Encyclopédie méthodique (Physique), t. II, p. GOj

de verre l’une contre l'autre, Itooke produisait les 'mêmes séries d’anneaux colorés que dans le mica; l’interposition d’une mince couche d’air entre les deux lames faisait changer les couleurs. Les mêmes changements se produisaient en substituant à l’air divers fluides : ils étaient d’autant plus vifs que le pouvoir réfringent de ces fluides différait davantage de celui des lames de verre. Quand la couche de fluide interposé était beaucoup plus épaisse au milieu que vers les bords, de manière à figurer une lentille convexe, les couleurs se manifestaient dans l’ordre suivant : rouge, jaune, vert, bleu, etc. Lorsque la couche interposée était, au contraire, beaucoup plus mince au milieu qu’aux bords, de manière à figurer une lentille concave, l’ordre des couleurs était renversé. Ces phénomènes cessaient dès que les lames de verre ou les couches de fluides interposées avaient une certaine épaisseur. Hooke observa encore, observation facile à répéter, qu’en clivant avec une aiguille une lame de mica, on arrive à une lamelle d’une couleur uniforme ; que chacune des lamelles d’une épaisseur inférieure à celle-ci présente une couleur différente ; que la superposition de plusieurs de ces lamelles donne les teintes les plus inattendues; que, par exemple, une lamelle jaune ajoutée à une lamelle bleue donne du pourpre foncé. Enfin il constata que les mêmes phénomènes de coloration se manifestent : 1° dans des globes de matières translucides, tels que verre, résine, colophane, térébenthine, solutions de gomme, eau de savon, etc. ; 2“ sur l’acier graduellement trempé, sur le laiton, le cuivre, l’or, l’argent, l’étain et principalement sur le plomb; 3° sur des substances organiques, telle que coquilles, perles, tendons etc. ; h° par l’action de toute matière glutineuse, étendue à la surface d’un verre ou d’un métal poli.

L’étude de ces phénomènes conduisit Hooke à imaginer la théorie des ondulations de la lumière. D’après cette théorie, dont le fond est emprunté à Descartes, la lumière est produite par de petits mouvements vibratoires, « d’un milieu subtil, homogène (éther), mouvements transmis dans tous les sens comme les rayons partant du centre d’une sphère. » L’auteur suppose ensuite que les phénomènes de réflexion et de réfraction ont lieu aux confins des milieux matériels transparents, dans lesquels « la substance ondulatoire , l’éther, » aurait des densités différentes. Appliquant cette théorie à la production des couleurs dans des lames minces, il admet que la réflexion des deux faces opposées (supérieure et inférieure) est la principale cause de ces couleurs. « Supposez, dit-il.

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qu’un faisceau lumineux tombe obliquement sur june lame mince : une partie se réfléchira sur la première face, et comme la lame est transparente, une autre partie sera réfractée; celle-ci se réfléchie à la seconde surface pour être de nouveau réfractée à la première surface, de telle sorte qu’après deux réfractions et une réflexion, le faisceau lumineux s’afTaibit et son impulsion vient se placer en arrière de celle qu’avait déterminée le rayon qui s’était d’abord réfléchi, et comme les deux surfaces de la lame sont tellement rapprochées que l’œil n’y distingue aucune séparation, la confusion de ces deux impulsions, dont la plus forte précède la plus faible, produit sur la rétine la sensation de la couleur jaune. Si les deux surfaces sont écartées davantage l’une de l'autre, l’impulsion la plus faible sera tellement distancée qu’elle pourra coïncider avec la seconde, la troisième, la quatrième, la cinquième, etc., à mesure que la lame devient plus épaisse ; c’est ainsi que se produiront le jaune, le rouge, le pourpre, le bleu, le vert. »

Cette ingénieuse théorie contient en germe la doctrine des interférences. En 1675, Newton étudia, à son tour, le phénomène de coloration des lames, mais sans citer d’abord le travail de son rival, ce qui amena, entre ces deux hommes de génie, une vive polémique qui devait finir par la reconnaissance de leurs droits réciproques. Newton commença ses expériences par des plaques ou lames épaisses. Ayant réuni étroitement deux prismes, dont l’un avait par hasard sa face un peu convexe, et se plaçant très-obliquement à la surface de contact pour mieux observer la lumière réfléchie, il aperçut que l’endroit où les prismes se touchaient formait une tache noire, parce qu’il n’y avait que peu ou point de lumière réfléchie : le point de contact formait une espèce de trou par où il était facile de distinguer les objets placés au-delà; en pressant les prismes l’un contre l’autre, celte tache augmentait considérablement. En tournant les prismes autour de leur axe commun, quelques rayons de lumière commençaient à être réfléchis et à passer à travers le verre; il voyait eu même temps se produire des arcs déliés de; difrentes couleurs, qui paraissaient d’abord en forme conchoïde. En continuant la rotation des prismes pour diminuer l’inclinaison des rayons, il voyait ces arcs grandir et se courber autour de la tache au point de former des cercles ou anneaux. Les couleurs qui apparaissaient les premières étaient violettes et bleues; puis venaient le rouge et le jaune. Les cercles colorés étaient alors rangés, depuis la tache noire centrale, dans l’ordre suivant s le

blanc, le bleu, le violet, le noir, le rouge, l’orangé, le jaune. Le jaune et le rouge étaient beaucoup moins intenses que le bleu et le violet. Le mouvement des prismes étant continué, les anneaux colorés se rétrécissaient en approchant du blanc, jusqu’à ce qu’il n’y eût plus que des anneaux noirs et blancs. Quand, arrivé à ce point, le mouvement des prismes était continué, les couleurs ressortaient de nouveau et se manifestaient dans un ordre inverse.

Newton mesurait le diamètre des anneaux successifs, en même temps qu’il variait l’épaisseur des lames. Il trouva que dans les lames dont l’épaisseur augmente suivant la progression des nombres naturels 1, 2, 3, U, 5, 6, 7, etc., si les premières ou les plus minces réfléchissent un rayon de lumière homogène, la seconde le transmettra, la troisième le réfléchira de nouveau, et ainsi de suite; en sorte que les lames des rangs impairs, 1, 3, 5, 7, etc., réfléchiront les mêmes rayons que ceux de leurs correspondantes en nombres pairs, 2, û, 6, 8, etc., laisseront passer. Une couleur homogène donnée par une -lame est dite du premier ordre, si la lame réfléchit tous les rayons de celte couleur; dans une lame 3 fois plus épaisse, la couleur est de 2' ordre; dans une autre 5 fois plus épaisse, la couleur est de 3e ordre, etc. La vivacité des couleurs diminue avec leur ordre à partir de la couleur du premier ordre, qui est la plus vive de toutes.

Ces observations portèrent Newton à imaginer une théorie particulière, différente de celle de Hooke. Suivant cette théorie, chaque particule de lumière, depuis l’instant où elle émane d'un corps rayonnant, éprouve périodiquement, et à des intervalles égaux, une continuelle alternative de disposition à se réfléchir ou à se transmettre à travers les surfaces des milieux transparents qu’elle rencontre; de façon que si, par exemple, une telle surface se présente à la particule lumineuse pendant une des alternatives où la tendance à la réflexion a lieu, cette tendance, que Newton appelle accès de facile réflexion, la fera céder plus aisément au pouvoir réflecteur de la surface, tandis qu’elle cède plus difficilement à ce pouvoir lorsqu’elle se trouve dans la phase contraire, que Newton nomme accès de facile transmission *.

Les théories de Ilooke et de Newton, le système des ondes et le systèmede l’émission, divisèrent depuis lors les physiciens. « On ne trouvera pas, dit Biol, dans l'histoire des sciences physiques, un

t. Newton, Traite d Optique, liv. II, part. I.

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exemple plus hardi de la hauteur d’abstraction où la discussion des expériences peut conduire. Car, bien que, dans le système newtonien, les accès, en tant qu’ils sont une propriété physique, ne puissent s’appliquer qu'à des particules matérielles, et supposent ainsi tacitement que la lumière est de la matière, ce dont on peut douter, mais ce que Newton n’a jamais mis en doute, néanmoins leurs caractères sont si rigidement définis et moulés sur les lois expérimentales avec tant d’exactitude, qu’ils subsisteraient encore sans aucun changement si l’on venait à découvrir que la lumière fût constituée d’une autre manière, par exemple qu’elle consistât dans des ondulations propagées. » — Biot, évidemment favorable à la théorie newtonienne, rappelle iciqueFresnel attribuait aux ondulations de chaque rayon lumineux simple une longueur exactement quadruple de celle que Newton avait donnée, d’après l’expérience, aux intervalles des accès de ce même rayon lumineux. C’est ce que ne fit pas Young, qui attribuait aux longueurs d’ondulations des valeurs toutes différentes, établies d’après une hypothèse préconçue. Aussi ses nombres ne satisfont-ils point au délail des phénomènes, tandis que ceux de Fresnel, moulés sur les longueurs des accès newtoniens, y satisfont admirablement J.

Voici comment sont appréciés le travail et le système de Newton par un physicien qui a fait lui-même d importantes découvertes en optique. « Le travail sur les lames minces (dans le 2* livre du Traité d'Optique de Newton) est, dit Arago, généralement considéré comme un modèle dans l’art de faire des expériences et dans celui de les interpréter. Cette appréciation est bien méritée. Cependant le chapitre en question peut donner lieu à des critiques fondées. On est fâché, par exemple, au point de vue historique, de voir que Newton ne cite pas Hooke comme ayant le premier fait naître des anneaux entre deux lentilles superposées. Il eût été également désirable que l’illustre auteur remarquât que la théorie donnée par Hooke de la formation des anneaux colorés conduisait nécessairement aux lois expérimentales obtenues par lui sur la succession des, épaisseurs de la lame d’air qui engendre les mêmes couleurs... Quant à la fameuse théorie des accès de facile réflexion et de facile transmission, elle ne m’a jamais paru que la traduction de phénomènes en langue vulgaire]; elle n’explique rien dans le vrai sens de

i. Biot, Mélanges scientifiques et littéraires, t. I, p. 151 (Paris, 1858, in-8°).

ce mot. Mais voici, en point de fait, ce qui est plus grave. Newton prétend que les couleurs d’une lame mince ne dépendent pas de la nature des milieux entre lesquels elle est renfermée. Des expériences ultérieures ont prouvé que les couleurs de cette lame dépendent si manifestement des réfringences particulières des milieux entre lesquels elle se trouve contenue, que, noire dans un certain cas, la lame devient blanche dans un autre, sans avoir nullement changé d’épaisseur; que le rouge y remplace le vert dans les mêmes circonstances, et ainsi de suite. Quant à l’application que Newton a faite de ses belles expériences à l’explication des couleurs naturelles des corps, on a démontré depuis longtemps qu’elle est de tous points inadmissible. »

Newton a consacré le troisième et dernier livre de son Optique aux phénomènes que présente la lumière quand elle rase les bords d’obstacles interposés dans son trajet. Ces phénomènes avaient été, comme nous l’avons montré, décrits pour la première fois par Grimaldi, sous le nom de diffraction, qui leur est resté. Newton nie qu’il se forme des franges colorées dans l’intérieur de l’ombre des corps. Cependant celle formation a été observée non-seulement par Grimaldi, Maraldi et Delisle, mais par des physiciens plus récents, par Fresnei, Thomas Young et Arago. Quant aux franges extérieures, elles sont décrites et mesurées par lui avec le plus grand soin. Mais lorsque, pour expliquer leur formation, Newton va jusqu’à supposer que les rayons qui passent près des corps éprouvent un mouvement d’anguille, il ne remarque pas, comme l’a fait observer Arago, que cette supposition elle-même ne rendrait nullement compte de la position des franges à diverses distances du corps opaque, telles qu’elles résultent de ses propres expériences.

Les Newtoniens ont attribué les effets de diffraction à deux actions, l’une attractive, l’autre répulsive, que les bords exerceraient sur les particules lumineuses : l’attraction serait exercée depuis le contact jusqu’à une certaine distance, où commencerait la répulsion,, qui s’étendrait jusqu’à une autre distance. Biot et Pouillet essayèrent d’expliquer la diffraction par l’action répulsive seule. Un fait remarquable, qui fut observé, en 1803, par Th. Young, c’est que si l’on approche un écran opaque de l’un des bords du corps rasé par la lumière, on fait aussitôt disparaître la totalité des franges qui se forment dans l’intérieur de l’ombre *. Arago, en

i. Phtlotoph. Tranyxct.; année 1803.

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répétant l’expérience d’Young, trouva que l’on peut faire également disparaître la totalité des franges intérieures en substituant un verre diaphane à faces parallèles à l’écran opaque *. Fresnel remarqua que les franges lumineuses ne se projetaient pas en ligne droite, comme l’avait dit Biot, mais qu’elles étaient concaves vers les bords de l’ombre du corps opaque. En mesurant l’intervalle du bord de l’ombre géométrique au point le plus sombre d’une môme frange et à différentes substances du corps opaque, il trouva les ordonnées d’une hyperbole dont les distances seraient les abscisses.

La disposition des franges de l’intérieur de l’ombre par l’interposition de l’écran conduisit Fresnel à celte réflexion : v Puisque, en interceptant la lumière d’un côté du fil, on fait, dit-il, disparaître les franges intérieures, le concours des rayons qui arrivent des deux côtés est nécessaire à leur production. Ces franges ne peuvent pas provenir du simple mélange des rayons, puisque chaque coté du fil ne jette dans l’ombre qu’une lumière blanche continue ; c’est donc la rencontre, le croisement môme de ces rayons qui produit les franges. Celte conséquence, qui n’est pour ainsi dire que la traduction du phénomène, me semble tout à fuit opposée à l’hypothèse de l’émission, et confirme le système qui fait consister la lumière dans les vibrations d’un fluide particulier 1 2. »

L’étude, si difficile, de la diffraction, sur laquelle on est loin d’avoir dit le dernier mol, est très-importante, entre autres dans l’usage du micromètre pour les observations astronomiques.

interférences. — Les expériences d’Young et de Fresnel sur la diffraction conduisirent ces deux physiciens à la découverte des interférences, qu’avaient déjà entrevues Grimaldi, Boyle, Hooke et Huygens. Cette découverte fut suggérée à Young 3 par ces bulles d’eau savonneuse, si vivement colorées, qui, s’échappant du chalumeau de l’écolier, deviennent le jouet des plus imperceptibles courants d’air, « Je supposerais, dit Arago, qu’un physicien eût choisi pour sujet de ses expériences l’eau distillée, c’est-à-dire un liquide qui, dans son état de pureté, ne se revêt de quelques légères nuances de bleu et de vert, à peine sensibles, qu’à travers de grandes épaisseurs. Je demanderais ensuite ce qu’on penserait de