CHAPITRE IV PHÉNOMÈNES OPTIQUES DIVERS

POLARISATION ROTATOIRE

Définition du pouvoir rotatoire. — Lorsqu'une lame de quartz, taillée perpendiculairement à I axe optique (c'est-à-dire parallèlement a ta base a* du

prisme e-), est examinée, aux niçois croisés, dans l'appareil de polarisation à lumière parallèle, avec une lumière inonochromalique, la plaque ne s'éteint pas, comme le ferait toute autre plaque uniaxe de même orientation. Les rayons passent en partie et, pour rétablir l'obscurité que le croisement des niçois aurait dû produire, il faut tourner le polariseur ou l'analyseur d'un angle déterminé.

Gela prouve que la traversin' du quartz a dévié la vibration extraordinaire issue du polariseur.

Le plan de polarisation, d'abord perpendiculaire à la section principale de ce polariseur, a donc tourné d'un certain angle, pendant que les rayons se propageaient à travers le quartz, et ainsi ces rayons sont en état de donner, dans l'analyseur, une composante extraordinaire, qui rétablit partiellement le passage de la lumière. De là vient que ce phénomène porte le nom de polarisation rotatoire et que les corps avec lesquels il se manifeste sont dits doués du pouvoir rotatoire.

Cristaux dextrogyres et lévogyres. — Si, continuant à employer une même lumière simple, on examine successivement diverses plaques de quartz de même épaisseur, taillées dans des cristaux de diverses provenances, on constate que, pour rétablir l'obscurité, il faut toujours faire tourner l'analyseur du même angle; mais tantôt cette rotation doit s'effectuer à droite, c'est-àdire dans le sens des aiguilles d'une montre, et tantôt elle doit s'effectuer à gauche.

On dit donequ il y a des cristaux qui tournent à droite le plan de polarisation, tandis que d autres le tournent à gauche. Ces deux catégories de cristaux, dextrogyres et léi'ogi/res, identiques au point de vue chimique comme sous le rapport des propriétés physiques, ne se distinguent que sur les formes capables d'être affectées par l'hémiédrie. Ainsi, quand la face rhombe, appartenant à

l'hcmi-isocéloèdre - \ b\ dl d\ (. apparaît, seule ou accompagnée d'un hémi-

scalénoèdre, comme dans la figure Soi, à droite en bas d'une face p, on peut être

PROPRIETES OPTigiKS

Fig. 3o3.

Pig. 3o4-

sûr i[uc le cristal est dextrogyre. 11 sérail lévogyre si la même face rhombe s'observail en bas à gauche d'une face p (fig. 3o4).

Influence de l'épaisseur. Cas de la lumière blanche. Coloration des plaques. — Si l'on étudie des plaques de quartz d'épaisseur variable, on trouve que Y intensité du pouvoir rotaloirc croît proportionnellement à V épaisseur.

Enfin la rotation est d'autant plus grande que la longueur d'onde de la lumière employée est plus petite. Ainsi, d'après les expériences de Biot, une lame de quartz d'un millimètre d'épaisseur dévie le plan de polarisation des rayons rouges moyens de ig degrés, tandis que le jaune subit une déviation de a 4 degrés et que le violet extrême voit son plan se déplacer de plus de ï '» degrés. Un accroissement d'épaisseur d'un millimètre augmente de plus de 21 degrés la déviation des rayons jaunes.

Pour ce motif, lorsqu'on emploie de la lumière blanche, on ne peut jamais amener 1 extinction complète d'une plaque de quartz, aucune position de l'analyseur ne pouvant produire l'affaiblissement à peu près simultané de toutes les

radiations. La plaque se colore donc, aux niçois croisés, d'une teinte mixte, variable suivant l'épaisseur. Soient AA et PP' fig. 3o5) les sections principales des niçois. Supposons que la rotation ait lieu a droite, dans le sens des aiguilles d'une montre, de telle sorte que, au lieu de sortir suivant OP, les vibrations du rouge extrême sortent en Or, celles du jaune moyen en < >/', relies du violet extrême en Of. Déplaçons l'analyseur, dans le sens de la rotation, de telle sorte que sa section principale A, A', devienne perpendiculaire à 0/. Les rayons jaunes, ne donnant plus de composante extraordinaire, seront complètements éteints; les radiation- extrêmes domineront et il en résultera une teinte grise. Cela fait, ramenons OA', vers OA'. Les extinctions se feront dans le rouge et le bleu dominera. Au contraire, écartons encore la section principale de L'analyseur au delà de OA', ver- OP ; l'extinction portera sur le violet et c'est le rouge qui dominera. Ainsi, pour pa>ser du bleu nu rouge, c'est-à-dire pour voir les couleur- 1er dan- l'ordre habituel d'énumération du spectre, il faut

tourner l'analyseur dan- le sens même ou le cristal a produit la rotation du plan de polarisation.

PC

POLARISATION ROTATOIRE 277

Figures d'interférence. Spirales d'Airy. — L'existence du pouvoir rotatoire fait qu'un quartz normal à l'axe, en lumière convergente, nu peu! pas donner exactement la même Ggurc d'interférence que les autres cristaux uniaxes. Le centre de l'image, au lieu d'être obscur aux niçois croisés, se colore précisément du la teinte que donnerait la plaque en lumière parallèle, .Niai- la polarisation rotatoire ne se produit que suivant l'axe optique. Pour toute autre direction, le quartz su comporte comme un cristal uniaxe ordinaire. Les anneaux isochromatiques doivent doue s'y développer, ainsi quu la croix noire; seulement les branches de cette dernière ne se réunissent pas au centre et tout l'intérieur du premier anneau su montre uniformément coloré delà teinte mixte, qu'on fait varier en tournant l'analyseur (fig. \ 1 1 1 de la planche).

Si, dans le même appareil à lumière convergente, on superpose deux lames également épaisses, l'une du quartz droit, l'autre du quartz gauche, le centre de la ligure redevient obscur, l'influence d'une plaque, en ce point, annulant celle de l'autre; mais les branches de la croix qui se; produit su recourbent rapidement en spirales, dites spirales d'Airy (lig. 3o6), et le sens de la courbure fait connaître lequel des deux quartz reçoit le i-iK. ;;,,,.

premier la lumière. Ainsi, quand la lumière traverse

d'abord lu quartz lévogyre, lus brandies du haut, à partir du centre, tournent leur concavité vers la gauche (I). Au contraire, l'apparence (II) indique que le quartz dextrogyre est le premier atteint parles rayons incidents.

Certaines variétés naturelles de quartz sont composées de couches alternatives de quartz droit et de quartz gauche, et souvent cette composition hétérogène ne se révèle par aucun signe extérieur, de telle sorte qu'on en est averti seulement par la production des spirales.

Lame de Bertrand. — Quand un quartz est taillé normalement à l'axe, qu'il soit dextrogyre ou lévogyre, la teinte qu'il prend, sous les niçois croisés, ne dépend que de son épaisseur. M. Em. Bertrand a tiré parti de cette propriété pour construire un appareil qui permet de déterminer, avec une précision extrême, le moment de l'extinction d'une plaque mince d'un minéral. Gel appareil consiste en une lame de quartz, normale à l'axe, d'épaisseur uniforme et divisée en quatre quadrants accolés, dont deux opposés sont dextrogyres et les deux autres lévogyrus. Si les niçois sont exactement croisés, la teinte doit être identiquement la même dans les quatre quadrants. La moindre variation dans l'angle des sections principales fait naître des teintes différentes. On a donc ainsi un excellent moyen de produire le croisement exact des niçois.

Ce croisement ayant été obtenu par l'interposition de la lame de Bertrand entre le polariseur et l'analyseur, on introduit une lame mince, dont on veut déterminer lus directions d'extinction, et on la tourne jusqu'à ce que la lame de quartz se colore d'une teinte uniforme. En la déplaçant alors, alternative-

ment, à droite et à gauche, de manière à produire, dans deux sens opposés, mu- légère différence de teinte entre les quadrants, on a deux mesures d'angles, dont il sultit de prendre la moyenne.

Substances douées du pouvoir rotatoire. — Tout ce qui vient d'être dit

du quart/ s'applique (sauf la différence des pouvoirs rotatoires) à un certain

no mine de substances uniaxes, telles que le cinabre, le sulfate de strychnine,

us-sulfates de plomb, de potasse, de chaux, de strontiane, le carbonate

de guanidiae, etc.

Mais il j a aussi des substances isotropes qui tournent le plan de polarisation; seulement la rotation se fait avec la même intensité dans toutes les directions, au lieu d'être, comme dans les cristaux uniaxes, exclusivement spéciale ■ une direction, celle de l'axe optique. A cette catégorie appartiennent le chlorate et le bromate de soude, l'acétate de soude et d'urane. Enfin certains liquides, tels que les dissolutions de sucre et d'acide tarlrique, possèdent aussi le pouvoir rotatoire.

Quoi qu'il en soit, ainsi que l'a depuis longtemps remarqué Bravais, tous le> corps cristallisés qui sont doués du pouvoir rotatoire sont hémisymétriques, • -t-.i-dire que leur polyèdre particulaire ne possède ni centre ni plans de S) m trie.

Explication théorique. Reproduction artificielle du pouvoir rotatoire. — On a expliqué le phénomène de la polarisation rotatoire en démontrant qu'une vibration rectiligne peut être remplacée par l'ensemble de deux vibrations circulaires égales et de sens contraires. Si l'on admet que, d'après le sens de la rotation, les vibrations circulaires se propagent inégalement vite suivant Taxe du quartz, on trouve que le mouvement résultant équivaut à une vibration rectiligne, faisant un certain angle avec la direction des vibrations incidentes.

Quant à la vraie cause du phénomène, la théorie indique (i) qu'on peut la chercher dans la superposition d'une série de lames cristallines minces, ou d'un nombre suffisamment grand de molécules, assez dissymétriques pour qu'on v puisse distinguer un côté droit et un cê>té gauche. C'est ce que confirme une expérience célèbre, due à M. Reusch (2). Cette expérience consiste à superposer en assez grand nombre (de 12 à 36) des lames de mica biaxe, d épaisseur très faible et aussi égale que possible, en les empilant de telle sorte que le plan des axes optiques de chaque lame (à peu près perpendiculaire à la surface de clivage) fasse, dans le sens de la marche des aiguilles d'une montre, un angle de iaoa avec relui de la lame immédiatement sous-jacente. On s'assure alors que cette pile de lames dévie, dans le sens indiqué, le plan de polarisation d'un rayon incident normal. En un mot elle se comporte comme une plaque de quartz dextrog] re normale à l'axe. I fne superposition faite dans le sens opposé

1 Hallard, Comptée rendue, 16 mai 1881.

M.nti/xbericlUe der K. Akad.d. Wiuenschaften, Berlin, juillet 1869.