Quelques réalisations instrumentales en France

Quelques realisations instrumentales en France

G. Courtes, C. Fehrenbach, E. Hughes, et J. Romand

This paper gives a nonexhaustive review of developments and progress in certain fields of optics, con-cerning itself mainly with the conception and realization of instruments. Work in instrumental opticsis covered, i.e., photographic and astronomical optics, and far uv spectroscopy. Thin film optics. andradio frequency, ir, visible, and near uv spectroscopy are not discussed in view of the fact that they weresurveyed in the previous review of optical work in France published in the May 1962 issue of APPLIEDOPTICS.

1. Introduction

Dans un article paru en 19621, quelques sp6cialistesfrangais de l'Optique ont tent6 de presenter une syn-these des progrbs effectues dans divers domaines del'Optique, en tenant compte la fois des travauxth6oriques et des ralisations industrielles. Depuislors, de nouveaux rsultats ont apparu et il nous aparu opportun de completer cet article initial enpr6sentant une selection de r6alisations recentes.

Deux runions importantes ont eu lieu Paris, en1966: l'une, organis6e par le CNRS du 25 au 29avril*, traitait de la Spectroscopie interf6rentielle,l'autre, organisee par la CIO du 2 au 7 Mai, ras-semblait les resultats essentiels obtenus dans le domainede l'optique physique (interf6rene es, diffraction, optiquenon lin6aire, holographie, filtrage, etc.). Les com-munications pr6sent6es ces reunions permettent depr6ciser les contributions apportees par les chercheursfrangais dans ces domaines, que nous ne traiteronsdonc pas, et nous nous limiterons finalement A quelquessecteurs de l'optique instrumentale: optique as-tronomique, optique photographique, et spectrographiede lultraviolet lointain.

Ces quelques domaines permettront de montrerdes progres importants effectu6s dans la conception etla ralisation des instruments grace a la mise en oeuvrede diverses techniques modernes.

Parmi les nombreux exemples de ralisations cit6sdans les articles suivants, on peut noter une tendanceassez caract6ristique: une analyse poussee des con-ditions des mesures physiques a permis quelquefoisde s'approcher des limites fondamentales de sensibilited'un appareil donn6, A condition cependant d'enrestreindre parfois le champ d'application.

G. Courtes and J. Romand are with Centre National de laRecherche Scientifique, Bellevue, France; C. Fehrenbach is withthe Observatoire de Marseille; and E. Hughes is with the Centrede Recherches et de Calculs Optiques.

Received 4 May 1966.The editors wish to express appreciation to Michele Morin and

J. Badoz for all their help with this article.* A report on this meeting will appear in the December 1966

issue.

L'emploi de grands rseaux a ainsi permis de mieuxutiliser, pour la spectrographie, la lumi~re collect~epar un tlescope et, pour des performances semblables,de rduire le cout d'une installation. L'usage dedispositifs comme le rducteur focal qui, dans lecas de l'etude d'objets tendus monochromatiques,accroit l'ouverture des telescopes, g6n6ralement assezpetite, a conduit a la dcouverte de nouveaux objetsastronomiques tres faibles.

L'emploi syst6matique de dispositifs interf6rentiels(Perot-Fabry, filtres a bandes multiples) a galementautorise des progr~s sensibles en astrophysique.

L'int6r~t fondamental des etudes spectroscopiquesde l'ultraviolet lointain a stimul6 les recherchesd'am6lioration des techniques instrumentales. La fai-blesse des sources, la m6diocre transparence des milieuxoptiques habituels, la mauvaise qualite des pola-riseurs ont et6 des obstacles difficiles a franchir; maiscertains rsultats decisifs, obtenus dans ces domaines,ont permis le dveloppement des recherches et desapplications.

Le texte suivailt comprend trois sections: 1R6alisationsoptiques (Sec. II), et Instruments astronomiques (Sec.III). La premibre partie de cette section (A) concerneles tescopes et spectrographes astronomiques. Laseconde partie de cette section (B) traite de l'optiquecompl6mentaire des instruments astronomiques. Laspectroscopie de l'ultraviolet lointain est la quatriemesection.

I. R6alisations optiquesGen6ralit6s-Cin6ma-T61vision

La grande presse et la t6l6vision ont beaucoupparl6 des exploits ralis6s par les satellites am6ricainset ont souvent reproduit les photographies qu'ils ontprises de la terre et de la lune. Nous aimerions mettreen evidence le r6le jou6 dans ce domaine par les r6ali-sations de l'optique frangaise.

Les points suivants nous paraissent en effet dignesd'etre soulign6s:

les photographies de la lun6 par Ranger ont 6t6prises avec des objectifs Ang6nieux 25 mm/0,95;

September 1966 / Vol. 5, No. 9 / APPLIED OPTICS 1349

Cotde distance focale - short local length - kurze Brennweite

Longue distancefocalo - long focal length - lange Brennweite

Fig. 1. Zoom Angenieux. F 35/350 mm, marche des rayonslumineux dans le cas des deux focales extremes.

* les satellites Tiros et Nimbus sont quip6s d'ob-jectifs Kinoptik (TGA) F = 5,7/1,8 et une descam6ras utilis6es pour filmer la rencontre spatialedes capsules Gemini tait quipee d'un objectifKinoptik F = 18/1,8;

* enfin, A l'occasion des jeux olympiques de Tokyoles cameras de la T6l6vision japonaise utilisaient desfocales variables Angenieux.

Depuis la conception de ces optiques diverses, denouveaux progres ont 6t ralises, parmi lesquels nousciterons:

Objectifs photographiques et de cinna

1. La Soci6te Ang6nieux vient d'ajouter a la gammedes nombreuses focales variables qu'elle produit, deuxobjectifs de caractdristiques remarquables par l'ex-tension importante du rapport des focales extremes(range) qui atteint maintenant la valeur vingt.

champ objet 800ouverture 1/1,5focale 9 mm.

Pour le cin6ma standard, l'objectif (Tegea). [Fig. 2(b)].champ objet 110°ouverture 1/1,8focale 9,8 mm.

Pour la radiologie (Vidicon) l'objectif (Lynxar). [Fig. 2(c)].ouverture 1/0,7focale 60 mm.

3. Parmi les rcentes ralisations de la Societ6Sopelem, nous citerons:

(a) Les objectifs a focale variable pour le cin6maet la t6l6vision:

F = 7,5-60 de f/1,9 pour le film super 8 mmF = 13-100 de f/2 pour le film 16 mmF = 17-130 de f/2,8 pour la tl6vision VidiconF = 20-100 de f/2 t6l6command6 pour Vidicon

(Fig. 3).

APOC/&fdr 9m,, f/i,5 Chanp otl 80!

t-'1(a)

7Z-Gtd, 9,S~ w ///a

Pour le 16 mm une focale variable:champ objet 540ouverture 1/3,5longueur focale variable 12 mm 240 mmsoit un rapport de 1 20.

Pour le Vidicon:champ objet 55°ouverture 1/4,5focale 15 300 mmsoit galement un rapport de 1 20.

Pour l'Orticon: dont la focale varie de 35 a6 350, le champ estexceptionnel avec 640 (ouverture = 1/3,8).

Ci-dessus schema optique des rayons pour le rapport 1 10(Fig. 1).

CAOMp 110!

(b)

L Y/YXdi9 60 " /, 7

2. La Societ6 Kinoptik specialisee dans la ralisa-tion d'objectifs pour le cin6ma et la tl6vision, vientd'ajouter A sa gamme, les objectifs suivants (Fig.2).

(c)

Fig. 2. Objectifs Kinoptik a grand champ et grande ouverturepour la t6l6vision, le cin6ma et la radiologie.

1350 APPLIED OPTICS / Vol. 5, No. 9 / September 1966

Pour le cin6ma substandard et la tlevision (Vidicon), l'objectif.[Fig. 2(a)].

.- ffll� R,,,I

Fig. 3. Objectif t6lecommande A focale variable. Sopelem F20/100 mm, f/2.

(b) L'objectif orthoscopique Orthal pour prise devue a6rienne de haute d6finition:

F = 210 mm pour le format 18 X 18f/4Angle de champ 60°Distorsion inf6rieure a 5 ,.

4. Lunetterie moderne a la suite de longs travauxth6oriques et pratiques, la Soci6t6 des Lunettiers (EsselFrance) a mis au point, puis d6velopp6, des verresophtalmiques a variation de puissance (Varilux) destin6saux presbytes.

Ces lentilles nouvelles qui remplacent les double-foyers, permettent de supprimer les discontinuitesde convergence du verre en faisant varier de fagoncontinue la puissance locale en fonction de l'orientationdu regard.

Signalons encore que les recherches sur les m6thodesmodernes de calculs et les conceptions concernant lescombinaisons nouvelles ont t6 en grande partie lefruit de l'activit6 d'une soci6t6 de cr6ation rcente(la CERCO) Centre d'itudes et de Recherches deCalculs Optiques.

II. Instruments astronomiques

Des rsultats remarquables ont 6te obtenus cesdernieres annees, en Astronomie et Astrophysiquesoit par la recherche des meilleures conditionsd'emploi des instruments classiques, telescopes, etspectrographes (Sec. III.A), soit grace A la realisationde dispositifs nouveaux (Sec. III.B).

A. Tescopes et spectrographes astronomiquesinstalles recemment en France

L'Observatoire de Haute Provence du Centre Nationalde la Recherche Scientifique a mis en service en 1958 untelescope de 1,93 m de diametre dont les miroirs ontet6 tailles au Laboratoire d'Optique de l'Observatoire deParis.2 Le miroir ouvert a f/5 est en verre relative-ment mince, mais le systeme de correction de A.Couder 6vite toute flexion. Le miroir est paraboliqueet ne presente pas d'aberrations sup6rieures a X/14.L'instrument comporte aussi un foyer Cassegrain f/15et un foyer Coude f/30.

La monture de type anglais a 6te r6alisee par laSociete Grubb and Parsons. Un- systeme de ventila-

teurs dispose dans le tube a double paroi et derribre lebarillet permet de produire l'interieur du tube uncourant d'air laminaire qui est aspire traversl'ouverture de la coupole. Celle-ci est mise en sous-pression.

Cet instrument comporte de nombreux appareilsauxiliaires dont nous ne signalons que les plus impor-tants.

Un grand spectrographe Coude3 est dispose dans ungrand laboratoire annexe. Il a te ralise par laSociete REOSC et comprend cinq chambres catadiop-triques dont les optiques ont ete calculees par Bayle etEspiard.4 Deux r6seaux deBausch & Lomb compronantl'un 774, l'autre 1200 traits au millimetre. Lahauteur des traits est de 150 mm. Le changement desreseaux et le passage aux diverses chambres se fontautomatiquement et ne demandent que quelquessecondes. Les dispersions de 83 A/mm et 3 A/mmpeuvent etre ralisees. Tout le domaine spectral de3100 X a 12,000 A est couvert par les diverses com-binaisons.

Ce telescope a servi a de tres nombreuses recherches.Signalons notamment de nombreux travaux photo-graphiques, photometriques, et interf6rometriques.Le spectrographe a permis d'obtenir d'excellents spec-tres de Novae, Cometes. Tous ces travaux sont publiesdans les Publications de l'Observatoire de Haute Pro-vence (8 volumes).

De nombreux autres instruments sont installes dansun grand laboratoire installe au Foyer Coude. Signalonsl'emploi de la camera lectronique de Lallemand parDuchesne et Guinot.5 L'interferometrie par trans-formee de Fourier est decrite par Connes dans cettememe revue.

Le telescope de 1,93 m a d6ja permis de nombreusesrecherches galactiques et extragalactiques, mais cetinstrument est tres demande: notamment, son equipe-ment Coude n'est pas assez souvent disponible.Aussi, un nouveau tlescope de 1,52 m de diametre,uniquement rserv6 la spectrographie au foyerCoude, sera termin6 en 1966. Un spectrographe avecdes reseaux de 20 cm de hauteur rendra cet instrumentaussi efficace que le t6lescope actuel.

Un instrument identique est en voie de realisationpour l'Observatoire Europ6en Austral (ESO). I serainstalle au Chili au cours de l'annee 1967. Ces deuxtelescopes et leurs spectrographes sont construits parla Soci6t6 REOSC. Celle-ci realise aussi l'optique del'instrument europeen.

Parmi les autres instruments installes a l'Observatoirede Haute Provence, signalons un prisme-objectif achamp normal de Fehrenbach de 40 cm de diametrepour la mesure des vitesses radiales stellaires. Uninstrument identique a et6 installe en Afrique du Suddans le cadre de l'Observatoire Europ6en Austral.Il a surtout servi a l'etude des Nuages de Magellan.II est en voie de transfert au Chili.

Un t6lescope de Schmidt de 60 cm de lame (Optiquede l'Observatoire de Paris) est installe a l'Observatoirede Haute Provence par l'Institut d'Astrophysique deLifge. Un autre telescope de Schmidt (systeme


Fig. 4. Le libre passage du faisceau incident se fait traversle trou excentr6. M, miroir de champ collecteur; C, ensemblecollimateur-rseau-prisme A champ normal; 0, objectif de cham-

bre; M, lentille de champ.

REOSC), de meme diametre, a te install6 a Paris-Meudon. Un telescope de 1,07 m a t6 install6 al'Observatoire du Pic du Midi. I est surtout destin6a des tudes du systeme solaire. Les deux grandeslunettes des Observatoires de Paris-MA'eudon et Niceont 6te remises en tat et la premiere est de nouveau enservice rgulier; la seconde le sera bient6t.

Une grande tour solaire comprenant un coelostat deux miroirs de 80 cm et 70 cm de diametre est installee Paris-Meudon. Elle comprend un tlescope bouch6de 69 cm de diametre et de 45 m de distance focale,qui permettra la photographic et l'etude directe desimages solaires. Un grand spectrographe avec un col-limateur de 14 m de distance focale comprenant desr6seaux de 15 cm X 30 cm, permettra la spectrographiesolaire. Cet instrument est pratiquement termine.

Les opticiens et les astronomes franeais ont t6engages avec leurs collegues europ6ens dans la rali-sation des grands systemes optiques. Dans une tudefaite Marseille par A. Baranne du systeme de Ritchey-

Chr6tien7 , cet auteur a pu montrer que cette com-binaison n'est pas plus sensible aux flexions qu'unsysteme parabolique classique de meme rapportd'ouverture. L'optique de tlescope Ritchey-Chretienouvert f/3, de 3,50 m de diametre destin6 a l'Ob-servatoire Europ6en du Chili a t6 6tudi6e en col-laboration avec les opticiens allemands. M. Baranne acalcul6 pour le foyer direct un systeme de correction trois verres dont un seul lgerement aspherise. Ildonne un champ d' 1 de diametre avec des imagesde 0,5". Ce systeme correcteur a 25 cm de diamatreet n'est situ6 qu'a 33 cm du foyer primaire. Sil'exp6rience montrait que les petites aberrations chro-matiques rsiduelles taient nuisibles, il serait possiblede les remplacer tres facilement par un systeme cor-rig6 pour le rouge.

D'un autre c6t6, A. Baranne, apres avoir ralis unspectrographe tres haute dispersion8 , a indiqu6recemment un montage de spectrographe astonomiquea pupille conjuguee. Dans ce montage, un miroirauxiliaire spherique reforme une image non dispers6edu collimateur sur l'objectif de chambre. Ceci permetde donner cet objectif une ouverture qui correspondA l'ouverture efficace (Fig. 4). Le rseau est mont6en Littrow, cequi permet d'employer les rseaux-echelleset d'utiliser de tres hautes dispersions angulaires.

B. Optique complementaire des instrumentsastronomiques au sol et dans 'espace

1. Rducteur focalCet instrument a 6t6 conqu pour ameliorer les per-

formances des telescopes dans l'etude des sourcesfaibles monochromatiques et tendues. 9

a

,rpp.rt d.......t- tialdu ..lescop. F/5

cherche,

ill.d. hap

If i Itr"quosi Schaidt"

sail ,atnsr rOppat d' -uertu fI F/I

Fig. 5. Rducteur focal du tlescope de 193 cm.


I

fjltre Prot Fabry syseme lenIHe-nterfien ceil d' de champ

nsece

0D

camera a grand champ

©

Fig. 6 (a). La lumiere monochroniatique vient de la pupilledu tlescope. () Le systeme "ceil d'insecte" joue le rle d'unpetit objectif et d'une lentille de champ pour chaque systemed'anneau. Le systeme d'anneaux apparait partout ou de lalumiere monochromatique (Ha) est presente dans la galaxie

observee.

Ces considerations s'opposent a l'emploi des rapportsd'ouverture eleves pour les grands telescopes.

Une solution est cependant possible avec les grandstelescopes classiques employes au foyer primaire (f/5pour le 304.8 cm de Lick et le 193-cm de l'Observatoire deHaute Provence) ou an foyer Cassegrain d'un montageRitchey-Chr6tien (pour le rapport d'ouverture d'en-viron f/8). Cette solution consiste en l'emploidu rducteur focal dont le principe est donn6 parla Fig. 1. Une description d6taill~e de cet appareil ad6ja faite.' 0 '-2 De tres faibles objets ont 6t6d6couverts grace a cet appareil.' 31- 5

Fig. 6 (c). Systeme ceil d'insecte.

Fig. 6 (b). Etalon Perot-Fabry.

(a) Une source etendue permet de reduire la longueurfocale F et par consequent d'augmenter le rapportd'ouverture D/F sans changer le diametreD du telescope.

(b) Une source monochromatique permet d'utiliseravec la meilleure efficacit6 ces grands rapportsd'ouverture sans risque de voile duh au fond du ciel,grace a la haute s6lectivit6 des filtres interf6rentiels apassebande 6troites.

Les grands telescopes classiques permettent mald'utiliser les possibilites offertes par les sources mono-chromatiques et 6tendues, en eff et:

(a) L'ouverture num6rique des grands telescopesd6passe rarement f/3 (f/2,5 pour le premier miroirdu montage Ritchey-Chr6tien, avec correcteur aufoyer primaire). i

(b) Les filtres color6s ont g6n6ralement une bandepassante trop large, les filtres interf6rentiels peuventavoir une bande assez 6troite mais une fraction seule-ment de la pupille d'entree est alors utilisable [voirAstron. J. 69, 325 (1964)]. Le rapport d'ouvertured6croft pour la lumiere monochromatique et restele meme pour le fond continu. Le contraste lumieremonochromatique/fond continu decrolt.

Fig 6 (d) Peis anneaux0> obeu it l'aide0i-f du00 disposiif ter-f~~~~~~~~~rentiel~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~4 it syst?-imes0 d'neu mulipes Plaqu 10 aE Kodak-

Cl >0D7ich Y. Gerei;;:

Fig. 6 (e). Nbuleuse Johnson 118 et 119 de petit diametreapparent (#4). Cliche de surveillance du ciel. Mount Palomar.


'�� II&O-1

C2

Fig. 7. La largeur spectrale de chaque passebande est doinnepar w et les diaphragmes slecteurs d et d2. Plusieurs cam6raspeuvent 6tre dispos6es sur le cercle focal ou cercle de dispersion.

Deux istruments de cc type sont en service constant'6

a l'observatoire de Haute Provence (photographies denebuleuses et etudes interfrentielles a 'aide de l'etalonde Perot-Fabry). Le champ corrig6 de la coma dur6ducteur focal cu grand tlescope de 193 cm est de1°12', et le rapport d'ouverture final de 1 (Fig. 5).

2. Systie inteiferentiel systemes d'anneaux multi-ples (tudes extragalactiques en lumiere monochronatique)

Cet instrument comprend un talon de Perot-Fabry suivi par un systeme multilentilles, type ceild'insecte [Fig. 6(a)-(c) ]."

Les lentilles du systeme ont la meme ouverture nume-rique que le tlescope t donnent des anneaux d'inter-f6rence quand elles sont aliment6es par la lumieremonochromatique des rgions d'emission des galaxies.Ces systemes d'anneaux sont tous dans le plan focaldu rducteur focal. L'image finale de ces anneauxest done obtenue avec des faisceaux ouverts F/1.Ce systeme a une grande sensibilite et une dispersionexceptionnelle pour ce genre d'observation. La vitessede rotation de la galaxie M 33 a 6t6 mesuree par Y.Georgelin avec une pr6cision de quelques kilometrespar seconde [Fig. 6(d),(e)].

3. Filtre bandes passantes multiplesCet instrument a t6 conqu pour observer un objet

astronomique simultan6ment dans plusieurs bandesvisibles et ultraviolettes (Fig. 7).

Dans cet instrument on forme l'image de l'objetastronomique sur la surface d'un rseau plan ou con-cave. Les images monochromatiques sont collect6essimultan6ment par plusieurs cam6ras plac6s sur lesfaisceaux dispers6s.

Les quelques instruments suivants ont 6t6 ralis6s:

Caractcristiques(1) Bande passante, 50 A, de

6800 A it 3500 A

Sujets 6tudi6sObservation do 1'6mnission

monochromatique des nebu-leuses (Courtbs et Viton17)

Caract6ristiques(2) Bande passante, 600 A, de

7000 A A 3200 A (troisbandes communes avec lesystbme UBV Morgan)

(3) Bande passante, 50 A, de3000 A A 2000 A

(4) Monochromateur pour Ly-man a avec une illumina-tion constante de la celluleen dpit d'une instabilitede point6 sur le soleil deL3,5a

(5) Bandes passantes 10 A, de3500 A A 950 A et bandes160 A de 3500 A A 950 A

Sujets etudi6sSpectrophotometrie des galax-

ies (photographies a la cam-6ra 6lectronique I. Viton)

Contraste d soleil en uv partir d'une fusee au-dessusde l'atmosphere.18"19 Ex-p6riences de J. Blamont etJ. M. Bonnet

Etude de la geocouronne en Ly-man . Experiences de J.Blamont avec le satellitesolaire OSO

Spectrophotom6trie des etoileset nbuleuses dans l'uv.Projet francais, suisse, etbelge de grand satellite astro-nomique propos6 i l'ESRO

Dans les cas 4 et 5, l'avantage principal de ce systemeest d: (a) ce qu'il n'y a aucun changement duprofil et de la longueur d'onde moyenne de la bandepassante lorsque l'objet astronomique se dplace dansle champ; (b) a ce que la rpartition de la lumiere sur lesphoto-cathodes (pupille monochromatique de sortieest tres uniforme.

4. Camseras a grand champ

Plusieurs cam6ras catadioptriques grand champ(660 X 1200) ont 6t6 conques pour les observationsastronomiques spatiales [et amelior6es par -X. Viton 9

(fuses CNES) ].Applications:(a) Observation de la diffusion par la poussiere

interplan6taire (lumiere zodiacale, couronne solaire)domaine spectral 4500-7000 A.*

(b) Observation des toiles et nbuleuses, isophotesde la Voie Lact6e, domaine spectral 3000-2000 A. *

(c) Observation des toiles et n6buleuses. Domainespectral 1500-900 A.*

5. Utilisation spectrographique du rducteur focal(a) Un rseau par transmission ou un prisme peut

etre plac6s; sans fente, dans le faisceau parallele;"on obtient un champ de spectres semblables ceuxdonnes par un prisme-objectif; avec plusieurs fentes,on obtient simultanement les spectres d'emission desn6buleuses sur un champ de 1.

(b) Le rducteur permet d'augmenter l'ouverturede tout spectrographe pourvu que la lentille de champdu rducteur puisse tre plac6e pres du spectre de cespectrographe.

Une bonne application de cette remarque a t6faite avec le spectrographe Baranne haute resolution(TGR) du tlescope de 193 cm de l'Observatoire de

* Programme spatiale du Laboratoire d'Astronomie Spatial duCentre National de la Recherche Scientifique.


Haute Provence. Ce spectrographe a une resolutionde 0,4 A/mm, avec une fente d'entree de 65 ,.

Le rducteur focal (F/5 -> F/1) donne un spectredo 2 A/mm, avec une fente tres large de 325 , quicorrespond a plus de 1'2 sur le ciel. Toute la lumierede l'6toile est alors collectee par la fente.

Une solution gen6rale a et6 proposee par Baranne(Fig. 8): la lentille de champ du rducteur estremplacee par un miroir de champ concave Lespectrographe est de type Littrow. Cet instrument atrois avantages: (a) toutes les pupilles monochroma-tiques dispers6es sont form6es sur la meme pupille desortie, servant de pupille d'entree a la camera a grandchamp; (b) une grande dispersion est obtenue enutilisant un ordre eleve du reseau dans la zone de grandeefficacit6 de cet ordre (montage Littrow); (c) enconsequence, on peut utiliser une fente large, grace ala courte distance focale de la cam6ra (grand rapport:focale du collimateur/focale de la cam6ra).

Ce systbme est une excellente solution pour laspectrographie des nebuleuses et la photographic mono-chromatique avec une fente large.

6. Spectrometre interferentiel pour l'etude des nebuleuses

Un interferometre Perot-Fabry correctement utilisese comporte comme un filtre monochromatique pres-que parfait. L'enregistrement du signal photo-electrique par comptage des impulsions permet d'attein-dre la limite de sensibilite. L'instrument d6crit parla Fig. 17 de la Ref. 11 et ralis6 par P. Cruvellierest du type Jacquinot-Dufour. I est congu pour lesetudes de profils et la mesure des rapports des intensit6sdes raies d'6mission de n6buleuses galactiques. Ladensite 6lectronique de la nebuleuse d'Orion (obtenuepar le rapport des raies 3726 A I 3729 A de [0 II]) a6t6 determin6e dans un tres large champ et les resultatsobtenus sont en accord avec ceux mesures par radio etceux determines theoriquement. 1' 20

IV. La spectroscopie de I'ultraviolet lointain1962-1965

Par les valeurs 6levees des 6nergies des photons misen jeu et la diversit6 des m6canismes d'interactionrayonnement-matiere qui en rsulte, l'ultravioletlointain constitue une ample source d'information surles propri6t6s de la matiere. On s'explique bienl'interet tres rapidement croissant pour les recherchesmenees dans cette region, en d6pit de difficultes tech-niques relles. L'am6lioration des techniques instru-mentales est un facteur decisif du developpement desrecherches (et des applications), ce qui motive l'efforttres important fait a son sujet, aussi bien en Francequ'a l'6tranger.

A. Spectroscopie instrumentale

1. Sources de lumiere

Le probleme des sources de lumiere retient toujoursbeaucoup l'attention, particulierement celui des sourcescontinues, indispensables pour l'6tude des spectresd'absorption.

monlage Litt-a

P

pupilles de sortie marochromahques miroir sph'rique

spectre su le meme dphragme concave

Fig. 8. Le miroir sph6rique concave joue ici le mneme rle quela lentille de champ dans le rductetr focal.

Les travaux effectu6s dans cc domaine ont port6sur les sources o l'emission du spectre continu estproduite par le freinage des 6lectrons dans un plasma.

M/Iorlais et Robin21' 22 ont mis an point, a la Facultedes Sciences de Rennes, un modele de source d6riv6du tube de Lyman-c'est a dire, dans lequel le con-finement du plasma est ralis6 par un tube mat6riel.Mais la particularite de cette source est de fonctionnersous vide pouss6, la d6charge tant amorcee par uninitiateur constitu6 par une tincelle glissante (sursupport isolant) disposee au voisinage de l'une desextr6mites du tube. Avec un circuit d'alimentationcoaxial, cette source donne un spectre continu intense,presentant cependant des raies d'absorption et d'emis-sion en dessous de 1000 A. Avec un circuit d'alimenta-tion ordinaire, elle donne un spectre de raies dansl'ensemble de l'ultraviolet lointain, y compris l'ultra-violet extrbme, avec une trbs bonne reproductibilit6.

Les travaux effectu6s au Laboratoire des HautesPressions (CNRS-Bellevue) ont porte sur une sourcerealisant le freinage des electrons dans le plasma denseproduite au voisinage de l'anode dals une etincellesous vide de forte puissance.2 3 Cette source, dont lesdernieres ameliorations techniques et les performancesfont l'objet d'un article r6cent dans la presente revue24 ,donne un spectre continu pur, a condition d'effectuerun r6glage de position tres pr6cis, dans l'ensemble del'ultraviolet lointain jusqu'aux rayons X. Elle fonc-tionne en impulsions a un rythme, qui, dans l'etat actuelde cette technique, atteint environ 10 dchargespar seconde.

2. Applications analytiques des etincelles sous vide

Une application des spectres emis par les etincellessous vide dans l'ultraviolet lointain a et6 faite audosage des elements a potentiel d'ionisation lev6 dansdes matrices m6talliques. On fait appel aux raies6mises par des transitions s-p dans les ions ne pos-sedant pas plus qu'un ou deux electrons sur la coucheexterne. Ces raies sont situees generalement entre500 A et 1500 A. Parmi les 6l6ments doses figurent lecarbone, le silicium, le soufre, le phosphore, l'arsenic,et les gaz oxygene et azote.25 La determination simul-tanee et instantanee de ces e6ments dans les mat6riauxen cours d'6laboration, particulierement dans lesaciers, rev~t une grande importance sur le plan pra-tique.


reseou

Fig. 9. Appareil d'analyse directe par spectrometrie d'emissiondans l'ultraviolet lointain. On apercoit au centre le spectro-metre sous vide, dont on distingue sur la droite la chambre tetincelles et sur la gauche la tte de rception photo6lectrique.

Un appareil d'analyse directe, sp6cialement conqupour mettre cette methode en application, a t ralis6par le Centre National de la Recherche Scientifique(Bellevue). * La partie optique (au centre sur la Fig.9) comporte essentiellement un spectrometre vide6quip6 d'un rseau concave d'un mtre de rayon decourbure et muni de fentes de sortie auxquelles sontassocies des rcepteurs photoelectriques, dont ceuxcorrespondant aux plus courtes longueurs d'onde(629 A exactement) sont du modble sans fenetrerecevant directement le rayonnement ultraviolet.Malgr6 les complications techniques rsultant desconditions de travail particulibres dans l'ultravioletlointain, la rapidit6 de cet appareil atteint celle g6n6-ralement requise pour les appareils d'analyse directe,le temps total ncessaire pour effectuer une srie demesure restant inferieur 3 min.

3. Appareils et mithodes

Divers travaux ont 6t6 effectues dans le domaine del'appareillage et des m6thodes, parmi lesquels on peutciter plus particulibrement:

(a) Les recherches effectu6es par Jaegle25 -2 9, auLaboratoire de Chimie Physique de la Facult6 desSciences de Paris, ont abouti la presentation d'unem6thode originale ralisant une double dispersion parl'utilisation de deux rseaux concaves de mme rayonde courbure dispos6s de manibre ce que leurs cerclesde Rowland soient confondus. Le couplage entreces deux rseaux est ralis6 au moyen d'un miroirconcave intermediaire, tangent au cercle ainsi dfini,et dont le rayon de courbure est gal celui des rseaux(Fig. 10). Les sommets de ces derniers sont alorsconjugu6s l'un de I'autre par rapport au miroir et ilen rsulte que les faisceaux monochromatiques issusdu premier rseau et rfl6chis en differents points dumiroir sont centr6s sur le duxibme r6seau. L'avantage

* L'Institut de Recherche de la Siderurgie a ralis6 la consoleelectronique et grandement contribue au dveloppement de cettem6thode.

de ce dispositif, confirm6 par l'exp6rience, est double:d'une part un accroissement de la resolution, et d'autrepart la possibilite d'effectuer une separation des ordres.L'appareil ralis6, quip6 de rseaux de 2 m de rayonde courbure, l'un 576 traits/mm, l'autre 1152traits/mm, permet de sparer des composantes dis-tantes de 0,05 A dans le premier ordre, dans la regionde 250 A.

(b) Un petit monochromateur rseau concaveen incidence normale, pour lequel on a cherch6 aconserver de bonnes performances tout en obtenant unappareil tras compact, a t ralis6 au Laboratoire desHautes Pressions par M. Pouey. 3 0 ,31 Equip6 d'unr6seau de 40 cm de rayon de courbure, cet appareilpermet d'obtenir une resolution de 0,3 A dans la bande400-2500 A. En raison du nombre 6lev6 de traitsdu rseau (2.400/mm), la dispersion obtenue est enmoyenne de 10 A/mm, mais l'angle de diffraction at-teint 350 la limite du domaine spectral explor6,ce qui a ncessit6 une etude particulikrement soigneedu mcanisme assurant la focalisation, et, en par-ticulier, l'utilisation de bras inegaux (Fig. 11):AO i6 au rseau et OB. Le point fixe B n'est passitu6 sur la mediatrice du segment joignant les fentesd'entr6e E et de sortie S. Les diff6rents paramatresd6finissant les conditions de fonctionnement (longueursdes bras, position du point B) ont 6t6 calcules de fagona assurer une correction partielle des aberrations parun dfaut de mise au point d'amplitude contr6lee.Autrement dit: au lieu de satisfaire l'equationhabituelle de la focale tangentielle T + T' = 0, lemecanisme satisfait l'6quation T + T' = , afin detenir compte des termes d'aberration de sph6ricit6en (w2 + 12)2 (w et sont les dimensions du rseau),la valeur de e tant dduite de l'6tude du critbre deStrehl dans le cas d'une pupille rectangulaire.

(c) Signalons, par ailleurs, la ralisation laFacult6 des Sciences de Rennes d'un spectrographe

rseau de 3 m de rayon de courbure (dispersion 2,7 A/mm environ).

(d) Enfin on a aborde rcemment le problame trasimportant de la ralisation d'un spectrophotomatreenregistreur pour l'ultraviolet lointain, appareil par-ticulibrement destin6 aux applications de la spectro-metrie d'absorption en chimie, en biologie, etc.

n,>0

R~~~~~~Fig. 10. Schema de principe d'un spectrographe deux rseauxpour l'extreme ultraviolet. Les faisceaux diffract6s par lepremier rseau R sont renvoy6s sur le deuxieme rseau R2 par

le miroir concave M.


y

H . 6 g -

B.

A~~~~~~~~~~~~

Fig. 11. Sch6ma de principe d'un monochromateur rseauconcave en incidence normale. E.S.: direction des fentes d'entr6eet de sortie. A: rseau, perpendiculaire au bras AO. B: pointfixe d'articulation du deuxieme bras OB. Les longueurs desbras AO et OB, ainsi que la position du point B sont determin6espar le calcul pour effectuer la correction recherche. AO =

150 mm. BO = 107,5 mm. BB = S = 1,35 mm.

Compte tenu de la distribution spectrale et de lastabilit6 moyenne des sources de spectre continu pourl'ultraviolet lointain, seul un photombtre deuxfaisceaux peut 8tre envisag6 dans ce domaine.

Une realisation a ete present6e a la fin de l'ann6e 1964par une soci6t6 francaise (Societ6 Nationale des P6trolesd'Aquitaine-Aqmel). Ce modble3 2 33 (Fig. 12) com-prend un monochromateur, dont le rseau est anim6d'un simple mouvement de rotation autour du centre ducercle de Rowland, auquel est associe une sourceconstituee par une lampe a hydrogene aliment6e par l'in-duction d'haute frequence. Le s6parateur de faisceauxest constitu6 de deux prismes en fluorure de lithium depetit angle, dont les artes sont juxtapos6es et dispos6esperpendiculairement la fente de sortie du mono-chromateur. Les deux faisceaux ainsi spar6s dans leplan vertical traversent un obturateur coulissantdemasquant soit l'un des faisceaux, soit l'autre faisceau,puis les deux cuves (absorbant et r6f6rence), et enfinsont renvoyes par deux miroirs (sous incidence trbsoblique) sur un unique rcepteur. Le traitement del'information issue de ce dernier est eff ectue par voie6lectronique et fournit directement la valeur de ladensit6 optique de l'absorbant. Cet appareil estutilisable dans la rgion de Schumann et donne uneresolution moyenne.

Une autre ralisation, en cours de mise au point auLaboratoire des Hautes Pressions, a 6t6 conque d'aprbsla m6thode d'equilibrage par variation de l'absorptiondans le faisceau de contr6le.

4. Polarisation

Une recherche a te entreprise, au Laboratoire desHautes Pressions, sur les possibilit6s d'6tudes enlumiere polaris6e dans l'ultraviolet lointain, aveccomme objectif la mise au point des moyens tech-nologiques permettant les applications a la mesure de labir6fringence, du pouvoir rotatoire, et surtout dudichroisme.

(a) Pour la rgion de Schumann, o l'on disposeencore de materiaux transparents, on a pu raliser despolariseurs constitu6s par les piles de lames de fluorineutilis6es en transmission sous incidence convenable.Les propri6t6s polarisantes sont conformes aux calculstheoriques, mais la transparence n'est pas trbs bonne,en raison probablement des nombreuses pertes pardiffusion sur les surfaces. L'utilisation de tels polari-seurs a permis de faire des mesures jusqu'a 1500 A.34

Cependant la mbme limite peut 8tre atteinte plus ais6-ment en utilisant des prismes de Rochon en quartz detras bonne qualite. L'utilisation du fluorure demagnesium doit permettre d'abaisser cette limite spec-trale, et des essais sont en cours a ce sujet.

En ce qui concerne la mesure de la bir6fringence, etplus g6neralement des indices dans l'ultraviolet lointain,une m6thode simple consiste a observer le spectrecannele produit par les interferences dans une lamemince dont les faces sont paralleles, lorsqu'on fait varierla longueur d'onde. De telles mesures ont t6 effec-tu6es35 sur des lames de mica synthetique (paisseur:4-20 A) et sur des lames de quartz taillees paralllementa l'axe (paisseur: 13-16 ,). Dans ce dernier cas, onobserve la superposition des deux systemes de frangesproduits par les ondes ordinaires et extraordinaires;il en r6sulte un ph6nomene de battement qui se traduitpar la disparition des franges pour certaines longueursd'onde. A partir des longueurs d'ondequi correspondentaux minimums de visibilite des cannelures, on a pudeterminer la bir6fringence du quartz (Fig. 13) jusqu'a1450 A, sans utiliser de polariseur. Cette methoden'est limitee que par la transparence m~me du mat6riauetudi6.

Un ph6nomene de dichroisme a ete observ6 dans lacalcite, o la lumiere transmise dans la bande 1650-1900 A est entierement polaris6e.3 6

(b) Pour la rgion des longueurs d'onde inf6rieures ala limite de transparence des materiaux utilisables sousles paisseurs macroscopiques (1200 A environ), on

Fig. 12. Spectrophotometre d'absorption pour la rgion deSchumann. A gauche le monochromateur; au centre le photo-metre (on apercoit a la partie sup6rieure les ajustages des cuves);

a droite le boitier du rcepteur.


I A�M ' 1 6"

Z ;;,I,Q � �- r

-'.- ...110"i M

� .1 M�

M.. , go

* 2o A 724

QUAPTZ SYHTiT77QUE (epaos.e 13,8 H)SPECTRC CANNCLe P R NTRP 'REINCE

Fig. 13. Enregistrement en fonction de la longueur d'onde duspectre cannele produit par les interferences dans une lame mince

(13,8 ,) de quartz taill6e parallblement t l'axe.

devra faire appel pour les tudes en lumiere polaris6e ala polarisation par rflexion. Des travaux sont encours dans cette voie la Facult6 des Sciences deRennes, au Laboratoire des Hautes Pressions, et Al'Institut d'Optique. 7-43 La Fig. 14 represente titre d'exemple des valeurs exp6rimentales du pouvoirpolariseur et du pouvoir rflecteur pour divers materi-aux, 584 A, en fonction de l'angle d'incidence.4 2 Ilsemble que cette m6thode soit applicable la ralisationpratique de polariseurs, en choisissant convenablementles materiaux et les angles de fagon a obtenir un pouvoirpolariseur elev6 tout en conservant un pouvoir rcepteuracceptable.

B. Spectres moleculaires

L'6tude des spectres d'absorption des molecules dansl'extrdme ultraviolet (entre 1000 A. et 100 A) a t6 pour-suivie (oxygbne, etc.).4 4 Alors que l'on observe desstructures soit vibrationnelles, soit de Rydberg,jusqu'a quelques centaines d'angstrom, il semble queles regions d'absorption qui apparaissent des lon-gueurs d'onde plus basses soient dpourvues de struc-tures. I est tres probable que ceci n'est qu'uneapparence due, dans certains cas, au manque deresolution des appareils dans ce domaine, mais surtoutaux difficult6s que l'on rencontre pour raliser lesmeilleures conditions d'observation: les sources con-tinues qui, seules, peuvent permettre de mettre en6vidence de telles structures, sont utilis6es seulementdepuis peu de temps, et, par ailleurs, ces structures,si elles existent (des sries de Rydberg ont t6 observ6eseffectivement entre 500 A et 600 A par exemple pour02), sont superposees une absorption continue g6ne-ralement intense, qui peut les masquer.

Les discontinuit6s dans ces absorptions continues,restent par contre bien observables dans les rgions decourtes longueurs d'onde et traduisent gneralement lepassage par un potentiel d'ionisation conduisant un6tat excite de la molecule ionis6e, ou I un tat double-ment ionis6.

L'6tude des spectres d'absorption de corps pi6ges enmatrice basse temperature a t6 activement pour-suivie au Laboratoire des Hautes Pressions par Roncinet Damany.

L'appareillage permet d'tudier jusqu'h 1050 A les

couches solides obtenues par congelation d'un jetgazeux sur une fentre refroidie. On a ainsi pu obtenirles spectres d'atomes ou mol6cules, soit purs, soit enmatrice, de gaz rare transparent (argon en g6n6ral):gaz rares, H atomique, CO, N2, NO.4 5- 4 On observedes dplacements des bandes, accompagn6s en g6n6rald'un largissement. D'une faqon gnerale, les sriesde Rydberg disparaissent a l'6tat solide. Parfois denouvelles sries apparaissent [cas de N2 o on observeune srie correspondant une paisseur de 4 m (100mm Hg de pression) dans le cas du gaz]. Les rglesd'interdiction sont modifi6es dans ces conditions par-ticulieres.

Ce travail rentre dans l'etude gn6rale des inter-actions et certaines observations ont pu etre rattacheesa des mesures faites sur les memes elements perturbespar des gaz trangers sous pression.

C. Spectroscopie atomique

Un ensemble de travaux a t fait au Centre d'EtudesNucl6aires de Fontenay aux Roses (Service de Re-cherche sur la Fusion Contr6l6e) sur l'observation desspectres mis dans l'ultraviolet lointain par les machinesthermonucl6aires.49 -5 4 En utilisant plusieurs mono-chromateurs (ou un spectromtre quip6 de plusieursfentes de sortie) on peut suivre pendant la duree de ladecharge la variation d'intensite de plusieurs raiesspectrales simultan6ment. En ajoutant a l'hydrogene,qui est le constituant de base, de petites quantit6s d'ungaz tel que l'azote, on peut suivre l'6volution de latemperature lectronique dans la machine au cours de lad6charge. Deux mthodes ont t6 utilisees: soitl'etude de la vitesse d'ionisation, soit la mesure durapport d'intensit6 de deux raies d'un mme ion pouratteindre la valeur de la temperature 6lectronique.Cette determination a 6te faite en tenant compte de tousles ph6nomenes tels que la rabsorption du rayonne-ment, les injections par les parois, etc. Elle a gale-

Fig. 14. Courbes representant les variations en fonction del'angle d'incidence du pouvoir polariseur P et du pouvoir r-

flecteur R A 584 , de divers materiaux.


ment nessit6 un talonnage relatif des appareilsd'observation pour les couples de raies utilis6s (6talon-nage fait en utilisant des couples de raies de rapportconnu).

D. Couches minces

Un volume de travail substantiel a 6te fait en Francesur ce sujet important, non seulement au point de vuetheorique, mais aussi au point de vue des applications.

En utilisant des couches d'6paisseur variable, Fabre(LHP) a pu dterminer, par une m6thode basee surl'observation des variations d'intensite produites par lacomposition des ondes rfl6chies a la surface et a l'in-terface (contre le support), les constantes optiques demat6riaux peu absorbants (fluorures). Cette m6thodea permis en outre d'avoir quelques informations sur laprofondeur des defauts de surface.

Dans le domaine 3-10, 5 eV, on note de nombreuxtravaux (Facult6 des Sciences de Rennes et de Dakar)sur les propri6tes optiques des solides: ce sont ou biendes m6taux (Cu, Ag, Pd) sous forme de couches epaissesevapor6es dans l'enceinte de mesure, done non expos6esI l'air, et l'utilisation de la methode des deux anglesd'incidence ou de la m6thode de Kramers-Kronig qu'apermis d'atteindre les constantes optiques56-5 9 ; oubien divers mat6riaux, tels que le corindon, BaF2 ,CaF2 , ZnS, CdS, Te, Cd, CdTe, Zn, soit monocris-tallins, soit en couches minces, dont on a cherch6essentiellement par des mesures de transmission, depouvoir rflecteur, et d'effet photoelectrique A obtenirdes renseignements sur la structure des bandes d'6nergiedes lectrons.65 -6

6

Le probleme de la mesure des constantes optiquesdans l'ultraviolet extr~me a galement t6 abord637

ainsi que l'6tude des phenomenes de polarisation parr6flexion (Facult6 des Sciences de Rennes, Laboratoiredes Hautes Pressions, et Institut d'Optique) 3 7-4' et unem6thode exp6rimentale a 6t6 mise au point qui permetd'6tudier le degr6 de polarisation d'un faisceau lumineuxapres rflexion sur un miroir avec la possibilite de fairevarier de fagon continue l'angle d'incidence entre 350et 800.42

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Sci. Paris (1966)(en cours d'impression).36. J. Schellman, V. Chandrasekharan, et H. Dainany, Compt.

Rend. Acad. Sci. Paris 260, 117 (1965).37. G. Stephan, J. C. Lemonnier, et S. Robin, Compt. Rend.

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50. J. L. Schwob, J. Phys. 25, 713 (1964).51. C. Breton, Compt. Rend. Acad. Sci. Paris 258, 3648 (1964).52. C. Breton et J. L. Schwob, Compt. Rend. Acad. Sci. Paris

260, 461 (1965).53. C. Breton et J. L. Schwob, Compt. Rend. Acad. Sci. Paris

261, 1211 (1965).54. C. Breton et J. L. Schwob, Compt. Rend. Acad. Sci. Paris

261, 1476 (1965).55. D. Fabr6, Rev. Opt. 43, 394, 504 (1964).56. A. Seignac, M. Priol, et S. Robin, Compt. Rend. Acad. Sci.

Paris 258, 4948 (1964).57. M. Priol, A. Seignac, et S. Robin, Compt. Rend. Acad. Sci.

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58. M. Priol, M. Larvor, et S. Robin, Compt. Rend. Acad. Sci.Paris 259, 3983 (1964).

59. A. Seignac, D. Stephan, et S. Robin, Compt. Rend. Acad.Sci. Paris 260, 3587 (1965).

60. J. C. Lemonnier, M. Priol, et S. Robin, Compt. Rend. Acad.Sci. Paris 257, 108 (1963).

61. S. Robin-Kandare, J. Robin, et F. de Chelle, Compt. Rend.Acad. Sci. Paris 257, 107 (1963); S. Robin-Kandare, J.Robin, et F. de Chelle, Compt. Rend. Acad. Sci. Paris 257,417 (1963).

62. H. Merdy, S. Robin-Kandare, et J. Robin, Compt. Rend.Acad. Sci. Paris 257, 1526 (1963); H. Merdy, S. Robin-Kandare, et J. Robin, J. Phys. 25, 223 (1964); H. Merdy,S. Robin-Kandare, et J. Robin, Compt. Rend. Acad. Sci.Paris 259, 1078 (1964).

63. S. Robin-Kandare, J. Robin, et S. Kandare, Compt. Rend.Acad. Sci. Paris 257, 1605 (1963); S. Robin-Kandare, J.Robin, et S. Kandare, J. Phys. 25, 218 (1964).

64. S. Robin-Kandare, J. Robin, S. Kandare, et S. Jeric, Compt.Rend. Acad. Sci. Paris 257, 2026 (1963).

65. S. Robin-Kandare, J. Robin, et Y. Queina, Compt. Rend.Acad. Sci. Paris 259, 549 (1964).

66. S. Robin-Kandare et J. Robin, J. Phys. 26, 85 (1965).

Errata

Edgar Everhart, "Making Corrector Plates by Schmidt's Vacuum Method", Appl. Opt. 5, 713 (1966).Equations (4) through (12) should have the exponent -1 deleted from the denominators.Further, the square brackets are misplaced in Eq. (5), which should read

p = kEt3/[6F' (n - 1) ( - s)].

The author wishes to thank Gottfried R. Rosendahl for calling his attention to a brief andqualitative description of Schmidt's method as written by D. R. Schorr, a colleague of BernardSchmidt. This appears i Z. Instrumonetenk. 56, 336 (1936).

Leo Beiser, "Perspective Reiideriig of the Field Intensity Diffracted at a Circular Aperture", Appl.Opt. 5, 869 (1966). rrhe caption to Fig. 1 on age 870 should readFig. 1. Contours of electric energy density near focus, in the meridional section 0 = 0, contain-ing the axis and the direction of vibration of the incident electric field. (Aplanaticsystem, angular semi-diameter of converging beam a = 450.) After A. Boivin and E. Wolf,Phys. Rev. 138, B 1561(1965).


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Quelques réalisations instrumentales en France