CONSTRUCTION DES LENTILLES, ACHROMATISME, PROCÉDÉS D’ÉCLAIRAGE

Nous avons vu qu’un globe de verre rempli d’eau fut le microscope d’Aristophane, de Pline, de Lactance ; enfin vers 1280 ou 1300 apparurent les lentilles taillées ; c’était l’époque de l’invention des lunettes à lire.

En même temps qu’on apprenait à tailler les lentilles naquit l’idée de les couler. Voici ce que Hannover nous raconte au sujet de la fabrication de ces verres : Hooke en 1656, et Hartsoecker en 1674, fondaient des fils de verre en petits globules, ils les fixaient ensuite entre deux lames de plomb. Délia Torre employait le chalumeau pour arriver au même résultat. Butterfield prenait du verre pulvérisé qu'il chauffait à la flamme d’une bougie sur l’extrémité d’une aiguille. Sivright coulait le globule sur un petit trou pratiqué dans une lame de platine, de cette façon il se trouvait tout de suite enchâssé.

Un jour Stephen Gray mit une goutte d’eau sur une étroite ouverture percée dans une lame métallique. Il remarqua des taches à l’intérieur de ces globules, et, trouvant quelles étaient considérablement amplifiées lorsqu’il rapprochait l’appareil de son œil, il pensa qu’en regardant par

transparence une goutte d’eau renfermant des particules opaques, il obtiendrait le même résultat. Son expérience fut couronnée de succès ; il y logea des animalcules qui lui apparurent grossis.

Hooke eut l’idée de mettre en contact une lentille avec le liquide à examiner ; on pourrait peut-être y voir la première idée des lentilles composées de solides et de liquides, l’origine, en quelque sorte, des objectifs à immersion. Toutefois on n’accorda et il n’accorda pas lui-même à son procédé toute l’importance qu’il méritait

Lalligant plus tard indiqua aussi des moyens compliqués pour fabriquer les lentilles.

Au commencement de ce siècle, Le Baillif fondait en globules de petites tiges de verre. Harting d’Utrecht en 1840, adoptait la méthode de Sivright et coulait ses globules sur un trou pratiqué dans une lame métallique.

Il est bon de faire remarquer qu’avec les globules ainsi fabriqués l’aberration de sphéricité est toujours grande ; on peut, il est vrai, la diminuer par un diaphragme, mais alors le champ visuel trop restreint ne permet à l’œil d’embrasser qu’une très petite partie de l’objet.

Brewster, en 1887, imagina de faire sécher des gouttes de térébenthine du Canada (baume du Canada), sur l’une ou sur les deux faces d’une lame de verre ; ce procédé lui réussit très bien. Ces lentilles pouvaient durer un an sans s’altérer.

Ce micrographe employa aussi comme loupe le cristallin d’ablette.

C’est encore à Brewster que revient, au commencement de ce siècle, l’idée de fabriquer les lentilles en pierres pré-

cieuses. En 1813, il en fit fabriquer deux, dont l'une était en rubis, l’autre en grenat. Il voulut en faire faire une en diamant, mais personne ne voulut se charger de son exécution. C’est alors que Pritchard, en 1826, qui, sous la direction de Goring, travaillait dans le môme but, parvint à terminer la première lentille en diamant d’une longueur focale de moins d'un millimètre.

Ch. Chevalier dit en avoir, en 1832, lui-même fabriqué ; il les présenta à l'Académie des Sciences.

Leur avantage dépend du pouvoir réfringent de cette substance ; il est, en effet, plus grand que celui du verre; mais grâce à leur état de cristallisation les pierres précieuses se laissent très difficilement travailler.

Il fit encore des lentilles en grenat, en topaze et en saphir.

Ces lentilles en pierres précieuses, outre leur grande puissance réfringente, possèdent un achromatisme presque complet ; leur aberration de sphéricité est également beaucoup moindre. Malheureusement, elles sont trop coûteuses et leur exécution est trop difficile, du moins en ce qui concerne le diamant dont le clivage offre le grand inconvénient de ne pas se prêter aux formes arrondies.

Voici ce que Raspail écrit à ce sujet : « Arago obtint de l’Académie, le 27 février 1835, qu’il serait alloué une somme de 1200 francs à un des plus habiles fabricants de lentilles, à M. Bouquet, pour l’établissement d'un tour sur le modèle Pritchard pour la fabrication des lentilles en pierres précieuses. Le 4 mars suivant, c’est-à-dire six jours après, avant Bouquet, Trécourt et Georges présentèrent trois lentilles, l’une en diamant, la deuxième en saphir, la troisième

en rubis. Toutefois la forme cristalline des pierres précieuses fit rejeter ces substances impossibles à bien travailler. »

On en fit encore en tourmaline verte et en grenat.

Toutes ces lentilles avaient, en outre, ce défaut résultant du mode spécial de réfraction des segments de la sphère qui fait que les angles des objets s'arrondissent un peu dans l’image.

Cette question des lentilles en pierres précieuses préoccupa beaucoup les physiciens et les opticiens du commencement du siècle; tous leurs efforts ne servirent à rien de ce côté-là, et on dut les abandonner.

Les lentilles sphériques, dont l’idée première appartient encore à Brewster ont été modifiées et améliorées par Caddington ; voici en quoi elles consistent : Ce sont des sphères de verre de 1/4 à 1/2 pouce de diamètre, rodées sur leur circonférence et creusées d’une gorge profonde faisant diaphragme ; dans cette échancrure on peut couler du mastic noir.

Ces lentilles ne sont plus usitées aujourd’hui et ne l’on que peu été lors de leur invention. Le but de Brewster, en les construisant, avait été de diminuer l’aberration de sphéricité.

Les microscopes simples aquatiques, c’est-à-dire composés de lentilles biconvexes, qui contenaient à leur intérieur unliquide, étaient l’œuvre de Gray et de Wolfing.

Achromatisme. — Avant d’aller plus loin dans l’histoire de la construction des microscopes et après avoir fait brièvement connaître les divers procédés de fabrication des lentilles employés soit par les anciens, soit par les opti-

ciens d’une époque plus rapprochée de nous ; avant surtout de parler des microscopes achromatiques, nous croyons indispensable d’aborder cette question de l’achromatisme qui marque la plus importante étape, à notre avis, dans la fabrication des instruments d’optique et particulièrement du microscope. D’ailleurs, les auteurs que nous avons consultés insistent tellement sur cette réforme, que nous n’hésitons pas à entrer dans quelques détails à son égard.

Pour en faciliter l’intelligence, on nous permettra de rappeler en quelques mots ce que sont l’aberration de réfrangibilité et l'aberration de sphéricité. On appelle aberration de réfrangibilité la diffusion des rayons. Les couleurs, en effet, étant plus réfrangibles les unes que les autres, s’écartent de la normale au point d’émergence plus les unes que les autres, et par conséquent au sortir d’une lentille biconvexe elles convergent vers des foyers plus ou moins distants. De là non seulement coloration de l’image au foyer principal (irisation), mais encore perte de lumière à quelque foyer que l’œil se place.

D’un autre côté, quelque homogène que soit le verre et quelque régulière que soit la courbure de ses surfaces, il n en est pas moins certain que les rayons lumineux réfractés par une lentille ne convergent pas tous vers le même foyer, que ceux qui émergent, par exemple, dans le voisinage des bords, ont un foyer plus long que ceux qui émergent dans le voisinage de l’axe ; l’image, à chaque foyer, est donc incomplète. C est là ce qu’on a appellé aberration de sphéricité.

L’achromatisme par lequel on dépouille l’image de toute coloration qui lui est étrangère, est fondé sur le principe de

différence de réfraction des diverses substances diaphanes, en sorte que, en associant deux prismes de pouvoir réfringent différent, l’un des deux fasse converger le rayon que l’autre disperse et récompose, pour ainsi dire, le rayon blanc que l’autre a décomposé. L’achromatisme corrige l’aberration de sphéricité en même temps qu’il annulerait l’aberration de réfrangibilité s’il était permis d’atteindre dans l’exécution la précision que comporte le calcul (1).

Newton, dans son optique (1704), avait signalé l’importance de l’aberration chromatique comme cause de diffusion des images ; mais ce fut Schester More Hall, savant obscur suédois, en 1729, peut-être un peu à la suite des idées de Gregory (1713), qui, guidé par l’étude de la structure de l’œil humain, eut le premier l’idée d’achromatiser les lentilles par la combinaison de deux espèces de verre ; ce fait est établi par un jugement authentique d’une cour de justice. Il construisit, en 1733, des objectifs achromatiques pour les télescopes.

Toutefois, il s’écoula un grand espace de temps entre cette invention et son application au microscope. En 1774, Euler, dans sa dioptrique, indiqua théoriquement quelle était la meilleure forme à donner aux lentilles, et comment il fallait les construire pour les obtenir achromatiques; déjà, même en 1747, il avait provoqué la construction des lunettes achromatiques.

Douze ans avant Euler, cependant, en 1762, le Hollandais Hermann van Deyl avait construit une longue-vue achroma-

1. Huyghens, comme nous l’avons vu, avait imaginé les verres de champ qui diminuaient considérablement déjà les aberrations de sphéricité et de réfrangibilité.

tique ; mais l’idée d’appliquer ce principe au microscope en particulier revient à Euler et il donne la description de cet instrument tel qu’il le concevait; il devait avoir six lentilles.

Ces vues furent reprises en 1774 par Nicolas Füss, de Saint-Pétersbourg. Son livre est intitulé : « Instruction détaillée 'pour porter les lunettes de toutes les différentes espèces au plus haut degré de perfection , avec la description d'un microscope qui peut passer pour le plus parfait de son espèce , tirée de la théorie dioptrique de Léonard Euler et mise à la portée des ouvriers par Nicolas Füss. »

Dans cet ouvrage, on lit cette description de l’objectif : « Il sera composé de trois verres, dont le premier et le troisième seront en crown-glass et le second en flint ; la distance focale sera d’un demi-pouce et l’ouverture de la lentille d’un huitième de pouce ; on donnera au verre qui compose la lentille le moins d’épaisseur possible ; les deux lentilles de crown-glass seront biconvexes et la moyenne en flint biconcave. »

Harting d’Utrecht dit que cette description n’est qu’un avant-projet et n’a pas été mise à exécution ; Ch. Chevalier est, du reste, du même avis.

Voici chimiquement quelles sont les substances qui entrent dans la constitution du flint et du crown et quelles sont

leurs proportions :

Flint. Crown.

Silice 45,5 Sable blanc 120 parties

Oxyde de plomb. 43,5 Carbonate de potasse. 35 —

P°tasse 11,7 Carbonate de soude. . 20 —

Alumine 1,8 Craie 20 —

Chaux 0,5 Acide arsénieux ... 1 —

Acide arsénique-traces.

En 1777,Dellebare, sur les indications d’Euler, construisit un microscope ; malheureusement il ne remplissait pas les conditions voulues. En 1774, Æpinus, à Saint-Pétersbourg, fit de nouvelles tentatives infructueuses.

En somme, les microscopes des observateurs et des constructeurs les plus renommés de la fin duxvme,ceux d’Adams, du duc de Chaumes, de Dollong qui construisait des télescopes achromatiques dont l’objectif était en flint et en crown, n’étaient pas réellement achromatiques.

Suivant Harting d’Utrecht, le premier satisfaisant aurait été fabriqué par Hermann van Deyl en 1807, à Amsterdam.

De 1800 à 1810 le physicien Charles, de l’Institut, fit aussi des tentatives, mais la disposition de ses verres ne lui permit pas d'obtenir un bon résultat.

Vers la même époque, les essais furent multipliés en Angleterre par Brewster (1813), Frauenhoffer en Allemagne (181 1 ). Brewster avait proposé de composer les lentilles avec des substances d’inégale réfrangibilité ; elles avaient été formées de verres et de fluides de différentes densités ; elles n’étaient pas pratiques.

Avant 1810, Frauenhoffer faisait construire dans sa fabrique de Bénédictbeurn, près de Munich, des microscopes avec des objectifs achromatiques dont les verres n’étaient pas collés ensemble ; chaque objectif n’était constitué que par une lentille composée, la convexité était tournée vers l’objet. Ils grossissaient très-peu et le champ de vue était restreint.

Les microscopes achromatiques de Frauenhoffer furent

cependant les premiers dont on se servit pour les recherches scientifiques.

Marzoli fit aussi des essais en Italie.

De 1801 à 1823,Domet du Mont, amateur distingué, réclama la priorité pour la construction en France de petites lentilles achromatiques. Ces lentilles, toutefois, ne furent pas appliquées aux microscopes; ces objectifs, de même du reste que ceux de Frauenhoffer, n’étaient pas assez puissants.

Pour Mandl, ces tâtonnements provenaient de ce que les artistes, ignorant la rigueur des calculs et les laissant de côté étaient plutôt dirigés dans leurs travaux par une sorte d’empirisme que par les raisonnements mathématiques. L’on ne pouvait voir avec les objectifs de Frauenhoffer les mêmes détails que l’on apercevait avec une simple loupe dans la poussière des ailes des papillons.

Ploëssl poursuivit avec succès à Vienne la trace de Frauen, hoffer, grâce aux encouragements et aux conseils éclairés de Littrow, directeur de l’Observatoire, et du baron Jacquin. On considérait ses verres, en plusieurs points, comme supérieurs à ceux de Berlin et de Paris.

Pritchard,à Londres, et Amici,en Italie, doivent être rangés au nombre des opticiens qui ont fait subir le plus de perfectionnement aux microscopes (1824-25) au point de vue qui nous occupe.

Amici, en outre, cherchait à corriger l’aberration de sphéricité avec des miroirs elliptiqnes de courbure déterminée.

La question, au point de vue mécanique n’était néanmoins pas encore parfaitement résolue, et en 1821 le physicien Biot écrivait que la lentille achromatique était impossible à faire parce que les verres dont il faudrait la composer se-

raient si petits qu’on ne saurait les travailler avec exactitude.

Les microcopes en honneur en 1824 encore étaient chromatiques ; c’étaient ceux d’Adams, de Charles, le microscope catadioptrique d’Amici. Le Baillif, Dumas et Prévost se servaient du microscope de Charles.

Malgré tout, avec Frauenhoffer commençait une ère nouvelle pour la fabrication des objectifs.

Chez nous, Selligue présenta le premier microscope achromatique à l’Académie des sciences en 1824. Ce furent Vincent et Charles Chevalier qui furent chargés de sa construction. Il avait sur celui de Frauenhoffer Davantage de posséder plusieurs lentilles superposées les unes aux autres ; c’était le Baillif qui avait imaginé cette disposition, on obtenait ainsi des grossissements considérables avec des lentilles de force moyenne.

Malheureusement ces lentilles étaienttrop épaisses et leur foyer trop grand ;de plusieurs faces convexes regardaient les objets, il fallait mettre un très petit diaphragme derrière lès objectifs et enlever ainsi une grande partie de la lumière endiminuant le champ du microscope. Cet instrument ne satisfit point Selligue ; néanmoins le 5 avril 1824 il fut présenté à l’académie des sciences et le 30 août de cette année Fresnel examina l’instrument, en signala les défauts et fit sur lui un rapport favorable. Dans ce dernier, il ne fit pas mention des constructeurs, il ignorait leur collaboration avec Selligue.

L'appareil avait un objectif à quatre lentilles formées chacune d’un flint-glass plan-convexe dans laquelle s’enclavait une lentille bi-convexe en crown.

Après cette tentative, Ch. Chevalier reprit les travaux d’Eu-

1er ; il eut l’idée de tourner le côté plan des verres vers l’objet, construisit des lentilles très-achromatiques à loyer le plus court possible et à diamètre très petit. Il les réunit au moyen de baume du Canada, empêchant ainsi 1 humidité de pénétrer dans l’interstice et évitant la déperdition de lumière causée parla double réfléxion des deux surfaces juxtaposées. Ce fut en septembre 1824, qu’il termina la première lentille achromatique de 4 lignes de foyer, 2 lignes de diamètre et 1 ligne d’épaisseur au centre.

Le microscope dans l’objectif duquel elle entrait fut présenté à la société d’encouragement le 30 mars 1825 sous le nom de Microscope d’Euler.

Hachette, chargé de faire un rapport à son sujet, fit observer que l’instrument n’avait pas d’aberration sensible, et présentait dans les images autant de netteté que les télescopes achromatiques.

Les objectifs achromatiques, dès ce moment, étaient nonseulement trouvés, mais encore exécutés mécaniquement avec toute la précision désirable.

Avant déterminer ce paragraphe, disons un mot des progrès faits jusque-là quant à l’éclairage, question qui n’est pas, non plus, sans intérêt.

Avant l’invention des miroirs destinés à concentrer les rayons lumineux sur l’objet à examiner, on n’avait pas d’autre moyen que l’éclairage direct, on dirigeait l’instrument vers la lumière du jour on vers un objet lumineux, une lampe par exemple, et l’on regardait au travers.

Lecuwenhoeck imagina le réflecteur en cuivre poli qui dirigeait les rayons lumineux sur l’objet. Lieberkühn substitua au miroir de cuivre le miroir d’argent poli. Wilson

Bernard . 3

(1702) ajouta à son microscope de poche, un verre convexe destiné à concentrer la lumière sur l’objet, de plus il appliqua sur ce condensateur des plaques avec des ouvertures de diamètres différents, pour varier la lumière ou la centraliser sur certains points déterminés : en un mot il appliqua à son instrument un diaphragme. Vint ensuite l’idée de placer un réflecteur concave au-dessous du verre convexe pour éclairer les corps transparents.

Culpeper, Scarlet, Cuff et Lyonnet employèrent le miroir.

Au début, ces miroirs étaient situés dans l’axe de l’instrument ; Dellebare imagina en 1793, l’éclairage oblique à l’aide d’un miroir se mouvant hors de l'axe du microscope ; il l’appliqua au sien.

Ce moyen fut utilisé plus tard par Charles, Amici et Ch. Chevalier. Sa généralisation fut grande surtout en Angleterre, vers 184-5.

En 1770 Hill, Hooke et de Custanee firent plusieurs tentatives pour augmenter le champ de vue en perfectionnant les oculaires, et pour améliorer l’éclairage en condensant sur l’objet la lumière avec des lentilles, à l’exemple de Bonanni et Wilson ; le succès couronna leurs efforts.