Huygens, Traité de ta Lumière; Leydc, 1G9U, in

:iJ'el?Cll0n extra.ord1iuaire- 0n Peut ainsi par une construction df,pT|én1CtU?’ aUSS1 elégaute <ïue simple, trouver dans toutes les d ueciions et sous toutes les incidences la position du rayon extraordinane, relativement au rayon ordinaire.

Dans l’hypothèse de Newton, les molécules lumineuses ont deux 1 o es, et suivant qu’elles présentent l’un ou l'autre pôle à l’axe principa c u cristal rhomboïde du spath calcaire, elles sont attirées ou lepoussées. C’est par cette double action qu’elles produiraient jes ueux réfractions, ordinaire et extraordinaire. Mais les règles que

w on \oulut établir conformément à son hypothèse n’ont pas été trouvées conformes à l’observation. Cependant elles furent alors accueillies comme l’expression delà vérité; Laplace et Malus euxmemes acoptèient 1 hypothèse newtonienne, et l’optique demeura stationnaire pendant plus d’un siècle.

Lahire avait rapporté la double réfraction à deux droites, l’une perpendiculaire à la surface, l’autre formant avec cette même surace un angle de 7/i degrés. Mais l’angle formé par les deux rayons rétractés ordinairement et extraordinairement ne s’accorde pas avec celle manière de voir. • — Buffon regardait les rhomboïdes de chaux comme formés de couches croisées de deux densités difféien es^ Mais cette hypothèse ne s’accorde pas davantage avec la vacation dans les angles des deux rayons, ordinaire et extraordinaire. — d après l’hypothèse de Monge, le spath calcaire est compose J u de petits rhomboïdes de carbonate de chaux; 2° d’eau intei posée entre ces cristaux; la lumière incidente s’y diviserait en c eux parties : l’une, réfractée par les facettes du carbonate de c îaux, [produirait la réfraction ordinaire, tandis que l’autre, réfractée pai eau interposée, produirait la réfraction extraordinaire. Mais il u nenlôt reconnu que beaucoup d’autres substances, auxquelles Qpot lèse de Monge n’est nullement applicable, présentent le phénomène de la double réfraction.

Wollaston fit, au commencement de notre siècle, ressortir tout ce que la théorie de Huygens, rejetée par les Newtoniens, avait d ingénieux et de vrai *. Il se servit à cet égard d’une méthode particulière qui lui faisait trouver l’indice de réfraction par l’observation de la réflexion totale. Celte méthode reposait sur la connaissance de 1 angle sous lequel les objets, appliqués immédiatement sur l’une des faces d’un prisme de verre, à travers lequel on les

'T Voy, Philosophical Transact., année 1800 et 1S02.

MOUVEMENT

•regarde, commencent £i ne plus être visibles. Mais comme, d’après la théorie de la réflexion, exposée dans le 10e livre du grand ouvrage dde Laplace (la Mécanique céleste ) et fondée sur l’hypothèse newtonnienne, les formules ne devaient pas être les mêmes pour les corps

• opaques et pour les corps diaphanes, les physiciens soutinrent qque Wollaston s’était trompé en ce point. Malus 1 se proposa, dans •son Mémoire sur le pouvoir réfringent des corps opaques, présenté h l’Académie le 16 novembre 1807, de soumettre le fait à une

• expérience décisive : il ne s’agissait de rien moins que de prendre un parti définitif entre les deux théories rivales de l’émission et des oondulalions. La cire d’abeille, dont la réfringence peut être mesurée h l’état diaphane et à l’état opaque, par la méthode de Wollaston, liui parut le corps le plus approprié à cette expérience. En appliquant les formules de Laplace aux angles de disparition correspondilanls à ces deux états et assez différents l’un de l’autre, Malus trouva (lies pouvoirs réfringents parfaitement identiques. Cette identité dîes pouvoirs réfringents de la cire opaque et de la cire diaphane, parut à tous les physiciens et géomètres la preuve mathématique die la vérité de la théorie newtonienne. Mais Arago s’étonnait avec rraison que des savants tels que Laplace, IJaüy et Gay-Lussac, Doommés juges du travail de Malus, fussent arrivés à une telle iliécision dans leur rapport. Quelle preuve avait-on que les pouvoirs (réfringents des corps diaphanes et des corps opaques dussent être «identiques? Le passage de l’état solide d’un corps à l’état fluide - serait-il sans influence sur sa réfraction? Ne pourrait-on pas citer iies cas où la chaleur modifie le pouvoir réfringent des corps indépendamment de leur densité? La température de la cire et sa lîensité au moment de l’expérience, telle que Malus avait été obligé lie la faire, étaient-elles bien connues ? Qu’y aurait-il d’étrange è ■supposer que, dans les limites où s’opère l’action des corps sur la (lumière, il n’y a pas de substances vraiment opaques? Telles étaient

1. Ëtienne-Louis Malus, né ri Paris en 1775, mort en 1812, fit, comme officier du génie, la campagne d’Egypte, et devint en 1810 membre de l’Académie des sciences. Le 20 avril 1807, il avait présenté à celte savante 'compagnie un Traité d'optique analytique, dans lequel il considérait la lumière sous trois dimensions. Après avoir généralisé la théorie des caustiques planes, anciennement ébauchée par Tschirnhausen, il formula entre autres le résultat suivant : « La réflexion et la réfraction fournissent quelquefois des images qui sont droites pour une de leurs dimensions et renversées pour l’autre. «

les questions qu’Arago souleva à l’occasion du rapport académique sur le mémoire de Malus. Ce rapport, signé par les plus célèbres physiciens du commencement de notre siècle, montra une fois de plus l’influence aveuglante de l’esprit de système.

Polarisation. L’Académie des sciences avait proposé , le h janvier 1808, pour sujet du prix de physique à décerner en 1810, la question suivante : « Donner de la double réfraction que subit la lumière en traversant diverses substances cristallisées, une théorie mathématique vérifiée par l’expérience. » — Malus se mit sur les rangs. De crainte sans doute d’être devancé par un de ses concurrents dans les découvertes qu’il avait faites, il communiqua dès le 12 décembre 1808 les parties les plus essentielles de son travail à l’Académie.

Une opinion qui régna pendant plus d’un siècle parmi les physiciens, était qüe la lumière naturelle se compose de parties susceptibles, les unes d’éprouver la réfraction ordinaire, les autres, en nombre égal, la réfraction extraordinaire. Cependant Iluygens avait déjà renversé cette opinion par une expérience très-simple, qui consistait à recevoir les deux rayons, ordinaire et extraordinaire, obtenu par un premier cristal, sur un second tout pareil. En faisant faire au second cristal un quart de révolution sur lui -même, sans qu’il cesscàt de rester parallèle au premier, chacun pouvait s’assurer que le rayon ordinaire y devenait extraordinaire, tandis que le rayon extraordinaire n’éprouvait plus que la réfraction ordinaire. 11 lut donc reconnu que le rayon extraordinaire a les propriétés du rayon ordinaire, alors seulement qu’on le fait tourner de 90<> sur lui-même ou autour de sa ligne de propagation. Ce remarquable résultat qui devait faire distinguer, dans les rayons lumineux, des côtés doués de propriétés différentes, fixa particulièrement l’attention de Malus, d’autant plus que l’on croyait encore qu’il ne pouvait être fourni que par le spath d’Islande.

C’est en cherchant à approfondir ces phénomènes, que Malus parvint à découvrir la polarisation de la lumière. Voici comment Arago, ami et collaborateur de Malus, raconte les circonstances de celle importante découverte : « Malus, qui habitait à Paris une maison de la rue d’Enfer, se prit un jour à examiner avec un cristal doué de la double réfraction les rayons du soleil réfléchis par les carreaux de vitre des fenêtres du Luxembourg. Au lieu de deux images intenses qu’il s'attendait à voir, il n’en aperçut qu’une seule, l’image ordinaire ou l’image extraordinaire, suivant la position qu’occupait le cristal

MOUVEMENT

devant son œil. Ce phénomène étrange frappa beaucoup notre ami; il tenta de l’expliquer en supposant des modifications particulières que la lumière solaire aurait pu recevoir en traversant l’atmosphère. ’ Mais la nuit étant venue, il fit tomber la lumière d’une bougie sur la -surface de l’eau sous un angle de 36°, et il constata, en se servant d’un cristal doué de la double réfraction, que la lumière réfléchie tétait polarisée, comme si elle provenait d’un cristal d’Islande. Une. t expérience faite avec un miroir de verre sous un angle de 35° lui i donna le môme résultat. Dès ce momenbil fut prouvé que la double r réfraction n’était pas le seul moyen de polariser la lumière ou de 'lui faire perdre la propriété de se partager constamment en deux 1 faisceaux en traversant le cristal d’Islande. La réflexion de la luimière sur les corps diaphanes, phénomène de tous les instants et ; aussi ancien que le monde, avait la même propriété, sans qu’aucun ! homme l’eût jamais soupçonnée. Malus ne s’arrêta pas là : il fit t tomber simultanément un rayon ordinaire et un rayon extraordii maire, provenant d’un cristal bi-réfringent, sur la surface de l’eau, t et remarqua ‘que si l’inclinaison était de 36°, ces deux rayons se comportaient très-diversement. Quand le rayon ordinaire éprouvait lune réflexion partielle, le rayon extraordinaire ne se réfléchissait ipas du tout, c’est-à-dire qu’il traversait le liquide en totalité. Si la ; position du cristal était telle, relativement au plan dans lequel la réflexion s’opérait, que le rayon extraordinaire se réfléchît partielle— iment, c’était le rayon ordinaire qui passait en totalité. Les phénomènes de réflexion devenaient ainsi un moyen de distinguer les uns des autres les rayons polarisés en divers sens. Dans cette nuit (de la fin de l’année 1808) qui succéda à l’observation fortuite de la lumière solaire, réfléchie par les fenêtres du Luxembourg, Malus créa une des branches les plus importantes de l’optique moderne b »

En signalant les singuliers phénomènes que présentent les rayons ordinaires et extraordinaires quand ils rencontrent des mirroirs diaphanes sous certaines inclinaisons, Malus attira le premier l’attention des physiciens sur ce qu’on est convenu d’appeler la polarisation. Pourquoi ce nom? On dit d’un aimant qu’il a des pôles, entendant par là seulement que certains points de son contour sont doués de propriétés particulières que n’ont pas les autres points du même contour. Partant de là, on peut avec autant de raison dire que les rayons ordinaires et extraordinaires, provenant du

i. Arago, Notice sxir la vie el les travaux de Malus.

dédoublement de la lumière naturelle dans le cristal de carbonate de chaux, ont des pôles, qu’ils sont polarisés. Seulement, pour ne pas outrer l’analogie, il ne faudra pas oublier que, sur chaque élément d’un rayon de lumière polarisé, les côtés ou les pôles diamétralement opposés (par exemple, les pôles nord et sud du rayon ordinaire provenant du cristal rhomboïde placé horizontalement et coïncidant, par sa section principale, verticale, avec le plan du méridien) paraissent avoir l’un et l’autre, contrairement à ce qui a lieu pour les pôles de l’aimant, exactement les mômes propriétés; que le rayon ordinaire de ce [cristal, soumis à l’action d’un second rhomboïde, semblablement placé (c’est-à-dire dont la section principale soit aussi verticale et située dans le plan du méridien), traverse celui-ci sans se réfracter, mais qu’il acquerra des propriétés différentes si l’on imprime au second cristal un quart de révolution (90°), ou si on le dirige de l’est à l’ouest, le premier cristal étant maintenu dans le plan du méridien (direction du nord au sud).

Les expériences de Malus, décrites dans le Mémoire sur la théorie de la double réfraction (Paris, 1810), firent ressortir l’importance des rayons partiellement polarisés, intermédiaires entre les propriétés de la lumière ordinaire et celles de la lumière complètement polarisée. Ces rayons se distinguent de la lumière complètement polarisée en ce qu'ils donnent toujours deux faisceaux dans leur passage au travers d’un cristal bi-réfringent; ils se distinguent de la lumière ordinaire en ce que ces deux faisceaux n’ont pas toujours l’un et l’autre la même intensité dans toutes les positions de la section principale de ce même cristal. Suivant l’hypothèse d’Arago, un rayon partiellement polarisé se compose de deux portion! de° lumière distinctes, l’une B naturelle, l’autre A totalement polarisée. La porLion A est nulle dans tout faisceau réfléchi perpendi culairement sur un miroir diaphane; elle acquiert des valeurs di plus en plus considérables à mesure que l’angle compris entre h rayon incident et la normale s’agrandit. Sous l’inclinaison de la po larisation complète, B est égal à zéro, A composant la totalité di faisceau réfléchi. Si l’inclinaison devient plus forte, on retrouvera dans ce faisceau, de la lumière naturelle B et de la lumière polarisé A. Enfin si les rayons incidents et réfléchis rasent la surface du mi roir, .A sera de nouveau très-faible relativement à B. Arago trouVi que’ les miroirs métalliques polarisent incomplètement les rayon qu’ils réfléchissent, et il appela angle de polarisation d’un méta

MOUVEMENT

celui dans lequel le quotient ^ devient un maximum. Il trouva

encore que le rapport acquiert dans des corps diaphanes, tels que

de diamant et le soufre, des valeurs beaucoup plus grandes que pour les métaux. « On n’a pas encore découvert, ajoute Arago, de doi mathématique qui lie l’intensité de A à l’angle d’incidence et à la iforce réfringente du miroir. On sait seulement qu’à égales distances [angulaires au-dessus et au-dessous de l’angle de la polarisation complète, le rapport de A à A-J-B est presque le même, quoique les valeurs absolues de A et de B puissent avoir beaucoup changé U »

En jetant un coup d’œil sur les tables que les phycisiens ont données des angles où la polarisation du rayon réfléchi est complète pour divers corps, on voit que ces angles, comptés à partir de la verticale, approchent d’autant plus de l’angle droit que le pouvoir réfringent de ces corps est plus fort. Mais quel est le rapport de ces ideux éléments entre eux? C’est ce que découvrit Brewster en 1815 1 2 3 4. Aa loi du physicien' anglais, dite loi de la tangente, qui lie l’angle Ide polarisation complète au pouvoir réfringent des corps, a été énoncée ainsi : Sous l'angle de la plorisation complète, le rayon réfléchi est perpendiculaire au rayon réfracté; en d’autres termes ■’es rayons incidents ou réfléchis sont inclinés relativement à la surface lu milieu comme le rayon réfracté l'est par rapport a la normale s. Mais, six ans avant Brewster, Malus avait déjà indiqué une règle oour calculer l’angle de polarisation à la seconde surface des milieux Idiaphanes d’après l’angle de polarisation complète à la première *. -La même relation devait être étendue aux angles de la première et de la seconde surface, sous lesquelles la lumière se polarise en proportions égales. La règle de Malus n’était donc qu’un cas particulier

1. Œuvres d’ Arago, t. IV des Notices scientifiques , p. 312. La notioe sur •a polarisation avait été publiée en 1824, dans l’Encyclopédie britannique.