LUMIÈRE CONVERGENTE

Pince à tourmalines. — Malgré toutes les ressources du microscope polarisant à lumière parallèle, il ne donne jamais que les phénomènes produits par le passage, à travers la lame, de rayons se propageant suivant une seule direction qui est généralement normale à la face de la lame. On peut cependant, quoique avec quelque difficulté, observer les phénomènes suivant diverses directions obliques en inclinant la lame par rapport à l’axe du mi-

750 ENCYCLOPÉDIE C'flIMTQüE.

croscope. lais il est biert plus commodè (foftsërvef à là fois et d’é'mbéasser d’uni seul coup d’œil les phénomènes particuliers à la direction normale et ceux qui

Fig. 16.

conviennent à toutes lès directions obliques ne faisant pas un trop grand angle

Fig. 17. — Pince à tourmalir

avec la normale. Tel est précisément le but de l’emploi de la lumière convergente ou divergente.

Supposons qu'une famé cristalline L (fig. 16), placée entre deux tourmalines croisées à angle droit et faisant office l’une de polariseur et l’autre d’analyseur, reçoive dé l!a lumière de l’espace suivant toutes les directions. Une lentille convergente C' est placée à peu de distance et reçoit les rayons qui ont traversé l’ensemble des lames. Un faisceau de rayons incidents parallèles à mn, ressort suivant une direction parallèle m1n1, et, après avoir traversé la lentille C, vient converger en un point ni du plan focal F de la lentille, déterminé par l’intersection avec ce point de la droite O 'n', menée par le centre optique 0' de la lentille parallèlement à mn.

Fig; 18. — Microscope polarisant à lumière convergente.

Après avoir traversé le polariseur, la lame et l’analyseur, le faisceau sort coloré, et- sa teinte, qui' sera aussi celle du point n', est déterminée, d’après la théorie précédente, par la! direction du faisceau dans l’intérieur de la lame L, et par la longueur p de ce parcours.

La coloration de chacun des points du plan focal F, est donc celle d’un certain faisceau traversant*la lame suivant une direction plus ou moins oblique. Le plan focal F présehte ainsi comme un tableau d’ensemble des modifications que

la lame cristalline fait éprouver à tous les faisceaux qui ne sont pas trop obliques par rapport à la normale.

A la lentille G on peut substituer le cristallin de l’œil, et les phénomènes chromatiques viennent se peindre sur la rétine. La lame cristalline est alors serrée entre les deux tourmalines fixées aux extrémités d’une pince appelée pince à tourmalines (fig. 17).

Fig. 19.

Microscope polarisant à lumière convergente. ■ — L’appareil précédent n’a que peu de champ, c’est-à-dire que, quelque près qu’il soit placé de l’œil, on ne peut recevoir sur le cristallin que des rayons peu inclinés sur la normale. Pour remédier à cet inconvénient, on substitue à la pince à tourmalines un appareil beaucoup plus complexe qu’on appelle microscope à lumière convergente.

Il se compose d’un miroir M (fig. 19), renvoyant la lumière des nuées suivant l’axe de l’appareil, d’un Nicol P polarisant cette lumière, d’un système de lentilles E faisant converger cette lumière sensiblement en un même point O, placé à peu près sur le centre de la surface plane de la lentille la plus élevée.

La lame cristalline L est placée sur cette surface plane et se trouve ainsi éclairée par un point O placé presque exactement sur la face inférieure.

Plan ch i' i.

Kig\ I. Cristal uniaxe

taillé perpendiculairement à l’axe , et vu entre deux niçois croisés à. an£le droit .

Au-dessus de.L est.une.lentille. ou. un système de lentilles C qui vient former, en son plan focal F, les images colorées de tous les faisceaux parallèles qui traversent la lame en divergeant de 0. Un réticule formé de deux fils rectangulaires est placé en F.

Pour agrandir l’image colorée qui se péint en F, on la regarde avec un oculaire L au-dessus duquel on place un Nicol A qui sert d’analyseur.

On peut remplacer le Nicol polariseur par une pile de glaces; l’appareil ainsi disposé est représenté en coupe (fig. 18).

Hyperboles obscures. — I.enmicnstes ou cercles isochromatïqués. — Supposons qu’on ait une iame cristalline placée sur le porte-objet d’un microscope à lumière convergente. Tous les points de même teinte formént dans le plan focal des courbes continues qu’on appelle courbes isochromatiques. Il y aura aussi en général une série de points correspondant aux directions pour lesquelles l’une des vibrations transmises est parallèle à l’une des sections principales du polariseur et de l’analyseur. Le polariseur et l’analyseur étant croisés à l’extinction, ces points seront "obscurs et donneront des courbes obscures. Au nombre des directions qui ne modifient pas l’obscurité produite par le polariseur et l’analyseur se trouvent toujours celles des axes optiques. Si donc 0 n (fig. 19) est la direction d’un axe optique de cristal, le point correspondant n' qu’on peut appeler le pôle de l’axe est toujours obscur.

Ces principes généraux posés, on démontre, et nous admettrons sans démonstration :

1° Que les courbes obscures sont des courbes semblables à des hyperboles, passant parles pôles des axes optiques, et ayant pour asymptotes les deux droites perpendiculaires entre elles qui sont parallèles aux vibrations du polariseur et de l’analyseur. Dans le cas des cristaux uniaxes ou les deux axes optiques se confondent,’ l’hyperbole se confond avec ces deux. dernières droites ;

2° Que les courbes isochromatiques sont des espèces de lemnicastès ayant pour pôles les deux pôles des axes optiques. Dans le cas des cristaux uniaxes, ces lemnicastes se réduisent à des cercles ayant le pôle de l’axe pour Rentre.

Nous allons passer en revue les conséquences intéressantes qui se déduisent de là.

1° Cristaux uniaxes.

Lomé talllco perpendiculairement à l'axe. — Cercles isochromatiqucs. —

croix noire. — Dans une lame taillée perpendiculairement à l’axe, les phénomènes observés dans la lumière blanche sont les suivants. Les courbes isochromatiques sont des cercles ; ces cerclés sont coupés par une croix noire dont les bras sont parallèles aux vibrations du polariseur et de l’analyseur (fig. 20 et pl. I, fig. 1). La succession de couleur des anneaux successifs est précisément celle du tableau de la page 741 . Les couleurs s’affaiblissent et disparaissent: rapidement pour les anneaux un peu éloignés qui correspondent à de très grands retards relatifs. Lorsqu’on emploie la lumière monochromatique, les

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anneaux, alternativement noirs et blancs, se maintiennent très nets, même fort loin du centre de la figure.

Les anneaux sont d’ailleurs d’autant plus rapprochés les uns'des autres qüe la lame est plus épaisse.

signe du cristal. — On déduit de là un moyen commode de savoir si la lame est négative ou positive, c’est-à-dire si la vibration perpendiculaire à l’axe est celle qui se propage le moins vite ou le plus vite. Il suffit en effet de superposer une lame uniaxe de signe connu. Si les anneaux sont dilatés, c’est-àdire plus écartés les uns des autres qu’avant l’introduction de la lame, on peut être sûr que les deux lames superposées sont de signe contraire. Si les anneaux

Fig. 21.

sont rétrécis, on pourra en conclure que les deux lames sont de même signe, mais seulement dans le cas où l’épaisseur optique de la lame superposée est certainement beaucoup plus faible que celle de la première. On lèverait cette incertitude en examinant d’abord les anneaux de la lame connue et en s’assurant

que la superposition de la lame incennüe produit encore la contraction des anneaux. On peut se servir pour cette expérience d’une lame mince de mica uniaxe ; le mica est négatif.

On préfère se servir du procédé suivant. On superpose à la lame cristalline une lame très mince de mica biaxe qui imprime aux deux vibrations qui la traversent un retard égal au quart d’une longueur d’onde (mica quart d’onde).

Une semblable lamé est trop mince pour donner à elle seule des courbes isochromatiques, mais elle suffit pour modifier les courbes du cristal uniaxe, La ligne des pôles pp' (fig. 21) du mica est placée de manière à bisséquer deux des angles droits opposés de la croix noire de l’uniaxe, et cette croix noire devient grise. Si le cristal est positif, on voit en outre dans les deux quadrants 2 et 4 qui ne contiennent pas pp' les cercles colorés se renforcer en se rapprochant du centre et disparaître presque dans le voisinage de la croix. Le premier cercle est surtout très apparent et donne comme deux taches colorées très visibles. La ligne des taches est perpendiculaire à pp' ou fait avec cette ligne le signe -(- lorsque le cristal est positif.

La ligne des taches serait au contraire dirigée suivant pp' ou ferait avec cette ligne le signe — si le cristal était négatif.

2° Cristaux biaxes.

Lames taillées, perpendiculairement à. la bissectrice aiguë. — Les phénomènes les plus remarquables sont donnés, dans un cristal biaxe, par une lame

taillée perpendiculairement à l’axe de l’ellipsoïde principal qui divise en deux parties égales l’angle aigu des axes optiques. Cet axe est appelé ordinairement,

pour abréger, bissectrice aiguë ; c’est l’axe maximum a cle l’ellipsoïde dans les cristaux négatifs, et l’axe minimum c dans les cristaux positifs.

Avec des lames taillées perpendiculairement à la bissectrice aiguë, il y a deux cas principaux à distinguer.

Lorsque AA' bissèque l’angle droit formé par les vibrations du polariseur et de l’analyseur, les eourbes obscures sont les deux branches d’une hyperbole équilatère ayant ses sommets en A et A' (fig. 22).

Lorsque AA' est parallèle à l’une des vibrations du polariseur ou de l’analyseur, les lemnicastes restent à peu près les mêmes, mais les hyperboles obscures son remplacées par une sorte de croix noire dont l’un des bras est dirigé suivant AA (fig. 23).

La bissectrice aiguë est toujours, comme on l’a vu, l’un des axes a ou c, c’est-à-dire le plus petit ou le plus grand des axes de l’ellipsoïde inverse. La ligne AA' est toujours la trace du plan de ces deux axes.

Une lame taillée perpendiculairement à la bissectrice obtuse de l’angle des axes optiques donne des phénomènes analogues, mais l’écartement des pôles A et A' de part et d’autre de cette bissectrice est généralement assez grand pour que ces deux pôles sortent du champ de l’appareil et soient invisibles.

Une lame taillée perpendiculairement à l’axe moyen b ne montre rien dans la lumière blanche.

Une lame taillée perpendiculairemet à un axe optique, montre des anneaux circulaires colorés, enveloppant le pôle de l’axe, et une branche d’hyperbole noire passant par le pôle de l’axe. Cette branche d’hyperbole se réduit à une droite lorsque la trace du plan des axes optiques est parallèle à l’un des plans du polariseur ou de l’analyseur.

Lorsqu on observe dans la lumière convergente avec la lumière monochro-

Fi«i!.(’i*i>lal HumiU'miu- . ! : ( '"l'-r

ffflre deux niçois croises, le plan des axes AA* étant à W’de la vibi-aUon du polaiiseur:

Dispersion ; f < v.

Fig. 2. Même lame que dans la ligure ci dessus ,

placée de manière que AA' soit parallèle a lune des vibrations du polai’iseur ou de lanalyseui

raatique, lés courbes isochromatiques sont alternativement noires et blanches. Avec la lumière blanche, ces courbes sont vivement colorées ; elles ont des couleurs analogues à celles des cercles qu’on obtient en pressant une lentille convexe contre un verre plan et qu’on nomme les anneaux de Newton (pl. II, fig. 1 et' 2).

Dispersion cristalline — La distribution des teintes dans les courbes isochromatiques est souvent utile à observer avec soin, surtout dans les cristaux biaxes, car elle donne d’intéressants renseignements sur la dispersion des couleurs dans le cristal. Les phénomènes de dispersion sont régis par les lois suivantes :

Dans une substance cristalline donnée, il y a, pour chaque rayon d’une certaine couleur, un ellipsoïde principal spécial. La grandeur des axes de cet ellipsoïde, ainsi que leur orientation varient d’une couleur à une autre. Cependant la variation de ces divers éléments suit une certaine loi de continuité lorsqu’on passe graduellement des couleurs aux vibrations les plus rapides (violet) aux couleurs vibrant le plus lentement (rouge). La grandeur de ces variations est en général assez faible ; dans certaines substances elle est au contraire considérable.

Dans les cristaux où il y a un axe de symétrie, cette ligne est un axe commun aux ellipsoïdes principaux de toutes les couleurs. Il n’y a plus de variable d’une couleur à une autre que la grandeur de l’axe dont l’orientation est ainsi fixée.

Il suit de là les conséquences importantes.

Dans un cristal orthorhombique, les axes de l’ellipsoïde principal sont dirigés, pour toutes les couleurs, suivant les trois axes de symétrie du cristal. En général, les grandeurs de ces axes sont peu différentes d’une couleur à l’autre, de sorte que les axes optiques ont des positions peu différentes pour les diverses couleurs ; il en est de même pour les pôles de ces axes optiques dans les lames taillées perpendiculairement à la bissectrice aiguë.

Si l’on examine les courbes isochromatiques, vues dans le microscope à lumière convergente, dans une lame taillée perpendiculairement à la bissectrice aiguë, on observe les faits suivants :

1° Si l’on opère avec de la lumière rouge, ou, ce qui est plus facile, si l’on interpose sur le trajet des rayons un verre rouge pour éliminer les couleurs autres que le rouge, on verra les pôles des axes optiques en R et R', et les lemnicastes, alternativement rouges et noires, seront coordonnées à ces pôles ainsi que les hyperboles noires des courbes obscures ;

2° Si l’on opère avec de la lumière violette (on se sert de la lumière bleue parce que le verre bleu coloré par le cobalt est plus facile à se procurer et plus monochromatique), les pôles se placeront en V et V', et les courbes, alternativement violettes et noires, se coordonneront autour de ces pôles.

On pourra distinguer les substances pour lesquelles VV' est plus grand que RR' et celles pour lesquelles VV' est plus petit que RR' ; on exprime cette propriété en disant pour les premières que p < v, pour les les secondes que p > v\

3“ Si l’on opère avec la lumière blanche, le point R ne recevra pas de lumière rouge, mais il recevra de la lumière violette ou bleue ; on comprend donc que le sommet externe des branches d’hyperbole sera rouge lorsque p > v, et violette lorsque p < v,

4“ Toutes les couleurs ayant des distributions symétriques autour des lignes perpendiculaires AG et AB, les colorations des courbes isochromatiques seront symétriques par rapport à ces deux lignes dans la lumière blanche.

Réciproquement, si cette symétrie dans la distribution des couleurs est observée, on devra en conclure que les axes de l’ellipsoïde principal ont les mêmes

Fie. 24.

directions pour toutes les couleurs ; que ces trois axes sont, par conséquent, des axes de symétrie du cristal qui est nécessairement orthorhombique.

Dans certains cristaux, il y a des différences assez accusées dans les grandeurs des axes de l’ellipsoïde qui correspondent aux diverses couleurs, pour que Taxe moyen hx (%• 25) correspondant au rouge soit dirigé suivant une droite perpen¬

diculaire à l’axe moyen bv correspondant au violet. Si en outre, les axes ar et a, ont la même direction, les choses sont disposées comme le représente la figure. — Dans ce cas le plan des axes optiques violets «v cv est perpendiculaire sur le plan des axes optiques rouges ayct .

Si l’on taille une lame perpendiculaire à la direction commune ax at , on verra les pôles rouges se placer en RR' (fig. 26), les pôles violets en YV', et l’on comprend la complication qui peut en résulter pour les courbes vues dans la lumière