Grossissement à donner aux microscopes

Discutons a priori la grandeur optima du grossissement à donner aux microscopes servant aux pointés de traits tels que ceux des cercles divisés.

11 semble d'abord avantageux d'exagérer le grossissement dini l'objectif. En effet, soit G le grossissement : un déplacement du Irait objet produit un déplacement du trait image G l'ois plus grand. C'est vrai, mais simultanément l'épaisseur du trait est elle-même G fois plus grande. D'où résulte que, sans parler de la diffraction et ù supposer le trait aussi régulier qu'il est pratiquement possible, sou image devient trrégulière et mal délimitée. On perd d'un côté ce qu'on gagne de l'autre.

En fait, l'expérience indique un grossissement objectif optimum de l'ordre de 10.

11 n'est pas non plus avantageux d'exagérer le grossissement oculaire. Le problème est de placer un trait à égale distance de deux traits parallèles. Le maximum de précision correspond évidemment à une distante des traits extrêmes ni trop petite ni trop grande. Ici encore l'expérience indique un grossissement oculaire de l'ordre de 10, la distance des fils du micromètre étant <le l'ordre du dixième de millimètre. Ils apparaissent donc comme placés à 2."t cm. de l'u*il et distants d'un millimètre. Admettons que le pointé se fasse au centième de l'intervalle de ces traits, c'est-à-dire à 1 ■>. près; la limite de l'intervalle objectif qu'on apprécie est donc I), 1 ;t. Tout le monde est d'accord pour considérer cette longueur comme la limite extrême

3ii CONSTRUCTION DES INSTRUMENTS DE MESURE

de la précision d'un pointé isolé. Certains physiciens prétendent qu'il suffit de recommencer un grand nombre de fois la mesure pour augmenter indéfiniment la précision : pour ma part, je trouve celte opinion stupide a priori; elle est, du reste, contredite par les laits.

244. Importance d'un éclairage symétrique. Dispositifs divers.

i". — Un trait étant un sillon, pour en pointer exactement le thalweg, il faut l'éclairer symétriquement, c'est-à-dire au moyen d'un faisceau dont le plan de symétrie soit normal à la règle R et passe par le traitT (plan de symétrie du trait). Comme l'axe du microscope <loit être, autant que possible, normal à la règle R (règle horizontale, axe vertical), le plan de symétrie du faisceau éclaireur passera par l'axe du microscope et par le trait.

Fig. 270.

La figure 270 représente trois dispositifs acceptables.

Nous devons distinguer deux cas, suivant que la surface gravée» le poli mat ou le poli xpêadaire, autrement dit, suivant qu'elle diffuse ou ne diffuse pas.

Si le miroir est disposé comme en 1, il faut que la surface soil mate; autrement tout est obscur, les rayons régulièrement réfléchis n'entrant pas dans l'objectif. Le dispositif 2 convient aux surfaces mates ou spéculaires, mais la moitié seulement de l'objectif est utilisée, l'autre moitié étant recouverte par le miroir. Le traitTapparalt sombre sur fond brillant. Les dispositifs 2 et 3 sont équivalents; dans le troisième, le miroir est placé dans le corps du microscope, au-dessus de l'objectif. On peut utiliser un miroir elliptique occupant toute une section oblique du tube, mais percé d'un trou exrentré.

Pour juger do la symétrie de l'éclairement, on vérifie que le champ est uniformément éclairé, et qu'il en est de même de l'anneau ocu*

laire (il se trouve réduit à un demi-cercle avec les dispositifs 2 et 3). -Pour cette dernière vérification on utilise un verre dépoli qu'on place au-dessus d(i microscope à une distance convenable (de l'ordre de deux ou trois centimètres).

2". — Le problème de l'éclairage des traits se retrouve dans la lecture des cercles gradués, en particulier des cercles méridiens (fig. 230). Dans ce cas, les traits sont tracés sur un limbe systématiquement strié par le polissage dans une direction perpendiculaire aux traits. La surface est sinon mate, du moins diffusante pour les rayons d'un faisceau qui se présente symétriquement par rapport aux traits. Le dispositif 1 est donc admissible ; le miroir peut être remplacé par un prisme à réflexion totale. On emploie souvent un miroir plan ou concave percé d'une ouverture centrale, laissant à découvert la presque totalité de l'objectif. La source lumineuse est placée assez loin sur l'axe du cercle méridien ; la lumière, transformée par une lentille en un faisceau légèrement divergent, tombe sur une couronne de miroirs ou de prismes réflecteurs qui la renvoie sur les miroirs ou prismes fixés aux microscopes. Elle subit ainsi deux déviations à angle droit.

Dans ces derniers temps on a proposé d'éclairer les nM

traits par une très petite lampe ... „g

électrique placée au bout du

microscope, symétriquement par rapport aux traits ; on allume seulement pendant le temps nécessaire à la lecture. On supprime ainsi l'encombrement et la complication des appareils éclaircurs ordinaires.

245. Pointés but un plan réfléchissant parallèle à l'axe du microscope.

Expliquons le problème sur le p'ointé d'une surface mercurielle; nous le retrouverons dans la comparaison des mètres à bouts et à traits.

i". — Pointés des surfaces me ne uni elle s larges.

Au § 184, nous avons dit comment se présente le pointé des surfaces terminant une colonne de mercure de diamètre relativement faible (10 mm.). Lorsque le ménisque est large, force est de le considérer comme un miroir horizontal. La méthode consiste à installer un objet linéaire, parallèle ou perpendiculaire à la surface, très voisin d'elle, et à pointer le milieu entre l'objet et son image. Ce milieu coïncide avec la surface réfléchissante, quelle que soit la distance entre celle-ci et l'objet.

On emploie souvent une pointe fine de verre noir, soudée an tube

qui contient le mercure, ou soutenue par un procédé quelconque (fig. 280, à gauche).

On peut encore projeter très près de la surface mercurielle l'image d'un fil horizontal /"éclairé par le miroir M; la figure montre le collimateur utilisé. Le mercure double l'image : dans le champ du viseur d'observation on voit donc deux images parallèles très voisines. Malheureusement, elles se produisent à travers deux parois de verre soufflé ; elles sont loin d'être parfaites et d'égales intensités. Il devient impossible de pointer sur la droite idéale équidistante ; on doit les pointer séparément et prendre la moyenne des résultats. L'extrême limite de la précision annoncée est ± 2 1*.

2°. — Longueur bes mètres a bouts.

Pour comparer un mètre à traits (par exemple un des nouveaux prototypes) avec un mètre à bouts (par exemple le mètre des Archives^, on place près de chacune des surfaces terminales de celui-ci une pointe fine portée par la règle elle-même, afin que sa distance

à l'extrémité demeure invariable. On vise avec le microscope du comparateur (S 247) le milieu de l'intervalle entre la pointe et son image. L'inconvénient de la méthode est que la pointe grossie est très irrégulière, pour fine et travaillée qu'elle soit.

Après de nombreux essais, on trouva avantageux de substituer à la pointe un fil d'araignée ce porté par la règle parallèlement à sa section droite terminale (fig. 280, à droite).

Deux fils d'araignée aa, bb, sont tendus verticalement et fixés avec une goutte d'arcanson. Un troisième fil horizontal ce repose dessus; il est tixé de même. 11 est donc parallèle à la surface et à une distance de celle-ci égale à l'épaisseur d'un lil d'araignée. On éclaire avec un miroir horizontal M qui renvoie de bas en haut le faisceau projeté de haut en bas par le système éclaireur du microscope (S 244). Le fil ce d'araignée et son image apparaissent comme deux droites parallèles, fines et régulières.

246. Mise au point dans le cas d'un éclairage ou d'an objet dissymétriques.

Dans les pointés du paragraphe précédent, l'éclairage est dissymétrique : no sert qu'une moitié de l'objectif du microscope. Il en

QVESTIOItS DIVERSES DE MÉTROLOGIE 3'.7

résulte qu'une imparfaite mise au point entraine non seulement le Itou de l'image, mais encore un déplacement latéral.

C'est ce que montre la figure 282.

Le point A fait par hypothèse son image en A'.

Diaphragmons l'objectif avec un écran percé d'un trou, llegardons dans le plan P : quand nous déplaçons l'écran, l'image (incorrecte) se déplace dans le même sens. Regardons dans le plan V : le déplacement du diaphragme entraîne un déplacement en sens inverse de l'image (incorrecte). Nous sommes donc assurés de regarder dans le plan de l'image correcte quand le déplacement du diaphragme le laisse immobile. Cette méthode est une forme de la célèbre expérience du père Scheiner.

Avant qu'on ne réalisât une mise au point systématique, on trouvait, dans la comparaison des mètres à bouts et des mètres à traits, des différences considérables, irrégulières et qui dépendaient des microscopes; elles disparurent quand on mit systématiquement au point en déplaçant devant l'objectif, d'une quantité toujours la même,

un écran percé d'un trou. On détermine par interpolation le tirage pour lequel ce déplacement n'entraîne aucun mouvement de l'image, d'après la mesure des déplacements pour deux tirages qui correspondent à des mouvements de sens contraires.

On doit prendre les mêmes précautions de mise au point pour le pointé des surfaces mercurielles.

247. Comparateur à dilatation; comparaison des règles métriques.

1". — Il s'agit de comparer deux règles à traits de longueurs peu différentes ; il s'agit, comme cas particulier, de comparer à une règle maintenue à une température constante, une règle de longueur initiale très voisine qu'on porte à une série de températures comprises dans un intervalle assez, petit (mesure de la dilatation).

La méthode, très simple, consiste à disposer à poste fixe deux microscopes M, M munis d'oculaires micrométriques, a axes verticaux, situés à une distance voisine de la longueur des règles horizontales a comparer. Les variations de longueur des règles sont déterminées (sans déplacement des microscopes) par le seul jeu des micromètres oculaires, dont les vis ont leurs axes dans le plan des axes de»

microscopes (fig. 283). La méthode ne s'applique, évidemment, que si la variation de la longueur à mesurer est inférieure à la somme des longueurs objectives qui correspondent à la somme des longueurs des images réelles dont la perfection est suffisante.

Voici quelques nombres pour fixer les idées.

Les microscopes utilisés par le Bureau international îles poids et mesures ont un objectif achromatique simple de 36 mm. de distance focale; ils sont réglés de manière que le grossissement objectif soit de 7,5. Le pas de' la vis du micromètre oculaire est de 0"",75, de sorte qu'un tour du tambour correspond à une longueur objective

Kig. 283.

de 750: 7,5(1= lOOp (un dixième de millimètre). L'étendue du champ est de il tours; il correspond donc à une longueur objective de 1,1 inm. Pour que la méthode soit applicable, il faut que la différence dos longueurs des règles soit inférieure à 2,2 mm., quantité qui est évidemment une limite extrême.

.'A — Voici quelques détails de construction.

Les microscopes sont lixés sur des piliers de maçonnerie fondés sur un sol stable. Ils sont réglés une fois pour toutes en distance et hauteur par des pièces boulonnées {non représentées).

Les règles à comparer (dans l'air) sont installées parallèlement sur un chariot mobile sur rails, qui permet de les substituer l'une à l'autre rapidement, sans secousses et sans déréglage. Une série de vis non représentées) facilite les réglages en azimut et en hauteur. L'expérience très simple consiste à amener une des règles

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sous les microscopes, à pointer avec les fils mobiles les traits qui sont tracés sur ses extrémités, à substituer l'autre règle et à recommencer les pointés. Connaissant les valeurs des divisions micrométriques en longueurs objectives, on calcule immédiatement la différence de longueur des règles.

Dans le cas où Ton détermine des dilatations, Tune des règles doit être chauffée. L'appareil est alors plus compliqué. Chacune des règles est contenue dans une auge métallique remplie d'eau dont on maintient la température constante. Je reviens plus loin sur les pointés à travers une lame liquide (§ 249). Les deux auges sont disposées l'une à côté de l'autre sur le chariot; l'expérience consiste encore à substituer alternativement l'un à l'autre les deux systèmes règle-auge.