La lumière de l’œil – Les secrets de l’éclairage ancien

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(The light of the eye – The secrets of ancient lighting (English translation below))

Depuis que les fumeurs s’essayent à la cigarette électronique, on n’a plus guère l’occasion de voir du feu en ville. L’électricité est partout. Sauf au 4, sentier du tir de Malakoff : l’association des « Amis de Léon » veille à ce qu’on n’électrifie pas le dernier réverbère à gaz de France, le dernier depuis l’année 2000, année funeste pour son camarade de l’impasse Ponscarme. Nostalgie ? Ou serait-ce que la lumière d’une flamme, c’est vraiment différent d’un filament de tungstène incandescent ? Ça n’a l’air de rien, mais ce n’est pas si simple, une lampe à huile, une lame à pétrole, un bec de gaz. C’est un siècle de chimie, de Lavoisier à Auer von Welsbach, qui complote contre l’obscurité. Ce sont des matériaux, des réactions, des teintes, des mécanismes, des gestes et des outils oubliés. Peu de monde l’expliqueront mieux en France que M. Ara Kebapcioglu, dans la petite salle de son atelier-musée Lumière de l’œil, dans le coude de la rue Flatter, dans le 5ième arrondissement de Paris.

Une visite à l’atelier-musée

Aller à Lumière de l’œil, ce n’est pas visiter un musée, mais rendre visite à M. Ara. Cet ancien chimiste formé en Allemagne tient aujourd’hui un magasin-atelier entièrement consacré aux luminaires anciens, développés entre la fin du XVIIIe siècle et le début du XXe siècle : il vend et remet en état des lampes à huile, à essence, à alcool, à pétrole, à gaz, il électrifie aussi les vieilles lampes. Il expose aussi quelques pièces de collection, lampes, becs, tubes de verre : rien n’est tout à fait standard, chaque lampe a son caractère, sa signature artistique. Les pieds sont en porcelaine blanche qu’un motif anime, en bronze finement ciselé, en cristal, les abat-jour sont en verre peint selon différentes techniques, en métal, en carton, et parfois des franges sont suspendues à leur bord, fins alignement de perles en verre, selon le goût européen de la fin du XIXe siècle. On peut nommer les écoles, les ateliers, parfois les fabricants. Voilà que ma lampe de bureau me fait honte. Mêmes les objets les plus modestes fascinent, comme ces longues perches qu’on utilisait pour allumer les réverbères publics.

Mais c’est surtout sur la table de l’arrière boutique que tout se passe. M. Ara – que nous avons cueilli à l’improviste – y a déposé cinq lampes : une lampe à huile munie d’une mèche plate, une lampe Carcel à bec tubulaire, une lampe Quinquet, avec son réservoir à tige, une lampe à gaz munie d’un bec papillon, enfin une lampe à incandescence munie d’un bec Auer. Un siècle d’éclairage sous nos yeux. Et pendant plus d’une heure, nous avons observé leur combustion, réfléchi aux processus et aux mécanismes à l’œuvre, aux motivations historiques de ces nouvelles inventions. Nous n’avons pas ménagé nos questions, ni M. Ara ses réponses. Vous ne savez pas distinguer le coke de la houille ? M. Ara en sort d’une boite et vous met les morceaux dans la main. Vous ne comprenez pas la mécanique d’un bec ? M. Ara vous met le doigt dedans, et vous tend une serviette pour vous nettoyer. C’est là que vous devez aller si vous voulez comprendre pourquoi les lampes sont de belles choses, et peut-être en acheter une (il y a tous les prix). Mais ne venez pas à plus de cinq ou six, vous n’auriez pas la place de faire demi tour.

La mèche plate : un exploit théorique

Les lampes du XIXe siècle, c’est autrement plus compliqué qu’une lampe romaine. M. Ara en a suspendu une au-dessus de sa table : elle fait pale figure. Pourquoi un tel renouveau de la lampe à la fin du XVIIIe siècle ? L’explication de M. Ara nous donne une première piste : c’est à cette époque que s’élabore la théorie moderne de la combustion.

Une flamme, ce n’est pas si simple. Une lampe à huile réclame une attention constante : il faut régulièrement remplir le réservoir, moucher la mèche – en couper la partie brulée qui charbonne –, nettoyer la lampe. Sa flamme est peu intense et très fumeuse. Jusqu’à la fin du XVIIIe siècle, elle reste l’éclairage du pauvre, les classes plus aisées lui préférant les chandelles de suif animal ou de graisse végétale, et les bougies de cire – « bougie » vient de Béjaïa, cette ville algérienne d’où l’Europe importe la cire depuis plusieurs siècles. Elles fument aussi, mais sont plus autonomes.

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Lampe à huile à mèche plate

En 1783, Léger invente la mèche plate, celle que vous voyez sur l’image ci-contre. En 1784, le genevois Argand invente la mèche cylindrique à double courant. La donne a changé : la lampe à huile fume moins, elle remplace progressivement les chandelles dans les maisons les plus aisées. Aujourd’hui, on n’allume une bougie que pour les anniversaires et pendant les pannes de courant. Pourquoi un renversement si complet ? Et pourquoi personne n’avait eu l’idée d’aplatir la mèche auparavant ? Parce que l’idée en apparence très simple présuppose en fait des changements théoriques radicaux concernant la combustion qu’on ne soupçonne plus.

Les mèches épaisses fument parce que l’intérieur de la flamme, faute de contact avec l’oxygène environnant, brûle mal et produit du monoxyde de carbone. Au contraire, dans les mèches plates, sans intérieur, l’oxygène lèche tout le combustible. De même, la mèche cylindrique ou tubulaire crée un second courant d’oxygène à l’intérieur de la mèche : le combustible est cette fois léché à l’extérieur et à l’intérieur. A-t-on donc une raison d’aplatir la mèche, tant qu’on ne connaît pas le rôle de l’oxygène dans la combustion ? Or, la théorie moderne de la combustion n’est élaborée que par Lavoisier, à partir de 1777. Avant lui, l’idée générale de la combustion est complètement différente, le mot « oxygène » n’existe même pas.

Il existe beaucoup de théories différentes de la combustion pendant le XVIIIe siècle, mais les chimistes s’accordent alors à penser que « l’air » ne joue aucun rôle chimique. Quand un morceau de bois est brulé, le reste – les cendres – en est plus léger. Le feu est donc une matière qui sépare, dans un matériau, les terres qui le composent, l’une qui donne son aspect solide, l’autre qui en fait un combustible et qui s’échappe dans l’air. Le chimiste Becher appelait « terra pinguis » (terre grasse) ce combustible, et Stahl le nommera phlogiston (l’inflammable) ou « phlogistique ».

Avant le XVIIIe siècle, on ne sait pas distinguer un gaz d’un autre.[1] Tout gaz est de « l’air » plus ou moins pur. Ce n’est que progressivement qu’on essaie de recueillir et identifier « l’air » issu d’une combustion. Quand Black isole le dioxyde de carbone en chauffant fortement du calcaire, en 1756, il pense avoir recueilli un « air fixé », de l’air normal, mais moins pur. C’est le test de l’eau de chaux qui permet alors de différencier l’air fixé de l’air normal – quand on y fait passer du gaz carbonique, l’eau de chaux se trouble parce qu’il s’y forme du carbonate de calcium. Black ne remarque qu’en 1772 qu’une chandelle dans une cloche d’air fixé ne brûle pas. Quand Cavendish isole à son tour, en 1765, le dihydrogène, il l’appelle « air inflammable » et pense avoir isolé du phlogistique pur. Inversement, quand Priestley isole l’oxygène en chauffant de l’oxyde rouge de mercure, il hésite sur la nature de l’air obtenu, et finit en 1775 par l’identifier comme de l’air déphlogistiqué.

La calcination des métaux – opération de métallurgie qui consiste à vivement bruler le métal pour en extraire les parties volatiles – posait un problème à la théorie du phlogistique : quand on brûle de l’étain ou du plomb, on obtient une poudre plus lourde que le métal initial. Comment expliquer ce gain de poids paradoxal ? Les chimistes proposèrent de très nombreuses explications pertinentes dans le cadre de la théorie phlogistique. Boyle, puis Newton et ses sectateurs en déduisent que quelque chose s’est ajouté dans le processus : les particules de lumière. Rappelons ici que Newton était avant tout alchimiste, et que l’idée d’attraction est une idée d’alchimiste que les savants mécanistes du XVIIe siècle tenaient pour complètement irrationnelle. Mais le problème n’était pas vécu comme central. Après tout, une même matière peut se refroidir ou se réchauffer : pourquoi ne pourrait-elle pas s’alourdir ou s’alléger ? Qu’un gain de poids signifie un gain de matière, c’est une idée moderne. En fait, c’est l’idée de Lavoisier.

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MC plonge ses doigts dans le bec Argand d’une lampe Carcel

Avant Lavoisier, il est donc commun de voir dans la combustion et la calcination des phénomènes inverses.[2] C’est Lavoisier qui identifie les deux processus comme des « oxydations » en 1777 : la « découverte » de l’oxygène est essentiellement liée à la compréhension du rôle qu’il joue dans la calcination et la combustion : l’air normal joue donc maintenant un rôle chimique. Le terrain est prêt désormais pour avoir l’idée d’aplatir la mèche ou de créer une mèche tubulaire fichée entre deux anneaux cylindriques qui forment le bec – la lampe carcel, ci-contre, contient un bec Argand adapté au gaz. En y ajoutant une cheminée, on augmente le tirant de l’air.

L’ingéniosité cachée des lampes

La question du comburant, l’oxygène, n’épuise pas toutes les questions. Quel est le combustible ? Qu’est-ce qui brûle en fait ? La mèche ? Le fil de coton seul brûlerait beaucoup plus vite et sans une telle flamme. Le suif, l’huile ? Mais si on y porte une flamme, l’huile liquide ne brûle pas, le morceau de suif fond mais ne s’enflamme pas. Alors ? La mèche de coton baigne en partie dans l’huile liquide. Une petite quantité d’huile s’élève par capillarité le long de la partie émergée. Mais ce n’est pas elle qui brûle. Quand on chauffe la mèche en y portant une flamme, cette huile s’évapore, et c’est cette vapeur qui brûle et s’illumine en s’élevant dans l’air. M. Ara y insiste : jamais le combustible ne brûle à l’état liquide. Ce sont toujours les vapeurs qui s’enflamment, et qui en retour vaporisent la surface du combustible.

Mais pourquoi la flamme d’une lampe ou d’une chandelle est-elle beaucoup plus éclatante que celle produite par la combustion d’hydrogène ? Parce que la combustion de la vapeur de cire dégage des particules solides de carbones qui, chaudes, sont portées à incandescence, mais une fois froides ne sont plus qu’une fine poudre noire, la suie.[3]

On le voit bien avec cette autre sorte de lumière à incandescence massivement employée, dès 1837, dans les salles de spectacles parisiennes et anglaises : la lumière oxhydrique, inventée par l’officier de marine britannique Drummond dans un but topographique. Un cylindre de chaux est porté à incandescence à l’aide d’un chalumeau qui brûle un mélange d’oxygène et d’hydrogène. Le mélange des deux gaz n’est fait qu’à la sortie du bec, sans quoi le mélange exploserait. La combustion de l’hydrogène est très chaude, mais peu lumineuse en elle-même, à la différence de la chaux portée à incandescence. Ces lampes permettaient, à l’aide de réflecteurs, de diriger une lumière très intense et d’éclairer un point précis, comme un visage : c’est l’ancêtre du spot. Pour autant, cette lampe n’était pas du tout adaptée à un usage domestique ou urbain.

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Lampe Quinquet

Avez-vous remarqué la seconde lampe ci-contre ? Elle a comme un réservoir sur le côté. C’est une lampe Quinquet, qui emploie le bec Argand à double courant – Quinquet était l’apprenti d’Argand, et il lui subtilisa les droits de l’invention. L’un des problèmes des lampes à huile plus anciennes, c’est l’abaissement du niveau d’huile pendant la combustion. Comme la capillarité ne l’élève pas très haut, les réservoirs s’en trouvaient limités en volume. De plus, il fallait régulièrement ajuster la mèche, qui charbonnait souvent. Dans la lampe Quinquet, le niveau d’huile est constant, parce qu’il est alimenté par un premier grand réservoir situé sur le côté du bec, qui fonctionne comme un vase de Mariotte : quand l’huile s’écoule de ce réservoir dans le second situé sous le bec, de l’air y pénètre qui y assure une pression constante. On entend alors un petit glapissement, comme nous l’indique M. Ara.

Le principal défaut de ce système, c’est l’ombre causée par le réservoir. Mais placer le réservoir sous le bec posait problème à cause des limites de capillarité de l’huile. Comment obtenir qu’il s’élève ? Dès 1800, Carcel invente la lampe à mécanisme d’horlogerie. Celle-ci qui actionnait une pompe qui élevait l’huile au niveau désiré. En compensant exactement la perte due à la combustion, le niveau restait constant.

La dernière lampe que nous montre M. Ara fut pour moi la plus inattendue. Elle ressemble à un chainon manquant entre la lampe à gaz et l’ampoule électrique. L’idée de l’ampoule électrique, c’est de porter à incandescence un filament de tungstène, à l’abri de l’oxygène afin d’éviter, justement, qu’il ne brûle. Mais l’éclairage par incandescence est en fait découvert par Thénard : au début du XIXe siècle, il porte à incandescence un filament de platine à l’aide d’une pile électrique. L’ampoule, elle, n’est inventée qu’en 1879 par Thomas Edison, qui semble s’être appuyé sur l’invention de l’Anglais Swan, qui ne disposait pas du potentiel industriel de l’Américain.

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Lampe à manchon incandescent

L’invention de l’ampoule électrique fut une menace immédiate pour l’éclairage au gaz. Ce dernier ne put reculer la victoire de l’électrique que grâce à l’invention de cette « lampe à chausson » que vous voyez ci-contre, la lampe à incandescence de Carl Auer von Welsbach, développée entre 1882 et 1891. Dans sa version finale, Auer trempe un manchon de coton dans un mélange de terres rares : 99% de thorium, et 1% de cérium. Le manchon est disposé sur un bec bunsen – Auer est un élève de Bunsen – qui le chauffe et le porte à incandescence. A quantité de gaz égale, la luminosité est multipliée par 10. Mais surtout, ce n’est pas la même luminosité : ce n’est déjà plus du feu. La combustion du gaz ne sert plus qu’à chauffer le manchon et le porter à incandescence.

Ces remarques sont loin d’épuiser la richesse des inventions liées à l’éclairage. Il faudrait parler du développement des lampes de mineur tout au long du XVIIIe siècle, et de l’invention de lampe Davy, en 1812 : en plaçant un tissu métallique autour de la flamme qui refroidit la vapeur combustible, Humphry Davy pu circonscrire la flamme à l’intérieur du tissu, et éviter les coups de grisou, avec plus ou moins de réussite. M. Ara n’a pas de lampe de mineur, mais ça ne l’empêche pas de nous en expliquer le fonctionnement. Il faudrait dire quelque chose aussi des flint mill, ou rouets à fusil des mineurs, qui éclairent au moyen d’étincelles causées par le frottement d’une pierre à silex sur un cylindre d’acier. Et encore de l’éclairage à arc électrique, découvert là encore par Davy dès 1809.

La guerre des matériaux

Notre hôte nous a montré des lampes à huile et à gaz. L’éclairage au gaz fait lui aussi son apparition au début du XIXe siècle : le jeune ingénieur français Philippe Lebon étudie le gaz issu de la distillation du bois et l’utilise pour son thermolampe installé à l’hôtel Seigneley, à Paris, en 1801. Mais c’est le gaz de houille qui va s’imposer. L’Ecossais Murdoch et le Français Minckelers découvrent en 1792 le procédé de distillation industriel de la houille. Après les premiers essais en 1807, Londres généralise son éclairage au gaz de houille, appelé « gaz hydrogène », en 1814. Le gaz est alors fourni par la Gas Light and Coke Company de l’Allemand Frederic-Albert Winsor, qui arrive à Paris en 1816. La course pour le marché de l’éclairage urbain est lancée.

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Flamme papillon

Les premiers becs de gaz imitent les deux techniques élaborées un peu plus tôt pour les mèches : le bec papillon laisse sortir le gaz par une fine fente, imitant ainsi la mèche plate, et le bec Argand tubulaire à double courant d’air imite la mèche d’une lampe Argand. Cette deuxième flamme est beaucoup plus stable que la papillon. La teinte bleue au bas de la flamme que l’on voit en photographie n’était pas présente originellement : le combustible employé est du gaz naturel, plus pauvre en carbone que le gaz de houille. La flamme de gaz est plus vive et plus brillante, mais le problème du gaz de houille est sa toxicité. Le gaz de houille n’est plus distribué en France depuis 1970, et en Europe depuis le début des années 1990. Comme nous le fait très justement remarquer M. Ara, bien des malheureux font exploser leur immeuble en croyant pouvoir s’étouffer au gaz naturel.

Autre bouleversement : l’arrivée du pétrole – pétrole-lampant, c’est-à-dire kérosène – sur le marché. La distillation du pétrole est décrite dans le Secretum secretorum du savant perse Rhazès, ainsi que des lampes à pétrole dont l’usage est, semble-t-il, fréquent à Baghdâd au IXe siècle. Mais cette technique de fabrication du kérosène n’est retrouvée qu’en 1846 au Canada par Abraham Gesner, puis en Europe en 1853 par le Polonais Ignacy Lukasiewicz, qui lance la première lampe à pétrole sur le marché. Plus fluide que l’huile végétale, plus inflammable aussi, le kérosène n’a pas besoin du mécanisme de modération – stratagème mécanique d’élévation du combustible -, et la seule capillarité l’élève bien plus haut dans la mèche. Ces lampes sont donc plus fiables et moins coûteuses. En revanche, elles sont plus dangereuses, notamment parce que le pétrole, mal raffiné, peut encore contenir de l’essence et exploser. Mais il faut attendre la découverte des puits de pétrole aux Etats-Unis pour que le kérosène soit massivement employé comme combustible dans les lampes.

Dans la foulée de la découverte, le 27 août 1859, du premier gisement américain par Edwin Drake à Titusville en Pennsylvanie, le très jeune grossiste John D. Rockefeller se lance dans l’extraction pétrolière, et fonde la Standard Oil Company en 1870. C’est le début de la puissante industrie pétrolière, dont le principal débouché est donc … la lampe à pétrole ! Vous regarderez avec beaucoup de profit la série documentaire de Jean-Pierre Charlier, l’Histoire secrète du pétrole, diffusée sur TF1 avant sa privatisation – aurait-elle pu l’être après ? On apprendra comment Rockefeller, dès 1875, inonde le marché chinois de lampes gratuites pour pousser les Chinois à lui acheter son pétrole, selon un mode opératoire finalement assez semblable à celui des capsules Nespresso. Ou dans quelles conditions misérables l’oncle de Staline travaillait dans les mines de Bakou récemment découvertes.

 N’allons pas croire que l’histoire de la lampe à pétrole soit terminée. Selon une étude de l’ONU, 25 milliards de litres de kérosène sont brulés chaque année dans les 670 millions de lampes à pétrole qu’on peut aujourd’hui dénombrer.[5] De nombreuses compagnies commerciales se sont « converties à l’écologie » pour capter ce marché et substituer au pétrole les lampes solaires.

L’invention de l’éclairage

Mais pourquoi était-il devenu si important de maîtriser la lumière à la fin du XVIIIe siècle ? Dans notre discussion avec M. Ara, trois motifs ont retenu notre attention : la sécurité, la prolongation de la journée de travail, et la naissance de la vie nocturne, qui nous est devenue complètement banale. Mais un fait me semble expliquer ces trois autres. Le mot « éclairage » n’apparaît dans le dictionnaire qu’à la fin du XVIIIe siècle. Il désigne alors un dispositif de lumière, en particulier, de la machinerie requise à la mise en scène de jeux scéniques. N’est-ce pas là une clef pour comprendre ce processus historique ?

Avant ses travaux sur la combustion, Lavoisier avait rendu un mémoire en 1765 sur le meilleur moyen d’éclairer les rues de Paris à l’Académie Royale des Sciences.[6] Le sujet avait été proposé à la demande du lieutenant de police Sartine. Eclairer, c’est surveiller. Les rues de Paris ne sont massivement éclairées que depuis 1667, sous le règne de Louis XIV et l’impulsion du lieutenant de police De La Reynie, au moyen de lanternes où brûle une chandelle de suif.[7]

Le mémoire de Lavoisier nous apprend quels étaient les défauts de l’éclairage public. Le premier problème, c’est l’ombre causée par la réalité matérielle du suif ou du réservoir d’huile. Ce problème est en partie résolu par le réflecteur – le chapeau où se réfléchit la lumière –, mais son usage suppose que la flamme ne charbonne pas, ce que fait immanquablement une chandelle de suif. Les réverbères sont introduits à Paris en 1766, et l’huile devient le combustible urbain. La matérialité de la lampe n’aura de cesse d’être niée, jusqu’à la lampe sinombre inventée par Philips en 1820. Cette chasse à l’ombre ne relève-t-elle que d’un souci pratique ?

La lumière doit chasser l’obscurité, faire reculer la nuit. Mais elle doit aussi être éclatante, émerveiller le spectateur. Le passant parisien n’est pas seulement rassuré par la lumière : il en est émerveillé. Le ballet Psyché, composé par Molière, Corneille et Lully, et représenté en 1703 au Palais Royal, est resté longtemps dans les mémoires pour la splendeur de sa lumière. Est-ce un hasard si cet attrait pour la lumière est contemporain du règne du Roi-soleil, l’apollinien, dont le culte solaire est instauré dès 1661 ? La nuit doit reculer et faire place au spectacle. Signabitque viam flammis, « et il marquera sa route par les flammes » écrit Lavoisier en devise de son mémoire, reprenant un vers de Virgile.[8]

Mais cette lumière a-t-elle la même fonction que les lampes traditionnelles ? Eclairer, c’est chasser l’obscurité, « éclaircir ». Mais « faire un éclairage », c’est produire des effets de lumière, créer des ombres, des reflets, des images, des illusions, comme le feu de la caverne platonicienne. Dire que l’on va apporter un « éclairage nouveau », c’est rarement sous-entendre qu’on va « clarifier » un problème.

Le public du XVIIIe siècle aime les salons de peinture. Mais la grande affaire dès la fin du siècle, ce sont les spectacles d’optiques, les jeux de lumière. C’est la grande époque des spectacles « purement oculaires », comme l’écrit Théophile Gauthier en 1839, romancier de la vanité de son temps. Ainsi, en 1781, le peintre anglais Philip James de Loutherbourg ouvre l’eidophusikon, ancêtre du cinéma qui crée une illusion de mouvement par des jeux de miroir. Durant cette période, le décorateur prend une importance centrale.

Daguerre est l’un des maîtres de l’art du décor dans les théâtres parisiens. Son rôle est de créer et de conserver une illusion dramatique, l’illusion que le public réclame. Il emploie des jeux de lumière pour créer des illusions de mouvement, des effets de brouillards, pour reproduire un lever ou un coucher de soleil. En 1822, on joue au théâtre de l’opéra-Le-Peletier la pièce Aladin ou la lampe merveilleuse. Daguerre est aux décors : il inaugure l’utilisation du gaz de houille (sans doute pas du méthane, comme on peut le lire parfois) dans les effets de lumière de ce théâtre. Mais son rôle historique va bien au-delà des décors de théâtre.

La même année, il ouvre son diorama à Paris : il peint sur ses deux faces un grand panorama, c’est-à-dire une grande toile sphérique, et par un jeu de lumière et de réflecteurs, éclaire l’une puis l’autre, créant l’illusion d’un changement. Ainsi, dans un spectacle son et lumière de 15 minutes, le public assiste émerveillé à l’éruption du Vésuve ou au Déluge biblique. Son dernier diorama, le seul qui nous reste, représente le chœur d’une cathédrale gothique : récemment restauré, il décore le fond de l’église de Bry-sur-Marne, éclairé par le soleil. La cathédrale gothique ne repose-t-elle pas entièrement sur une mystique de la lumière ? Son but est de remplacer les murs par de grandes lances de vitraux qui laissent entrer la lumière. La métaphysique de la lumière imprègne les écrits de l’abbé Suger de Saint-Denis, à l’origine de ces innovations architecturales dans la première moitié du XIIe siècle.

Daguerre invente aussi le daguerréotype : le premier véritable appareil photographique, qui lui vaudra une rente d’Etat après qu’Arago, alors député des Pyrénées orientales, ait défendu et présenté son invention à la Chambre. Avant lui, on savait déjà produire une image inversée grâce à une chambre noire. Les anciens alchimistes savaient aussi que le chlorure d’argent noircissait à la lumière. En mêlant les deux principes, on pouvait fixer une image sur une plaque recouverte de chlorure d’argent, mais pas encore la regarder en plein jour ! C’est tout ce dispositif que Daguerre met au point. Mais que capte une photographie ? Non pas simplement une image, mais un instantané : il capte les variations instantanées de lumière auxquelles nous ne savons pas faire attention.

Au XIXe siècle, l’éclairage est donc devenu un objet : on invente des éclairages, on écrit des traités de l’éclairage, on prend des photographies de l’éclairage, et même on peint l’éclairage. Comment comprendre autrement la série que Monet peint en face du Parlement de Londres ? On sait que Monet a peint toutes ces toiles en même temps : il choisissait celle qui correspondait à l’éclairage naturel qu’il éprouvait et dont il voulait capter l’instantané, y consacrait quelques minutes, et passait à la suivante. N’est-il pas clair alors qu’il ne peint pas le Parlement lui-même, ni la lumière elle-même, mais l’éclairage naturel du Parlement et ses variations au fil de la journée ?

On le voit, une visite chez M. Ara soulève bien des questions. Nous ne saurions trop vous encourager à aller faire à votre tour l’expérience de ces flammes, enrichie des explications précises et enthousiastes de notre hôte, que nous remercions chaleureusement.

PYD

Nous remercions vivement tous nos relecteurs pour leurs infatigables efforts de correction et l’aide qu’ils nous apportent par l’attention qu’ils prêtent à notre texte, en particulier M. Ara grâce auquel nous avons pu rectifier une information erronée.

[1] Voir par exemple Thomas Kuhn, La structure des révolutions scientifiques, p.83-6 et 105-8.

[2] Voir les remarques d’Hélène Metzger, comme dans son Histoire des doctrines chimiques en France.

[3] Ce rôle de la suie pour la luminosité d’une flamme a bien été mis en évidence par Michel Faraday. Il consacre à ce fait le second entretien de son Histoire chimique d’une chandelle, série de conférences de Noël données au Royal Institut.

[5] http://www.un.org/apps/newsFr/storyF.asp?NewsID=29843#.WATew8mAnXc

[6]http://www.lavoisier.cnrs.fr/ice/ice_page_detail.php?lang=fr&type=text&bdd=lavosier&table=Lavoisier&typeofbookDes=Memoires&bookId=146&pageChapter=Sur%20les%20diff%C3%A9rents%20moyens%20qu%27on%20peut%20employer%20pour%20%C3%A9clairer%20une%20grande%20ville.&pageOrder=1&facsimile=off&search=no&num=&nav=1

[7]https://books.google.fr/books?id=VYlKNHK9Q5kC&pg=PA208&lpg=PA208&dq=invention+de+la+m%C3%A8che+plate&source=bl&ots=4_TSK4ygUi&sig=Ww7i0-YNWTopXu-22R8QnOqwciA&hl=fr&sa=X&ved=0ahUKEwij3emngeLPAhXoE5oKHSqSBoQQ6AEIOjAF#v=onepage&q=invention%20de%20la%20m%C3%A8che%20plate&f=false

[8] L’Énéide , livre V, vers 526. Enée organise en Sicile des jeux funèbres en l’honneur de son père. Son dernier concurrent, le roi de Ségeste Aceste, envoie dans les airs une flèche qui prend feu comme une comète. Enée y voit un présage et déclare Aceste vainqueur.

English translation (based on automatic translator)

The light of the eye – The secrets of ancient lighting

Since smokers have tried e-cigarettes, there has been little opportunity to see fire in the city. Electricity is everywhere. Except on the 4th district, Malakoff shooting trail: the ‘Amis de Léon’ association ensures that the last gas lamp in France is not electrified, the last since 2000, which was a fateful year for his comrade at the impasse Ponscarme. Nostalgia? Or is the light from a flame really different from an incandescent tungsten filament? It doesn’t look like much, but it’s not that simple, an oil lamp, an oil blade, a gas burner. It is a century of chemistry, from Lavoisier to Auer von Welsbach, which plots against darkness. They are forgotten materials, reactions, hues, mechanisms, gestures and tools. Few people in France will explain it better than Mr. Ara Kebapcioglu, in the small room of his Lumière de l’oeil workshop-museum, in the corner of rue Flatter, in the 5th district of Paris.

A visit to the workshop-museum

To go to Lumière de l’oeil is not to visit a museum, but to visit Mr. Ara. This former chemist trained in Germany now runs a shop-workshop entirely devoted to ancient lighting, developed between the end of the 18th century and the beginning of the 20th century: it sells and refurbishes oil, gasoline, alcohol, oil and gas lamps, and electrifies old lamps. It also exhibits some collector’s items, lamps, slats, glass tubes: nothing is quite standard, each lamp has its own character, its own artistic signature. The legs are made of white porcelain with an animated motif, of finely chiseled bronze, of crystal, the lampshades are made of glass painted according to different techniques, of metal, of cardboard, and sometimes fringes are hung on their edge, fine alignment of glass beads, according to the European taste of the late nineteenth century. We can name schools, workshops, sometimes manufacturers. Now my desk lamp shames me. Even the most modest objects are fascinating, like the long poles that were used to light the public street lamps.

But it is above all on the table in the back shop that everything happens. Mr. Ara – whom we picked out of the blue – dropped five lamps there: an oil lamp with a flat wick, a Carcel lamp with a tubular beak, a Quinquet lamp with its rod tank, a gas lamp with a butterfly beak, finally an incandescent lamp with an Auer beak. A century of lighting before our eyes. And for over an hour, we watched their combustion, reflected on the processes and mechanisms at work, the historical motivations of these new inventions. We did not spare our questions, and neither Mr Ara his answers. Can’t you tell coke from coal? Mr. Ara comes out of a box and puts the pieces in your hand. Don’t you understand the mechanics of a beak? Mr. Ara puts his finger in you, and hands you a towel to clean you up. This is where you have to go if you want to understand why lamps are beautiful things, and maybe buy one (there are all prices). But don’t come to more than five or six, you wouldn’t have room to turn around.

The flat wick: a theoretical achievement

19th century lamps are much more complicated than a Roman lamp. Mr. Ara suspended one above his table: she looks terrible. Why such a renewal of the lamp in the late eighteenth century? Mr. Ara’s explanation gives us a first lead: it was at this time that the modern theory of combustion was developed.

A flame is not that simple. An oil lamp requires constant attention: the tank must be filled regularly, the wick must be scratched – the burnt part that burns coal must be cut – and the lamp must be cleaned. Its flame is not very intense and very smoky. Until the end of the 18th century, it remained the lighting of the poor, the wealthier classes preferring animal tallow or vegetable fat candles, and wax candles – in French, a “bougie”, from “Béjaïa”, the Algerian city from which Europe has imported wax for several centuries. They also smoke, but are more independent.

In 1783, Léger invented the flat wick, the one you see in the picture opposite. In 1784, the Genevan Argand invented the double-current cylindrical wick. The game has changed: the oil lamp smokes less, it gradually replaces candles in the wealthiest houses. Today, a candle is only lit for birthdays and during power outages. Why such a complete overthrow? And why didn’t anyone have the idea of flattening the fuse before? Because the seemingly very simple idea actually presupposes radical theoretical changes in combustion that are no longer suspected.

The thick wicks smoke because the inside of the flame, due to lack of contact with the surrounding oxygen, burns poorly and produces carbon monoxide. On the contrary, in flat wicks, without interior, oxygen licks all the fuel. Similarly, the cylindrical or tubular wick creates a second stream of oxygen within the wick: this time the fuel is licked outside and inside. So is there any reason to flatten the fuse, until we know the role of oxygen in combustion? However, the modern theory of combustion was developed only by Lavoisier, from 1777 onwards. Before him, the general idea of combustion was completely different, the word « oxygen » did not even exist.

There were many different theories of combustion in the 18th century, but chemists agreed that « air » played no chemical role. When a piece of wood is burned, the rest – the ashes – are lighter. Fire is therefore a material that separates, in a material, the earths that make it up, one that gives its solid appearance, the other that makes it a fuel and that escapes into the air. The chemist Becher called this fuel « terra pinguis », and Stahl called it phlogiston or « phlogistic ».

Before the 18th century, one gas cannot be distinguished from another.[1] All gases are more or less pure « air ». It is only gradually that attempts are made to collect and identify « air » from combustion. When Black isolated carbon dioxide by heating limestone, in 1756, he thought he had collected « fixed air », normal air, but less pure. It is the lime water test that then differentiates the fixed air from the normal air – when carbon dioxide is passed through it, the lime water becomes cloudy because calcium carbonate is formed. Black only noticed in 1772 that a candle in a fixed air bell did not burn. When Cavendish isolated dihydrogen in 1765, he called it « flammable air » and thought he had isolated pure phlogistic. Conversely, when Priestley isolated oxygen by heating red mercury oxide, he hesitated about the nature of the air obtained, and in 1775 identified it as dephlogisticized air.

Metal calcination – a metallurgical operation that involves burning the metal to extract the volatile parts – posed a problem to the theory of phlogistics: when tin or lead is burned, the powder is heavier than the original metal. What explains this paradoxical weight gain? The chemists proposed many pertinent explanations within the framework of the phlogistic theory. Boyle, then Newton and his followers deduce that something has been added to the process: particles of light. Let us recall here that Newton was above all alchemist, and that the idea of attraction is an alchemist’s idea that the mechanistic scholars of the seventeenth century considered completely irrational. But the problem was not seen as central. After all, the same material can cool or warm: why can it not become heavier or lighter? That weight gain means material gain is a modern idea. In fact, it’s Lavoisier’s idea.

Before Lavoisier, it is therefore common to see in combustion and calcination reverse phenomena.[2] It is Lavoisier who identifies the two processes as « oxidations » in 1777: the « discovery » of oxygen is essentially linked to understanding its role in calcination and combustion: so normal air now plays a chemical role. The ground is now ready to have the idea of flattening the wick or creating a tubular wick inserted between two cylindrical rings that form the beak – the carcel lamp, on the other hand, contains an Argand beak suitable for gas. Adding a chimney increases the draft.

The hidden ingenuity of lamps

The oxidant question, oxygen, does not exhaust all questions. What is the fuel? What is actually burning? The fuse? Cotton yarn alone would burn much faster and without such a flame. The tallow, the oil? But if you carry a flame, the liquid oil doesn’t burn, the piece of tallow melts but doesn’t ignite. So? The cotton wick is partially immersed in liquid oil. A small amount of oil rises by capillarity along the emergent part. But it’s not burning. When the wick is heated with a flame, the oil evaporates, and it is this vapor that burns and illuminates as it rises in the air. Mr. Ara insists: the fuel never burns in a liquid state. It is always the vapors that ignite, and in turn vaporize the surface of the fuel.

But why is the flame of a lamp or candle much brighter than that produced by burning hydrogen? Because the burning of the wax vapor releases solid particles of carbon which, hot, are brought to incandescence, but once cold are only a fine black powder, soot.[3]

This is clearly seen in the other type of incandescent light widely used in Parisian and English theaters since 1837: oxhydric light, invented by British naval officer Drummond for topographical purposes. A cylinder of lime is brought to incandescence with a torch which burns a mixture of oxygen and hydrogen. Mixing of the two gases is done only at the outlet of the spout, otherwise the mixture would explode. Hydrogen combustion is very hot, but not very bright in itself, unlike incandescent lime. These lamps, using reflectors, were used to direct a very intense light and to illuminate a specific point, such as a face: it’s the forerunner of the spotlight. However, this lamp was not at all suitable for domestic or urban use.

Did you notice the second lamp on the other side? It has like a tank on the side. It is a Quinquet lamp, which uses the Argand beak with double current – Quinquet was the apprentice of Argand, and he took the rights of the invention from him. One of the problems with older oil lamps is the lowering of the oil level during combustion. As the capillarity did not rise very high, the tanks were limited in volume. In addition, it was necessary to regularly adjust the wick, which was often carbonated. In the Quinquet lamp, the oil level is constant, because it is supplied by a first large reservoir located on the side of the spout, which functions as a Mariotte vase: when the oil flows from this tank into the second one under the spout, air enters it to ensure a constant pressure. We hear a little yelp, as Mr. Ara tells us.

The main defect of this system is the shade caused by the reservoir. However, placing the tank under the spout was problematic due to the capillary limits of the oil. How do you get it to rise? In 1800, Carcel invented the clockwork lamp. This one operated a pump that raised the oil to the desired level. By compensating exactly for the loss due to combustion, the level remained constant.

The last lamp Mr. Ara shows us was the most unexpected one for me. It looks like a missing link between the gas lamp and the light bulb. The idea of the light bulb is to incandesce a tungsten filament, protected from oxygen in order to prevent it from burning. But incandescent lighting was actually discovered by Thénard: in the early 19th century, he carried a platinum filament with an electric battery. The light bulb was invented only in 1879 by Thomas Edison, who seems to have relied on the invention of the Englishman Swan, who unfortunately for him did not have the industrial potential of the American.

The invention of the light bulb was an immediate threat to gas lighting. The latter was able to reverse the victory of electric power only thanks to the invention of this « slipper lamp » that you see on the opposite side, the incandescent lamp by Carl Auer von Welsbach, developed between 1882 and 1891. In its final version, Auer dips a cotton sleeve in a mixture of rare earths: 99% thorium, and 1% cerium. The sleeve is placed on a Bunsen spout – Auer is a student of Bunsen – which heats it and brings it to incandescence. At the same amount of gas, the brightness is multiplied by 10. But above all, it is not the same brightness: it’s already fire no more. The combustion of the gas is only used to heat the sleeve and to bring it to incandescence.

These remarks are far from exhausting the richness of lighting-related inventions. We should talk about the development of miners’ lamps throughout the eighteenth century, and the invention of Davy lamp, in 1812: By placing a metal cloth around the flame that cools the combustible vapor, Davy was able to circumscribe the flame inside the cloth, and avoid firedamp blows, with varying degrees of success. Mr. Ara does not have a miner’s lamp, but that does not prevent him from explaining how it works. Something should also be said about the flint mills, or miners’ rifle wheels, which illuminate by means of sparks caused by the rubbing of a flint stone on a steel cylinder. And electric arc lighting, discovered again by Davy in 1809.

The War on Materials

Our host showed us oil and gas lamps. Gas lighting also appeared in the early 19th century: The young French engineer Philippe Lebon studied gas from the distillation of wood and used it for his thermolam installed at the Hôtel Seigneley in Paris in 1801. In 1792, Murdoch of Scotland and Minckelers of France discovered the process of industrial distillation of coal. After the first tests in 1807, London generalized its lighting to coal gas, called « hydrogen gas », in 1814. The gas was then supplied by the Gas Light and Coke Company of the German Frederic-Albert Winsor, who arrived in Paris in 1816. The race for the street lighting market was launched.

The first gas nozzles imitate the two techniques developed earlier for the wicks: the butterfly spout lets the gas out through a thin slit, thus imitating the flat wick, and the tubular double air stream Argand spout imitates the wick of an Argand lamp. This second flame is much more stable than the butterfly. The blue hue at the bottom of the flame that we see in the photograph was not originally present: the fuel used here is natural gas, which is lower in carbon than coal gas. The gas flame is brighter, but the problem with coal gas is its toxicity. Coal gas has not been distributed in France since 1970, and in Europe since the early 1990s. As Mr. Ara quite rightly points out, many unfortunate people blowed up their buildings hoping that they could choke on natural gas.

Another disruption: the entry of oil – kerosene – into the market. The distillation of oil is described in the Secretum secretorum of the Persian scholar Rhazes, as well as oil lamps, the use of which is apparently common in Baghdad in the 9th century. But this kerosene-making technique was not found until 1846 in Canada by Abraham Gesner, and then in Europe in 1853 by Ignacy Lukasiewicz of Poland, who launched the first oil lamp on the market. More fluid than vegetable oil, which is also more flammable, kerosene does not need the moderation mechanism – a mechanical ploy to raise the fuel – and the mere capillarity raises it much higher in the wick. These lamps are therefore more reliable and less expensive. On the other hand, they are more dangerous, in particular because oil, poorly refined, can still contain gasoline and explode. But it was not until after the discovery of the oil fields in the US that kerosene was used extensively as a fuel in lamps.

Following Edwin Drake’s discovery of the first American oil field at Titusville, Pennsylvania on August 27, 1859, the very young wholesaler John D. Rockefeller began to extract oil and founded the Standard Oil Company in 1870. You will watch with great interest Jean-Pierre Charlier’s documentary series, l’Histoire secrète du pétrole, broadcast on TF1 before its privatization (could it have been after?) You will learn how Rockefeller, as early as 1875, flooded the Chinese market with free lamps to encourage the Chinese to buy its oil, according to a procedure that was finally quite similar to that of the Nespresso capsules. Or in what miserable conditions Stalin’s uncle worked in the newly discovered mines in Baku.

Let’s not believe that the oil lamp story is over. According to a UN study, 25 billion liters of kerosene are burned each year in the 670 million oil lamps that can now be counted.[5] Many commercial companies have « converted to ecology » to capture this market and replace oil with solar lamps.

The invention of lighting

But why did it become so important to master light in the late eighteenth century? In our discussion with Mr. Ara, three reasons came to our attention: security, the extension of the workday, and the birth of nightlife, which has become completely commonplace for us. But one fact seems to explain the other three. The word « éclairage (lighting) » did not appear in the french dictionary until the late 18th century. It then designates a light device, in particular, of the machinery required for staging stage games. Is this not a key to understanding this historical process?

Prior to his work on combustion, Lavoisier had written a memoir in 1765 on the best way to light the streets of Paris at the Académie Royale des Sciences.[6] The subject had been proposed at the request of Lieutenant Sartine. Lighting is monitoring. The streets of Paris have only been massively lit since 1667, under the reign of Louis XIV and at the instigation of police lieutenant De La Reynie, by means of lanterns burning a tallow candle.[7]

Lavoisier’s brief tells us what were the defects in public lighting. The first problem is the shadow caused by the material reality of the tallow or oil tank. This problem is partly solved by the reflector – the cap where the light reflects – but its use assumes that the flame does not charcoal, which is what a tallow candle inevitably does. Lights were introduced in Paris in 1766, and oil became the fuel of the city. The lamp’s materiality will continue to be denied, even to the “sinombre” lamp invented by Philips in 1820. Is this shade hunting only a practical concern?

The light must cast out the darkness, turn back the night. But it must also be brilliant, to amaze the viewer. Parisian passers-by are not only reassured by the light: they are amazed. The ballet Psyché, composed by Molière, Corneille and Lully, and represented in 1703 at the Palais Royal, has long been remembered for the splendor of its light. Is it a coincidence that this attraction to light is contemporary to the reign of the Sun King, the Apollinian, whose solar cult was established in 1661? The night must move back and make way for the show. « Signabitque viam flammis (and he will mark his way by the flames) » writes Lavoisier in the motto of his memoir, reproducing a verse by Virgil.[8]

But does this light have the same function as traditional lamps? Lighting is chasing darkness, « lightening ». But « make a lighting » means producing light effects, creating shadows, reflections, images, illusions, like the fire of the Platonic cave. To say that we are going to bring « new light » to a problem is rarely to imply that we are going to « clarify » it.

The public of the 18th century likes painting salons. But the big deal at the end of the century is the optical shows, the lighting games. It was the great era of « purely ocular » shows, as written by Théophile Gauthier in 1839, a novelist of the vanity of his time. Thus, in 1781, the English painter Philip James of Loutherbourg opened the eidophusikon, ancestor of cinema which creates an illusion of movement through mirror games. During this period, the decorator takes on a central importance.

Daguerre is one of the masters of decorative art in Parisian theaters. Its role is to create and maintain a dramatic illusion, the illusion that the public demands. It uses light games to create illusions of movement, fog effects, to reproduce a sunrise or sunset. In 1822, the theater of the Opéra-Le-Peletier performed the play Aladin or the wonderful lamp. Daguerre is on stage: he inaugurated the use of coal gas (probably not methane, as we can sometimes read) in the lighting effects of this theater. But its historical role goes far beyond theater settings.

The same year, he opened his diorama in Paris: he paints on both sides a great panorama, that is to say a great spherical canvas, and by a play of light and reflectors, illuminates one after the other, creating the illusion of a change. Thus, in a 15-minute sound and light show, the audience is amazed at the eruption of Vesuvius or the Biblical Flood. His last diorama, the only one left, represents the choir of a Gothic cathedral: recently restored, it decorates the back of the church of Bry-sur-Marne, lit by the sun. Isn’t the Gothic cathedral entirely based on a mystique of light? Its aim is to replace the walls with large stained glass windows that let in light. The metaphysics of light permeates the writings of Abbé Suger de Saint-Denis, who initiated these architectural innovations in the first half of the 12th century.

Daguerre also invented the daguerreotype: the first real camera, which won him a state pension after Arago, then a member of the Eastern Pyrenees, defended and presented his invention to the House. Before him, we already knew how to produce an inverted image through a darkroom. The ancient alchemists also knew that silver chloride blackened in the light. By mixing the two principles, one could fix an image on a plate covered with silver chloride, but not yet look at it in broad daylight! Daguerre is developing this whole system. But what does a photograph capture? Not just an image, but a snapshot: It senses instantaneous variations of light that we can’t pay attention to.

In the 19th century, lighting became an object: we invent lighting, we write treatises on lighting, we take photographs of lighting, and even we paint lighting. How else to understand the series Monet painted in front of the Parliament of London? We know that Monet painted all these paintings at the same time: he chose the one that corresponded to the natural light that he felt and wanted to capture the snapshot of, spent a few minutes on it, and moved on to the next. Is it not clear then that he is not painting Parliament itself, nor the light itself, but the natural lighting of Parliament and its variations throughout the day?

As you can see, a visit to Mr. Ara’s house raises many questions. We can’t encourage you to experience these flames in turn, enriched by the precise and enthusiastic explanations of our host, whom we thank warmly.

PYD

We would like to thank all our readers for their tireless efforts to correct and for the help they give us by paying attention to our text, especially Mr. Ara, with whom we have been able to correct incorrect information.

[1] See for example Thomas Kuhn, The Structure of Scientific Revolutions, pp. 83-6 and 105-8.

[2] See the remarks of Hélène Metzger, as in her History of Chemical Doctrines in France.

[3] This role of soot for the brightness of a flame has been well highlighted by Michel Faraday. He devoted the second interview to his Chemical History of a Candle, a series of Christmas lectures given at the Royal Institut.

[5] http://www.un.org/apps/newsFr/storyF.asp?NewsID=29843#.WATew8mAnXc

[6]http://www.lavoisier.cnrs.fr/ice/ice_page_detail.php?lang=fr&type=text&bdd=lavosier&table=Lavoisier&typeofbookDes=Memoires&bookId=146&pageChapter=Sur%20les%20diff%C3%A9rents%20moyens%20qu%27on%20peut%20employer%20pour%20%C3%A9clairer%20une%20grande%20ville.&pageOrder=1&facsimile=off&search=no&num=&nav=1

[7]https://books.google.fr/books?id=VYlKNHK9Q5kC&pg=PA208&lpg=PA208&dq=invention+de+la+m%C3%A8che+plate&source=bl&ots=4_TSK4ygUi&sig=Ww7i0-YNWTopXu-22R8QnOqwciA&hl=fr&sa=X&ved=0ahUKEwij3emngeLPAhXoE5oKHSqSBoQQ6AEIOjAF#v=onepage&q=invention%20de%20la%20m%C3%A8che%20plate&f=false

[8] The Eneid, book V, circa 526. Enée organizes funeral games in Sicily in honor of her father. His last competitor, the King of Segesta Aceste, sends an arrow into the air that catches fire like a comet. Enée saw this as a sign of success and declared Aceste the winner.

4 réflexions sur “La lumière de l’œil – Les secrets de l’éclairage ancien

  1. Chers amis, je suis très touché par le ton particulièrement humain de votre article et je garde également un souvenir chaleureux de votre visite. Je vous félicite aussi pour l’excellent travail de recherche que vous avez effectué à partir des informations que j’ai pu glisser dans ma présentation. Seriez-vous en train de créer un « Wikilum »?

    Aimé par 1 personne

    • Merci pour votre bienveillance, et vos inventions verbales. Nous avons découvert mille choses pendant notre visite, et bien des pistes à parcourir encore. Mais toucher des matériaux, sentir des transformations chimiques et des mouvements mécaniques, prendre dans ses mains des outils qu’on n’imaginait pas, et pouvoir en discuter, c’est un plaisir devenu trop rare. Vous avez créé un lieu unique, ou peu s’en faut, nous vous en remercions chaleureusement.

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    • Merci beaucoup d’avoir pris la peine de nous laisser ce commentaire qui nous encourage. En espérant vous avoir convaincu de venir visiter, si ce n’est déjà fait, la boutique-musée Lumière de l’oeil !

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