deux section dont la première décrit les phosphores fabriqués par l’homme (Pierre de Bologne, Nocticula Aeria et fulgurante (provenant de l’urine) et le phosphore de balduin) et la seconde des phosphores tirés des plantes et du phosphore mercuriel.
La troisième partie est consacrée principalement au phosphore de Balduin qui faisait la gloire des Allemands.

Charles François de Cisternay Dufay (1698-1739) réalise de nombreuses investigations sur les substances luminescentes et sur les minéraux et les pierres précieuses en particulier. Les résultats de celle-ci sont publiées dans les mémoires de l’académie française des sciences en 1726, 1732 et 1738.
En 1723 il écrit un article sur la luminescence du baromètre.

En Italie, un groupe de chercheurs dirigé par Jacopo Bartoloméo Beccari (1682-1766) réalise de nombreuses expériences sur les matériaux luminescents minéraux et organiques et publie entre 1731 et 1747 de nombreux articles dans les « Commentarii de Bonanensi », le journal officiel de l’Institut des Sciences et des arts de bologne fondé par le Compte Marsigli en 1711.

Dans ce groupe on retrouve Domenico Maria Gusmano Galeati (1686- 1775), Guiseppe Monti (1682-1760) et Francesco Zanotti (1692-1777).
Ces expériences augmentent considérablement le nombre de substances connues pour être luminescentes ; ils testent le papier, des extraits de plantes etc.
Dans deux articles publiés en 1744 et 1747, Beccari va également définir une classification de la luminescence très proche de la classification moderne basée sur le type d’excitation.
Beccari et son équipe parviennent à conserver la bioluminescence du Pholas dactylus en formant une pâte par mélange de l’animal et de miel ou de farine. Cette pâte pouvait être conservée un an et une fois mouillée émettait une luminescence.

Les encyclopédies du 18ème siècle :

Dans les nombreuses encyclopédies du 18ème siècle, on retrouve souvent une présentation de la luminescence dans les articles consacrés aux phosphores, à la lumière ou au feu.
Les mots luminescence et phosphorescence n’apparaîtront que dans les ouvrages beaucoup plus récents.

Chambers encyclopedia

La Chambers encyclopedia de Ephraïm Chambers publiée en 1728 contient un inventaire des différents types de phosphores tirés de l’urine :
Le premier inventé par Kraft appellé « consistent » ou « gummous Nocticula » ou encore « Constant nocticula » ou « Solid Phosphorus »
Le second également inventé par Kraft est liquide et est une dissolution du premier dans de l’huile de girofle avec du camphre
Le troisième préparé par boyle, a besoin du contact avec l’air pour être lumineux. Ce n’est pas la substance elle-même mais ses effluves qui sont lumineuses d’où son nom d’ « Aerial Noctiluca ».
Une dernière forme fabriquée par boyle est dénomée « Icy Noctiluca » et se présente comme de petits cristaux.

L’encyclopédie Diderot-d’Alembert

L’encyclopédie publiée en France entre 1777 et 1779 sous la direction de Denis Diderot (1712-1784) et de Jean-Baptiste le Rond D’Alembert (1717- 1783) comporte 39 volumes. Son titre complet est « Encyclopédie ou dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers par un société de gens de lettres » ; la luminescence y est traitée sous la rubrique phosphore et feu électrique pour ce qui est de l’électroluminescence ; elle s’inspire de l’encyclopédie d’Ephraïm Chambers.

On y découvre que le phosphore de Kunckel est parfois appelé « Phosphore d’urine » ou « soufre phosphorique ».

Traités de chimie et de physique

Les livres de chimie et de physique du 18ème siècle font également une plac eà la luminescence.
A côté du livre de Lémery dont on a déjà parlé,
Dans la seconde traduction en 1741 par Shaw du livre du hollandais Herman Boerhaave (1668-1738) Elementa Chemixe (1724) traduction intitulée A New Method of Chemistry on parle des phosphori.

Johan Christian Wiegleb ( ?) (1732-1800) publie un traité de chimie intitulé « handbuch der allgemeinen Chemie » (Berlin 1781 ; deuxième édition en 1796).
Ce livre contient une partie importante consacrée à la luminescence ; la première édition sera traduite en anglais par CR Hopson sous le titre « A system of Chemistry ».
Bien que l’on ne trouve dans l’original comme dans la traduction aucune découverte originale, on y découvre une foule de renseignements sur la luminescence des matières organiques et minérales ; des phénomènes assez rarement décrits comme par exemple la luminescence pouvant durer plusieurs jours du sublimé corrosif (HgCl2) après sublimation et broyage dans l’obscurité ou la thermoluminescence de la Blende de Scharfenburg.

Le livre de physique le plus célèbre du début du 18ème siècle a pour titre « Elementa Physicae » ; son auteur, le hollandais Pieter Van Musschenbroek (1692-1761) est fortement influencé par le travail de newton. Les Pays-Bas étaient en effet un pays très actif au niveau des sciences au début du 18ème siècle. Son auteur est aussi associé à la découverte de la bouteille de Leyden.
La première édition, en latin, est publiée en 1734 ; en 1744, John Colson en fait une traduction anglaise, « Elements of Natural Philosophy » en deux volumes. Une version en français sera éditée en 1751 et 1769.
Van Musschenbroek cite de nombreuses matières luminescentes après calcination ou dissolution par un acide et calcination. On y trouve bien sûr la Pierre de Bologne mais aussi les os des animaux, les cendres de plantes, les bélémnites, la topaze et le gypse.
Il explique également que certaines substances perdent leur lumière quand on les chauffe en citant comme exemple l’émeraude qu’il confond sans doute avec de la fluorine verte qui effectivement peut être thermoluminescente.
Il parle aussi de la thermoluminescence du diamant chauffé dans une cuillère en argent ou plongé dans de l’eau chaude.

Le mathématicien français Jacques Ozanam (1640-1717) est un écrivain méconnu de la physique. Il publie en 1694 ses « Récréations Mathématiques et Physiques » qui connaîtront de nombreuses rééditions même après sa mort. Le quatrième volume de l’édition publiée à Paris en 1735 est intitulé « Des Phosphores et des lampes perpétuelles » et couvre en 270 pages les phosphores naturels et artificiels, organiques et inorganiques. Dans les phosphores artificiels, aux côtés des classiques (Bologne, Balduin, Homberg…) on trouve le phosphore de Lyonnet, de Nuguet aussi appelé « phosphore de verre » (du mercure secoué dans un tube où l’on a fait le vide) et de du Tol (Baromètre lumineux).
Tous ces phosphores sont décrits avec beaucoup de détails.

En 1752, Benjamin Franklin explique la luminescence des éclairs par une décharge électrique à travers l’air.

En 1775, Wilson découvre que seuls les rayons les plus réfrangibles agissent sur les différents « Solar Phosphori ». Environ au même moment, Beccaria par ses propres expériences arrive à la même conclusion.
En 1802, Engefield redécouvre que les rayons bleus du spectre solaire agissent plus fort que n’importe quels autres rayons. Son expérience sera reprise et confirmée par Ritter, Goethe et Seebeck.

The earliest man-made luminescent material is thought to have been synthesized by ancient Ro- mans, who formed calcium sulfide phosphors as early as 186 B.C. by heating sulfur with chalk, lime, or oyster shells. [1]
[2] Some consider this discovery to be the origin of inorganic phosphors. Later phosphor developments occur in 1768 when Canton obtained CaS and then in 1866

The Discovery of the Invisible Rays of the Solar Spectrum
The article deals with the discovery of the invisible rays of the solar spectrum. In the years 1775-1777, some natural philosophers carried out investigations on the thermal and chemical properties of different kinds of rays. Independently, Landriani and Rochon decomposed a ray of sunlight by a prism and found that different rises in temperature were produced at different places of the spectrum. In 1777, Scheele published the results of his research on the chemical reactions of light on silver chloride. All these scientists failed to extend their investigations to the invisible regions beyond the red and the violet ends of the spectrum. The invisible heat rays in the solar spectrum were discovered by Herschel in 1800. In 1801, Ritter found the ultraviolet rays. Strongly influenced by the philosophical views of Romanticism and Naturphilosophie, he believed in the principle of polarity in nature, and after Herschel’s discovery, he hypothesized a possible polarity in the spectrum and successfully looked for invisible radiation beyond the violet. The reception of this discovery was hindered by Ritter’s abstruse style and his tendency to mix speculations with scientific observations

In 1713, sailors thought that the glowing plankton was whale seed spread over the surface of the waters. Yet some scientists, in 1717, believed that it was due to sulfur released from surrounding materials. Benjamin Franklin first thought that bioluminescence was due to electricity. He thought that there were extremely small creatures that were too tiny to be seen even with strong glasses, but were still capable of emitting visible light. But finally in 1834, a man named C.G. Ehrenberg, an eminent protozoologist, isolated an organism, which we now know to be a dinoflagelate, and caused it to emit light by the addition of acid to its environment. This was the first real step towards studying bioluminescence

Explication de la luminescence au 18ème siècle

Au courant du 18ème siècle, on explique la luminescence comme la théorie de la combustion par la doctrine du Phlogiston de Joachim Becker (1635-1682) et Georg Ernst Stahl (1660-1734).
Selon cette doctrine, le phlogiston est un composé chimique fondamental, un élément, qui s’échappe de la substance quand elle brûle ou s’oxyde. C’est donc le phlogiston qui est responsable des flammes et de la chaleur.
Le soufre était considéré comme pratiquement exclusivement constitué de phlogiston parce qu’il ne laissait aucun résidu lors de sa combustion.
Le bois ou le charbon étaient sensés être constitués de phlogiston combiné aux cendres qu’ils laissaient en brûlant, les métaux de phlogiston et de chaux (oxyde métallique) etc.
Cependant, il est vite apparu que le métal pur était plus léger que l’oxyde (chaux) qu’il produisait lors de sa combustion. Comment expliquer qu’en combinant le phlogiston à la chaux pour former le métal on en diminuait le poids ? Une théorie du poids négatif a bien été tentée, mais vite abandonnée.
Les études de Lavoisier en 1774 sur les variations de poids du soufre, du phosphore et des métaux lors de leur combustion et sa découverte en 1777 de l’oxygène et de l’azote de l’air ainsi que de la similarité entre la production de CO2 lors de la respiration et une combustion fûrent une véritable révolution et sonnèrent la fin de cette doctrine et le début d’une nouvelle ère en chimie confirmée par les travaux de Cavendish, Priestley et Scheele sur la combustion.

Conclusion sur le 18ème siècle