PHÉNOMÈNES DE COLORATION. POLYCHROISME

Définition de la couleur des cristaux. — Les phénomènes de coloration que présentent les cristaux peuvent tenir à leur nature même OU à 1 interposition visible d une certaine quantité de matériaux étrangers. Ainsi les cristaux rouges de quartz, dits hyacinthes de Compostçlle, ont enfermé dans leur masse des particules, distinctes à I oeil nu, d'oxyde rouge de fer. Nous ne iperons ici que du premier cas, celui des colorations qui ne résultent lu mélange accidentel d'espèces minérales distinctes el qui, si elles D apparût nnenl pas en propre au minéral considéré, onl du moins pour cause

(i) V. ploa li.nii. ]>. s5é.

PHENOMENES DE Coloration, polychroisme

une matière si finement disséminée dans la masse du cristal, qu'on ne saurail dire bien souvent si elle \ existe à I état de mélange ou sous forme de combinaison chimique.

Un certain nombre de cristaux ne réfléchissent pas également toutes les couleurs; la lumière qui les frappe subit, dans les conclu- externes du corps, une absorption qui varie avec la nature îles radiations. Ce phénomène est surtout marqué avec les substances métalliques, qui peuvent offrir une grande variété au point de vue de la teinte et de l'éclat.

Il existe aussi des cristaux non métalliques qui se colorent, sous l'influence de la lumière réfléchie, d une teinte différente de celle qu'ils présentent quand on les regarde par transparence. Nous laisserons de côté ces phénomènes superficiels, quelque intéressants qu'ils puissent être, pour ne nous occuper que de la coloration de la lumière transmise, et nous ne ferons que mentionner la propriété que possèdent certains cristaux, sans doute parcourus par de Unes cavités intérieures, de laisser apercevoir à leur surface des figures lumineuses en forme d'étoiles (astérisme du saphir et de certains micas).

Absorption de la lumière transmise. Couleurs propres des cristaux. — La lumière, en pénétrant dans l'intérieur des corps, subit d'abord un affaiblissement d'intensité, qui inarque l'absorption, par la matière, d'une partie de la force vive du mouvement lumineux. Si cette absorption est très faible, le corps est dit transparent; si elle est considérable, il est dit opaque.

Mais cette absorption peut se faire sentir différemment sur les diverses espèces de radiations. Si la différence est assez faible pour que la lumière transmise soit composée, à peu de chose près, comme la lumière incidente, le corps est dit incolore. Il n'y a pas, en réalité, plus de substances incolores qu il n'y en a d'absolument transparentes, et il suffit d'imposer à la lumière un trajet suffisamment long pour que, au sortir d'un corps quelconque, elle offre une certaine teinte. Mais on réserve la qualification de corps colorés à ceux qui produisent cet effet même en tranches relativement minces. Beaucoup de ces corps n'absorbent que certaines radiations déterminées ; si donc on reçoit, sur un prisme, la lumière qui les a traversés, on obtient un spectre d'absorption, où les radiations conservées se détachent en bandes brillantes sur un fond obscur.

La couleur qu'une substance imprime, par absorption, à la lumière transmise, s'appelle couleur propre du corps. Cette couleur n'est pas, en général, une conséquence nécessaire de la composition de l'espèce minérale qui la présente ou, du moins, elle peut être déterminée par des substances qui ne figurent pas au nombre des éléments constituants de l'espèce. Ainsi la topaze, sans cesser d'être un silicate d'alumine fliiorifère, avec une forme cristalline bien detinie, peut être jaune, comme en Saxe et au Brésil, ou bleuâtre, comme en Sibérie. L'émeraude est tantôt verte, tantôt jaune, tantôt absolument incolore ; le quartz peut être hyalin, violet ou enfumé; enfin le corindon est bleu avec le saphir et rouge avec le rubis. Or l'analyse chimique montre que ces colorations

PROPRIETES OPTIQUES

sont duos, dans certains cas, à une petite proportion d'oxydes métalliques, tels que l'oxyde de chrome et, dan- des ras plus nombreux encore, à des substances volatile-, probablement hydrocarbonées, qui ne jouent aucun rôle dans la constitution de l'espèce minéralogique (i).

Rapports de l'absorption avec la direction des vibrations. Polychroïsme. — Dans un cristal homogène, le mélange du principe colorant avec la matière du cristal est assez intime pour que la distribution de ce principe soit assujettie aux lois qui règlent la disposition des particules cristallines. Il en résulte que l'absorption colorée de la lumière, c'est-à-dire l'affaiblissement inégal des diverses radiations du faiseau incident, est l'un de ces phénomènes physiques qui, dans les cristaux, sont ordonnés conformément aux directions.

Par suite, la couleur propre d'un corps, vu par transparence, ne peut être la même, pour toutes les directions de transmission, que si la propagation des vibrations lumineuses est indépendante de leur orientation, c'est-à-dire si le corps est isotrope. Dans un tel milieu, l'absorption ne dépend que de l'épaisseur, et toutes les plaques également épaisses d'un même corps offrent la même teinte, dans quelque direction qu'elles aient été taillées.

Il en est tout autrement dans les milieux biréfringents. L'absorption de la force vive du mouvement lumineux étant nécessairement liée à la nature même mouvement, et les vibrations se propageant inégalement vite suivant les directions, on conçoit que lintensité et la nature de la lumière transmise doivent varier avec le sens dans lequel des plaques cristallines de même épaisseur ont été taillées relativement aux élasticités principales de la substance. Les cristaux biréfringents colorés sont donc essentiellement caractérisés par la propriété d'offrir des colorations variables suivant les directions, propriété qui a reçu les noms de pléochroïsme et de polycliroïsme.

I. polychroïsme a été remarqué d'abord sur les cristaux de cordiérite ou dic/iroïte. Cette substance (qui est un silicate d'alumine avec oxyde ferrique et magnésie) se montre d'un beau bleu dans un certain sens et offre une teinte dans le sens perpendiculaire au premier.

Il importe de ne pas confondre ce phénomène avec la double coloration (pie présentent certains cristaux. Ainsi on trouve en Angleterre des cristaux cubiques de fluorine, qui sont d'un bleu intense sous l'influence de la lumière réfléchie et d'un beau vert quand on les regarde par transparence. La première couleur, produite par réflexion, est indépendante de la direction des vibrations, tandis que le véritable polychroïsme résulte de l'inégale absorption que subissent, d.Hi- \>-< cristaux biréfringents, les deux vibrations, polarisées à angle droit, auxquelles donne lieu toute vibration incidente.

Le polychroïsme demande à être étudié successivement dans les cristaux uniaxes et dans les cristaux biaxes ('2).

•ih'ti.i/. Bull. v" . géol. de France, a' série, XXIX, |>. .'<■>.. (i) Ffoni rairrons, dans eette .|ii<)<-, le Traité de Cristallographie physique '!<■ M. Qroth.

LOUPE DICHROSCOPIQIK

Polychroïsme des cristaux uniaxes. — Dans un cristal uniaxe, les rayons <jui traversent le cristal suivant la direction de l'axe éprouvent une absorption déterminer, qui dépend de la nature de la substance. Appelons A la couleur que produirait celle absorption, pour une épaisseur déterminée de la lame cristalline. Nous saxons qu'en pareil cas les vibrations, étanl normales à l'axe optique, rencontrent la même élasticité, <pielle que soit leur direction. L'absorption qui produit la teinte A est donc indépendante de la polarisation du rayon incident.

Imaginons maintenant une lame de même épaisseur, mais taillée parallèlement à l'axe et frappée par des rayons normaux. La vibration incidente se décomposera en deux, l'une parallèle à l'axe, l'autre perpendiculaire. Cette dernière, quelle que soit sa direction, donnerait lieu, si elle (hait seule, à la production de la teinte A. La première en donnerait une autre, que nous appellerons B et qui est certainement, parmi toutes les teintes d'absorption que peut offrir le cristal sous une épaisseur donnée, celle qui diffère le plus de A. En effet, c'est suivant l'axe optique et la direction normale que les élasticités optiques sont le plus différentes.

En résumé, le cristal étant vu par transparence, les deux rayons polarisés à angle droit arriveront ensemble à l'œil et il en résultera l'impression d'une teinte mixte, que nous pouvons représenter par AB. Les deux teintes A et AB seront d'autant plus distinctes que A et B différeront davantage. Pour toute autre direction de la plaque, la couleur serait intermédiaire entre A et AB, et d'autant plus voisine de A que la direction des rayons serait plus rapprochée de celle de l'axe optique.

On voit par là combien il est peu correct de désigner ce phénomène, comme on le fait souvent, sous le nom de dichroîsme, puisque, même avec un cristal uniaxe, il y a, en réalité, une infinité de teintes possibles. Seulement, en général, le polychroïsme des cristaux est peu marqué et il n'y en a pas beaucoup qui, observés à la vue simple, laissent apercevoir une différence sensible entre les teintes A et AB.

Loupe dichroscopique. — Pour rendre le polychroïsme appréciable, il faut pouvoir isoler les teintes A et B, en juxtaposant les images produites par chacune délies. C'est ce que réalise la loupe dichroscopique d Haidinger.

Un prisme de spath abcd (fig. 3o»j est fixé dans une monture en laiton, de telle sorte que sa section principale contienne l'axe de la monture. En avant et en arrière du Li A" spath sont placés deux coins de verre, v et v' ,

de façon que les rayons soient normaux aux œsà4a

faces d'entrée et de sortie. Enfin une lentille / Fig. 309.

est appliquée contre le prisme c, tandis que,

en arrière de v' , est pratiquée une ouverture rectangulaire 0. Les dimensions

du spath ont été réglées de telle manière que les deux images fournies par la

PROPRIETKS OPTIQUES

douille réfraction el agrandies par la lentille apparaissent exactement juxtaposées par un de leurs bords.

Supposons qu'une lame cristalline uniaxc, taillée parallèlement à l'axe, soit tenue devant l'ouverture o, la direction de Taxe de la lame étant parallèle à la

section principale du spath. Toute vibration incidente tombant sur la lame s'y décompose en deux, lune ordinaire, normale à Taxe, la seconde extraordinaire, parallèle à Taxe. Or la première ne peut donner, en traversant !e spath, aucune composante parallèle à la section principale, tandis qu'elle s'y transmet intégralement à titre de vibration ordinaire. Elle concourt donc seule à la formation de limage ordinaire de l'ouverture. Au contraire, l'image extraordinaire est erclusicement fournie par les vibrations extraordinaires issues de la lame et intégralement transmises par le spath, à la section principale duquel elles sont parallèles. Dès lors, tandis que la première image est colorée de la teinte A. la seconde offre la teinte B, et il suffit que ces deux teintes soient un peu différentes, pour que leur juxtaposition permette d'en saisir le contraste.

Si la plaque n'était pas parallèle à Taxe, elle produirait, lorsque l'un de ses deux axes d'élasticité viendrait à coïncider avec la section principale du spath, deux teintes A et B . moins différentes l'une de l'autre que A et B. Enfin une plaque normale à Taxe donnerait deux images de même teinte A. Aussi cette teinte A (qui est celle des lames parallèles à p dans les systèmes hexagonal et quadratique el à a1 dans le système ternaire s'appelle-t-elle couleur de la base, tandis que B e>t la couleur propre de l'axe.

Exemples de polychroïsme dans les cristaux uniaxes. — Voici quelques exemples des teintes que donnent les substances uniaxes les mieux pourvues de polychroïsme :

ESPÈCES