CHAPITRE PREMIER

§ 1. — Dispersion et aberration chromatique.

Les corps lumineux produisent des sensations très-variées dans l'appareil nerveux de l'œil, et cette variété des sensations dépend de la durée d'oscillation des ondes lumineuses^ ainsi que d'une concentration plus ou moins parfaite de ces rayons sur la rétine.

Chaque foyer lumineux est constitué par une lumière mélangée, composée d'ondes qui ont une durée différente d'oscillation. La lumière du soleil est blanche, mais elle n'est pas non plus homogène. Il suffit de faire passer dans une chambre obscure un faisceau de rayons solaires sur un prisme pour se convaincre que ce faisceau lumineux, après avoir traversé le prisme, se disperse de l'autre côté de ce même prisme et va

GALEZOWSKI. 1

former, sur un écran vertical placé à quelque distance, une bande ou image colorée (fig. i). Cette image se compose de sept couleurs disposées dans un ordre invariable, et on lui donne le nom de spectre solaire.

Mais ce n'est pas seulement les prismes qui ont la propriété de décomposer la lumière solaire ; toutes les lentilles convexes ou concaves ont cette propriété de dispersion, et l'on s'en aperçoit smiout lorsqu'on examine un foyer lumineux à travers un verre très-fortement grossissant.

Que se passe4-il dans ce cas avec l'image de l'objet qu'on examine?

Rappelons-nous cette loi d'optique, que pour qu'une image soit complètement nette, il faut que les rayons qui viennent d'un point lumineux se réunissent, en traversant une lentille biconvexe, en un seul pointî et constituent ainsi un foyer homocentrique.

Cette loi n'est pas strictement exacte pour les lentilles ordinaires, et pendant que certains rayons se concentrent en avant, d'autres arrivent au contraire au delà du centre commun.

Pour que les rayons parallèles a, c, (/, se réunissent en traversant une lentille (fig. 2) au foyer il faut que leurs réfractions croissent en proportion de leur distance à l'axe de la lentille. En effets les angles d'incidence i, 2, 3, croissent

Violet:

Indigo.

Bleu.

Vert.

Jaune.

Orange:

Rouge.

Fig. 1. — Passage d'un rayon solaire à travers le prisme.

proportionnellement aux distances qui existent entre chaque rayon et Taxe ao.

FiG. 2. — Réfraction des rayons qui traversent le bord d'une lentille (*).

Mais on sait, d'autre part, que la réfraction des rayons marginaux d augmente d'autant plus que les cercles des surfaces des lentilles sont plus grands, et que par conséquent le rayon do^ au lieu d'être exactement réuni avec les autres rayon? dans le point o, se trouvera porté un peu en avant de la lentille. La même chose se passe avec les autres rayons marginaux; d'où il résulte une diffusion dans le point de réunion des rayons lumineux, et le foyer lumineux n'est plus homocentriqiie. Cette déviation de l'homocentricité s'appelle aberration de sphéricité.

L'homocentricité peut être détruite lorsque les rayons colorés devront, en traversant une lentille, se rassembler pour former un foyer. Certains rayons colorés se rassemblent plus près, d'autres plus loin, et il y aura une aberration chromatique.

La réfrangibilité des rayons colorés du spectre solaire est très-variée, et pendant que certains de ces rayons, les rouges, par exemple, auront le foyer très-long , les rayons violets ont un foyer qui est le plus court de tous. 11 est dès lors naturel que les rayons verts, qui occupent le milieu du spectre, subissent une réfraction moyenne, qui représente la marche

(*) a, b, c, d, rayons parallèles; 1, 2, 3, angles d'incidence; o, foyer.

générale des rayons lumineux. Une dispersion de cette nature rend l'image d'un objet un peu confuse et en même temps revêtue des couleurs irisées.

Pour neutraliser l'effet de la dispersion, il ne faut que conserver la réfraction moyenne, et concentrer dans le même point les rayons écartés rouges et violets. On arrive facilement à ce résultat en combinant les lentilles selon les idées d'Euler, de DoUond et de Wollaston, de telle manière qu'une moitié soit faite de flint-glass, plus dispersif, et l'autre de çrown-glass, moins dispersif. Cette combinaison de deux lentilles en une seule, ou même de trois lentilles superposées et de différentes substances, fait disparaître l'aberration; c'est pourquoi une lentille pareille est achromatique^ et ne donne pas des images colorées.

Pour expliquer les changements que vont subir les rayons colorés en traversant une lentille composée de ces deux matières de différente réfraction, admettons que dans la figure 3 un foyer lumineux S envoie ses rayons sur une lentille > composée d'un verre biconvexe et d'un deuxième verre biconcave, dont l'un est de crown-glass et l'autre de flint-glass, d'un pouvoir réfringent et dispersif plus grand quelecrown.

Le premier verre opère la décomposition des rayons en Sr et S?;, qui doivent ensuite traverser un autre milieu formé par leflint-glass plus réfringent ; mais comme le second verre présente des courbures opposées à celles du premier, les rayons colorés marcheront naturellement dans un autre sens et s'éloigneront de l'axe AA'. Le rayon violet vv' subit donc une déviation plus forte que le rouge Tr\ et s'en rapproche par conséquent pour ne former qu'un seul et même foyer /, ou

au moins ils sont rapprochés de manière à être moins divergents l'un par rapport à l'autre.

Telle est la méthode d'achromatisation de Dollond. Euler a modifié cette combinaison en faisant construire une lentille biconcave entre deux verres biconvexes d'une nature moins réfringente.

FiG. 3. — Expérience de Dollond pour démontrer l'achromatisme f).

Mais si toutes les lentilles simples ont un degré plus ou moins grand d'aberration chromatique, on devait se demander si les milieux réfringents de l'œil possèdent aussi ce défaut; si, en un mot, notre œil est oui ou non achromatique ? A cette question, nous ne pouvons répondre que d'une manière approximative et presque par des probabiHtés. Les physiciens les plus distingués de notre époque ne sont pas encore d'accord à ce sujet. Dalembert (1) avait déjà démontré le premier que la dispersion des rayons colorés dans l'œil peut atteindre un degré aussi élevé que dans le verre, sans devenir cependant sensible. Les recherches ultérieures de Wollaston, Fraunhofer, Matthiessen, ont même abouti à des mensurations exactes de l'aberration chromatique de l'œil. Pour M. Helmholtz (2), cette aberration existe aussi, mais elle

(1) Dalembert, Mém. de VAcad. des sciences. Paris^ 1767, p. 81.

(2) Helmholtz, Optique physiologique, trad. franç. Paris, 1867, p. 173.

(*) AA', axe ; S, foyer lumineux; rr', rayon rouge ; vv\ rayon violet ; f, foyer.

porte très-peu de préjudice à la netteté de la vision par la décroissance de ïmtensitè de celles des couleurs qui se rapprochent des extrémités du spectre. En examinant la réfrangibilité chromatique de son propre œil, Helmholtz dit que la plus grande distance visuelle pour la lumière rouge est d'environ huit pieds; pour la lumière violette, elle est d'un pied et demi, et elle descend à quelques pouces pour les rayons ultra- violets, les plus réfrangibles de la lumière solaire.

En calculant, d'après cela, la distance focale à l'intérieur de rœil, M, Helmholtz a trouvé qu'elle est :

Pour les rayons rouges à 20"'^, 574

Pour les rayons violets à 20™™jl/iO

Ainsi, en supposant que dans un œil emmétrope, les rayons rouges viennent de i'infmi et se rassemblent sur la rétine, pendant ce temps le foyer des rayons violets ne se formera qu'à 0°'"',43à au devant de la rétine, et l'œil apercevra un foyer lumineux rouge entouré d'une auréole violette. En éliminant tous les rayons moyens du spectre pour ne conserver que les rayons extrêmes, rouges et violets, Helmholtz arrive à démontrer Pexistence d'aberration chromatique de notre œil. Mais en est-il de même avec la lumière blanche et dans les conditions ordinaires de la vision ?

En supposant que les rayons moyens du spectre forment un foyer sur la rétine, on devrait avoir, d'après les expériences de M. Helmholtz, des cercles de diffusion de couleurs extrêmes du spectre, rouge et violet, sur cette même membrane. Cependant on ne voit rien de semblable, et Helmholtz ne peut s'expliquer ce phénomène que par l'étroitesse relative

de cercle de diffusion et une intensité lumineuse trop faible pour être perçue (1).

Cette explication ne nous parait pas satisfaisante, et il nous semble plus rationnel d'admettre, avec Vallée (2) etForbes(â), que l'œil possède une conformation parfaite sous tous les rapports, et que par conséquent il est aussi achromatique. On peut, en effet, comprendre que, pareillement aux lentilles achromatiques, la densité et la réfrangibilité différentes des couches corticales du cristallin et de son noyau produisent une correction complète de l'aberration chromatique de l'œil, surtout si l'on prend en considération le mécanisme de Taccommodation et les dimensions de la pupille.

§ 2. — Aberration chromatique dans les lunettes.

Les verres de lunettes doivent être fabriqués avec une matière bien pure et bien transparente, exempte de tous fds ou stries, de graisse ou de bulles dans leur épaisseur. On les fabrique ordinairement avec du verre ou du cristal de roche.

Le verre le plus pur et le meilleur pour les lunettes est celui que Ton nomme crown-glass^ composé de boro-silicate de potasse et de chaux, dont la pesanteur spécifique est entre 2,50 et 2,59 ; mais on se sert aussi de flint-glass (borosilicate de plomb), ainsi que du cristal de roche. Le flint-glass a une pesanteur spécifique de 3,58 à â,62; il a une force dispersive très-grande, et décompose, par conséquent, trèssensiblement la lumière, en produisant à un haut degré sur les

(1) Helmholtz^ loc. cit., p. 179.

(2) Vallée, Comptes rendus de VAcad. des sciences, t. XXIV, p, 1096, et t. XXXIV, p. 321.

(3) Forbes, Proceedings Roy, Edinhurgh Soc, décembre 1849, III, p. 251,

>bjets le phénomène del'irisalion. D'autre part, c'est un verre très-tendre; son poli résiste à peine aux frottements, et en un mot c'est le plus mauvais verre ^ comme dit Chevalier (1), que ïon puisse employer pour les besicles.

La matière avec laquelle on fait les meilleures lunettes est le crown-glass, qui réunit les meilleures conditions de limpidité et d'inaltérabilité. En même temps il possède un degré moindre de qualité dispersive, et produit, par conséquent, moins d'irisation, surtout lorsque la matière employée à cet effet est du beau crown-glass, le crown pur incolore., et non pas le verre à vitres ou de la glace ordinaire.

Dans ces derniers temps, M. Lamy a cherché à remplacer par le thallium la potasse et le plomb qui entrent dans la composition du verre, et il a obtenu des espèces de verres dont le poids spécifique va jusqu'à 5,625, et l'indice de réfraction à 1,965. il n'y a pas de doute que ces qualités ne soient utilisées un jour pour les verres de lunettes.

Les lunettes convexes de faibles numéros que l'on prescrit habituellementaux presbytes et aux hypermétropes, lorsqu'elles sont fabriquées avec du beau crown-glass, ne présentent point d'aberration chromatique. Mais il n'en est pas de même avec les numéros plus forts des verres biconvexes, surtout lorsqu'il s'agit des lunettes n°' 6, 5, 4 1/2, 4, etc.

Ces lunettes fortement grossissantes sont prescrites pour les personnes hypermétropes, qui s'aperçoivent facilement que leurs lunettes produisent des cercles irisés autour des objets qu'elles regardent. La même chose a lieu, mais à un degré beaucoup plus considérable, lorsqu'on a besoin de recourir à l'usage des verres prismatiques dans le but de faire

(1) Chevalier, Manuel den myopes et des presbytes. Paris, 1841, p. 53.

disparaître la diplopie, oii de corriger Fasthénopie musculaire. Pour remédier à cet inconvénient, il faut insister surtout sur la qualité parfaite du crown-glass, et peut-être ne serait-il pas nécessaire d'avoir constamment recours à des verres combinés de crown etflint-glass, et de prescrire de préférence des lunettes achromatiques. Cette idée a été soulevée par A. Chevalier, qui dit avoir essayé de construire des verres véritablement achromatiques; mais il a été toujours retenu par la crainte de les rendre trop lourds. Il n'y a, en effet, que le mode d'exécution qui arrête le progrès dans ce sens; mais il faut espérer que cette difficulté sera vaincue, et qu'on obtiendra, pour des lunettes surtout à court foyer, des verres complètement achromatiques.

Le cristal de roche (quartz hyalin, pehbles des Anglais) est très-souvent employé pour les verres de lunettes. Le quartz hyalin primitif est très-rare, mais le quartz en prisme hexaèdre est très-répandu dans la nature, surtout à Madagascar et au Brésil.

Le cristal de roche est doué de la double réfraction s'il n'est pas taillé perpendiculairement à son axe, et lorsqu'on regarde un objet à travers ce cristal, on le voit double dans certaines positions. C'est pourquoi il faut veiller à ce que chaque verre dé lunettes soit coupé perpendiculairement à l'axe du cristal.

Mais les lunettes de cristal de roche possèdent certaines qualités qui les font souvent préférer aux autres lunettes : le cristal ne se raye pas aussi facilement que le verre, et ne prend pas l'humidité ; en outre, par suite de son haut pouvoir réfringent, on peut lui donner des courbures plus faibles, et éviter de cette manière l'aberration de sphéricité.

C'est au moyen de la polarisation que l'on peut véritier si les verres de cristal de roche sont bien taillés. On se sert à cet effet d'une pince à tourmaline^ dans laquelle on place, entre deux plaques de tourmaline, le verre qu'on doit essayer. Si le morceau est taillé perpendiculairement à l'axe du cristal, on voit apparaître de magnifiques anneaux circulaires colorés, comme cela a été très-bien représenté par M. Arthur Chevalier (1), et que Ton examinera avec intérêt. Les anneaux de cette figure doivent se trouver au centre du verre, comme dit M. A. Chevalier, sans cela les lunettes sont mauvaises et produisent une grande dispersion de lumière.

Pour mieux juger de la qualité des matières qui doivent être • choisies pour les lunettes, il faudrait, ce me semble, étudier les qualités chromatiques de chacune d'elles, comparativement avec celles du cristallin de l'homme. Or, il existe une grande différence entre les verres de crown-glass pur et ceux de cristal de roche, et cette différence s'observe particulièrement dans les qualités absorbantes des rayons colorés de la lumière. Tandis que les lunettes de crown-glass absorbent en grande partie les rayons ultra-violets, le cristal de roche, loin d'avoir cette faculté, disperse davantage les rayons colorés du spectre, surtout lorsqu'il n'est pas taillé convenablement. Briicke a démontré que le cristallin de l'homme, de même qu'une lentille de crown-glass, absorbe en grande partie les rayons violets, d'où l'on peut conclure que, sous ce rapport, le cristal de roche doit être inférieur au crown-glass,

§ 3. — Des verres colorés et des conserves.

Examinons maintenant la question des verres colorés nu

(1) Arth. Chevalier, Hygiène de la me, Paris, 1862, p. 92,

point de vue de leur propriété chromatique et dispersive, et voyons jusqu'à quel point leur usage peut être utile dans le traitement des affections oculaires.

Dans le commerce on trouve des verres de couleur trèsvariés. Mais à côté de verres d'une couleur déterminée, on remarque des teintes tellement disparates, qu'on est souvent très-embarrassé dans le choix qu'on se propose de faire! Brûcke émet à ce sujet un vœu très-légitime, que les verriers devraient chercher à produire et à livrer des séries assorties de verres colorés de même ton ou de même transparence, et ne pas laisser à la clientèle le soin de choisir parmi les produits des diverses fabriques pour réunir ces séries.

Notre but est d'étudier l'influence des différents verres de couleur sur la vue, et pour cela nous nous bornerons à examiner les couleurs principales du spectre, ainsi que les verres gris et de teinte neutre ou fumée.