Les récepteurs quantiques


On désigne sous ce nom des récepteurs dans lesquels la nature corpusculaire du rayonnement visible joue un rôle prépondérant. Les photons, d'une façon un peu analogue à celle exposée ci-dessus sur l'effet photochimique, libèrent des électrons, d'où une manifestation électrique. Le rayonnement est converti directement en courant électrique, que l'on sait, actuellement, très bien mesurer. La gamme d'ondes enregistrée est en général assez réduite (de 0,3 à 0,7 ou 0,8), et correspond, approximativement, aux limites de sensibilité de l'œil humain. Les récepteurs quantiques se classent en 2 grands groupes (TERRIEN - 1954) :

Les tubes photoélectriques - Dans ces appareils, les électrons sont chassés hors de la matière, et, circulant au travers d'une ampoule remplie d'un gaz raréfié, dans laquelle règne une différence permanente de potentiel électrique,

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se rassemblent à l'électrode positive. Leur flux constitue un courant électrique que l'on mesure.

Ce genre d'appareil, coûteux et d'un maniement délicat, nécessitant en outre une source accessoire de courant électrique, a été employé assez rarement en photologie forestière. On citera cependant ALEXEYEV (1963), en U.R.S.S., qui s'en est servi pour l'analyse spectrale de la lumière sylvestre, grâce à un " spectrophotomètre champêtre " mis au point par KOTZOV & SEMETCHENKO (1960). On mentionnera aussi le " spectroradiomètre - fluxmètre de photons " d'ECKARDT, METHY & SAUVERON (1969), employé par l'Ecole de Montpellier, pour l'étude, très poussée, de l'absorption des diverses radiations par le couvert forestier. Cet appareil est, du reste, assez encombrant (il est monté sur des rails) et il est réservé aux mesures, actuellement en plein développement, effectuées dans le cadre des études d'écologie végétale.

Les cellules photoélectriques proprement dites - Leur emploi est très fréquent en forêt, chaque fois que l'on désire mesurer l'intensité d'un rayonnement visible, car elles sont très pratiques.

Les CELLULES PHOTORÉSISTANTES - Certains corps, les semi-conducteurs, soumis à un éclairement de faible intensité, voient leur résistance électrique diminuer et permettent donc, s'ils sont reliés à un générateur quelconque, le passage d'un courant électrique d'intensité variable. Le sélénium est le premier métal sur lequel cet effet a été constaté (1873). Mais son emploi était peu pratique, et des recherches ultérieures ont permis de mettre au point des cellules au sulfure de plomb, puis au sulfure de cadmium, employées dans les photomètres précis (type Métrastar), dont la sensibilité peut s'étendre très loin dans l'infrarouge proche. Il est à noter que ces cellules nécessitent une source accessoire de courant électrique (pile, secteur). Elles peuvent être complétées par un dispositif enregistreur ou totalisateur.

Les CELLULES PHOTOÉMISSIVES OU PHOTOPILES - Ce sont de beaucoup les cellules les plus employées actuellement, en sylviculture, ou en écologie. La lumière, tombant sur un ensemble constitué d'une couche métallique très mince, semi-transparente, surmontant une couche d'un semi-conducteur (sélénium, ou silicium), placée elle-même sur un disque de métal conducteur, provoque la formation d'un courant électrique, que l'on peut mesurer facilement, et ce directement, grâce à un milliampèremètre, par exemple. Ceci, sans aucune source accessoire de courant électrique, d'une façon simple et très séduisante. Ce sont des appareils portatifs, à lecture instantanée, mais que l'on peut aussi, si l'on dispose d'une source accessoire de courant électrique, combiner avec des dispositifs totalisateurs ou enregistreurs.


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La force électromotrice fournie par des cellules couramment répandues, est de 0,3 à 0,4 volts, au soleil, pour celles au sélénium (du type luxmètre), et de 0,6 à 0,85 volts, au soleil, pour celles au sélénium / silicium (du type batteries solaires des satellites artificiels). Par temps couvert, la force électromotrice tombe à moins de 0,1 volt. Il est à noter que la théorie exacte du fonctionnement des photopiles, très complexe, est loin d'être complètement établie.

Pour l'emploi de ces appareils, en photométrie usuelle, on utilise souvent des filtres correcteurs qui ramènent la sensibilité de la cellule, à celle, peu différente, de l'œil humain (TARDIEU - 1951). Le luxmètre L.A.P, utilisant une cellule L.M.T, a été étudié de ce point de vue.

Pour leur emploi en physiologie végétale, en sylviculture ou en écologie, on peut, par analogie, les munir d'autres filtres (K.W. n° 34 ROUSSEL - 1953) qui modifient leur sensibilité et la rapprochent de celle de la feuille chargée de chlorophylle (Fig. 5). Bien entendu, à ce moment, la graduation classique en lux ne correspond plus à grand-chose, et l'on ne peut envisager que des indications comparatives (Eclairement relatif " photosynthétique "). Les chercheurs autrichiens ont également, en partant de la même remarque, mis au point un filtre à réseaux, qui jouit des mêmes propriétés que le filtre K.W. n° 34 (DIRMHIRN). En U.R.S.S, on considère souvent, en sylviculture ou en écologie, les groupes des Phi A P (rayons photosynthétiquement actifs), définis de la façon indiquée ci-dessus.

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FIG. 5 - Intérêt du filtre K.W. 34 en photologie forestière (cellule photoélectrique L.M.T.
sur luxmètre L.A.P.) (ROUSSEL 1953).

Cependant, la littérature photologique, très riche en données fournies par les photopiles (surtout exprimées sous forme d'éclairement relatif), ne mentionne, à peu près exclusivement, que des cellules habituelles, munies fréquemment de filtres gris neutres, mais sans correction.

Pour ne citer que quelques-uns des premiers chercheurs forestiers qui ont employé cette méthode, on peut mentionner RAMANN (1911) - LUNDEGARDH (1930) - QUANTIN (1935) - NAEGELI (1940) - ROUSSEL (1946) - PLAISANCE (1955), notamment. FAIRBAIRN (1958) a mis au point un procédé original de totalisation des indications de la cellule photoélectrique, par électrolyse d'une solution de nitrate d'argent, en collaboration avec CONNOR.

Au Canada, LOGAN & PETERSON (1964) ont proposé des méthodes statistiques permettant d'utiliser les résultats de très nombreuses mesures instantanées, pour caractériser l'éclairement relatif moyen qui règne sous un couvert déterminé.

Actuellement, l'emploi des photopiles est tellement répandu qu'il semble impossible de dénombrer les chercheurs qui l'utilisent.