C. LUMIÈRE POLARISÉE

Consulter : G. Valentin, Die Untcrs. der PJlan:^cn- und der Thiergewcbc tu polar. Licht. Leipzig. 1861. — C. N/egeli, Das Mikroskop, pp, 299 à 36i. — V.v. Ebner, Unters. ûber die Ursachen der Anisotropie org. Subst.; Leipzig, Ï882. Cet ouvrage donne toute la littérature, pp. 289 à 243.

C) Voir la Littérature, p. 58.

(2) Voyez la description de cet instrument dans Bot. Zeit., 1882, n" 26, et dans Pfluger's Archiv., tome XXVII, p. 464 et tome XXIX, p. 415.

Le biologiste emploie comme le minéralogiste, bien que dans une moindre mesure , la lumière polarisée pour ses observations. Aussi , a-t-on adapté depuis longtemps (') au microscope les appareils de polarisation les plus divers. Quelle que soit leur forme, tous ces appareils ont ceci de .commun qu'il portent deux niçois, un polanseuv et un analyseur. Le premier se place sous l'objectif, habituellement dans le tube du diaphragme ; le second se place au-dessus de l'objectif, le plus souvent dans l'intérieur de l'oculaire, ou sur ce dernier qu'il vient coififer. Au lieu d'un nicol ordinaire on emploie aujourd'hui comme analyseur le système de Prasmowski, parce qu'il agra:ndit considérablement le champ. En plaçant l'analyseur au-dessus de l'oculaire, le champ se rétrécit, il est vrai, mais il devient plus obscur lorsqu'on croise les niçois. Les fig. 15 et 16 représentent l'appareil de polarisation qui fonctionne avec le condensateur Abbe. Le polariseur , fig. 15,

Fig. 15.

Polariseur Abbe.

Ijiiiiiiii^

Fig. 16.

Analyseur Abbe.

vient occuper, nous le savons déjà, la place des disques-diaphragmes. L'analyseur, fig. 16, a été récemment construit par Abbe : il est achromatique et excellent. Il prend la place de l'oculaire ordinaire. Rien de plus simple que cette installation.

Pour compléter le microscope polarisant, on lui donne une platine à tourbillon portant un cercle gradué, comme dans le microscope petrologique, fig. 18. Dans beaucoup de cas, en effet, il est indispensable d'imprimer une rotation complète à l'objet, les niçois demeurant croises. L'analyseur doit être muni également d'un cercle gradue.

Lorsqu'on veut examiner un objet en lumière polarisée, on commence par en opérer la mise au point. Puis on tourne lun des

(I) H. FOX Talbot employa le premier, en microscopie. un appareil de polarisation pour étudier la structure des corps. - Philosophrcal Maga,,ne, London, i382, T. V.

l'appareil de polarisation 0'5

niçois jusqu'à ce que le champ devienne tout à fait obscur. On observe alors les modifications qui surviennent dans l'objet.

Tantôt l'objet demeure obscur comme le champ lui-même : on dit qu'il est inactif, c'est-à-dire qu'il n'agit pas sur la lumière polarisée, qu'il est monoréfy'mgent ou isotrope. Tantôt l'objet devient éclatant, soit qu'il brille tout entier, soit qu'il porte une croix noire, soit enfin qu'il se montre paré des plus vives couleurs, uniformes ou disposées par zones : dans tous ces cas l'objet est actif, biréfringent ou anisotropc. Les cellules des tubercules de Killinga (Cypéracée) nous offrent un bel exemple de ces deux sortes d'objets. Parmi les nombreux corps sphériques qu'elles renferment, les uns portent tous une croix noire sur des quadrants éclairés, au milieu d'un champ obscur : ce sont les grains de fécule; les autres sont tous obscurs : ce sont les corpuscules graisseux. Les premiers sont anisotropes, les seconds, isotropes.

Les trabécules du reticulum plasmatique, quand elles sont puissantes, sont anisotropes. Uenchylema est habituellement isotrope ; néanmoins lorsqu'il est chargé de myosine, etc., comme dans les cellules musculaires, il est fortement anisotrope. Les membranes cellulaires présentent une anisotropie aussi fortement marquée que les cristaux les mieux définis. Ainsi, l'appareil de polarisation nous fournit d'abord un moyen facile de distinguer, au microscope, les corps isotropes ou monoréfringents, des corps anisotropes ou biréfringents.

On augmente beaucoup la sensibilité de l'appareil de polarisation en plaçant sur le polariseur de petites lamelles de gypse ou de mica, appelées lames sensibles de Biot ou de H. Mohl. Ces lamelles, suivant leur épaisseur, sont dites de premier, de second et de troisième ordre, LO; ILO ; IILO, parce qu'elles donnent au champ des colorations différentes qu'on désigne de la même manière. Les plus utiles sont celles de gypse qui donnent le rouge de premier ordre, LO. A l'aide de ces lamelles, certains corps qui paraissent isotropes se montrent nettement anisotropes.

C'est dans le même but que M. Rollett vient de faire construire un appareil qu'il appelle spectyo-polariseur , et qui est plus sensible encore que l'installation précédente. Comme son nom l'indique il réalise une combinaison du spectroscope et de l'appareil de polarisation. Il se place sous la table du microscope, dans le substage, si, delafig. 7. Les lamelles de gypse LO ; ILO; IILO, sont déposées dans un anneau qu'on tire à soi , entre le polariseur et la fente spectrale. Nous ne faisons qu'indiquer cet instrument, en renvoyant à la description de Rollett lui-même (') celui qui voudrait faire une étude spéciale des phénomènes que présentent les corps organisés en lumière polarisée.

(>) Zeitsch. fur Instrumenten-kunde, 1881, p. 366. — M. Zeiss construit cet appareil avec quelques modifications indiquées par Dippel.

Nous reviendrons sur le spectro-polariseur en parlant de la microphotographie, p. 77 et suiv.

Détermination des substances organiques biréfringentes.

La lumière consiste dans certaines vibrations des particules de 1 éther. Quand elle se propage , ce ne sont pas les particules éthérées qui se transportent , ce sont les vibrations qui se transmettent, à la façon d'une onde, d'une particule de l'éther à l'autre. Pendant le temps qu'une particule met à exécuter une vibration complète, le rayon lumineux parcourt une certaine distance qui est appelée longueur de l'onde.

Lorsque deux vibrations rectilignes (') et parallèles, parties de la même source lumineuse, se transmettent le long de la même ligne de propagation , chaque particule éthérée rencontrée par les deux ondes possède , à chaque instant, une vitesse de vibration égale à la somme algébrique des vitesses qu'elle aurait par le fait de chaque vibration en particulier. Si les deux vibrations ont une amplitude égale et sont en retard l'une sur l'autre d'un nombre impair de demi-ondes, chaque particule reste en repos et l'intensité lumineuse est nulle; si les deux vibrations diffèrent d'un nombre pair de demi-ondes, chaque particule aura une vitèsse double et l'éclat lumineux sera considérablement augmenté.

Les vibrations de la lumière s'exécutent dans un plan perpendiculaire à la direction du rayon lumineux. Dans les corps isotropes, on admet qu'il existe des particules éthérées, vibrant dans tous les azimuths autour du rayon lumineux. Lorsqu'un rayon passe d'un milieu isotrope dans un milieu anisotrope , les vibrations réparties d'abord dans tous les azimuths se décomposent toutes, d'après les lois ordinaires de la décomposition des vitesses, suivant deux azimuths perpendiculaires entre eux. Le rayon primitif donne donc naissance à deux rayons , qui ont fait donner aux milieux anisotropes le nom de biréfringents. Chacun de ses rayons a ses vibrations dirigées dans un azimuth unique, et sont par conséquent polarisés. Leur vitesse est inégale et dépend non du sens de la propagation, mais de la direction de la vibration lumineuse.

Pour déterminer ces vitesses, on assimile toute substance anisotrope à un verre, inégalement comprimé dans trois directions perpendiculaires entre elles. On admet que la vitesse de propagation est d'autant plus petite que la condensation est plus grande dans le sens de la vibration.

Imaginons, dans l'intérieur du verre, un ellipsoïde dont les trois axes soient dirigés suivant les trois axes de la compression, et possèdent des longueurs proportionnelles aux vitesses de translation des vibrations qui leur sont respectivement parallèles. Appelons cet ellipsoïde, l ellipsoïde d'élasticité. On a trouvé que cet ellipsoïde jouit des propriétés suivantes :

"^es vibrations rectilignes sont les seules dont nous nous occupions ici.

SUBSTANCES BIRÉFRINGENTES 65

10 Toute vibration lumineuse se propage avec une vitesse assez exactement proportionnelle au diamètre qui lui est parallèle dans

l'ellipsoïde.

20 Les directions des deux rayons réfractes sont parallèles aux deux axes de la section elliptique qu'on obtient en coupant l'ellipsoïde par un plan diamétral parallèle aux deux rayons.

En faisant tourner autour de l'axe moyen de l'ellipsoïde un plan diamétral, on obtient des sections ellipsoïdales dont un des axes sera l'axe moyen, et dont l'autre aura toutes les valeurs comprises entre le grand axe et le petit axe. Dans deux positions différentes , ces sections auront donc pour second' axe une longueur égale à l'axe moyen, et seront des cercles. D'où il suit que les rayons lumineux qui se propageront suivant les deux normales à ces sections, auront tous la même vitesse, quel que soit d'ailleurs l'azimuth occupé par les vibrations.

Ces deux normales sont les axes optiques. Ils sont situés tous deux dans le plan du grand et du petit axe, et disposés symétriquement de part et d'autre de chacun d'eux. Quand le grand axe est plus rapproché des axes optiques que le petit, le cristal est positif, sinon, il est négatif.

Si, dans l'ellipsoïde, deux axes sont égaux , il est évident que les axes optiques se réduisent à un seul, coïncidant avec le troisième axe; lorsque ce dernier est le plus grand des trois, le cristal est positif.

Toutes les sections diamétrales d'un ellipsoïde à un axe optique ont un axe égal à un des deux axes égaux de cet ellipsoïde. Un des deux rayons réfractés se propage donc toujours avec la même vitesse, quelle que soit sa direction : c'est le rayon ordinaire, l'autre est le rayon extraordinaire.

Les substances biréfringentes organiques n'ont généralement pas de forme cristalline déterminée; il n'en est pas de même des substances biréfringentes minérales. Dans ces dernières, les axes d'élasticité et les axes optiques ont des rapports plus ou moins étroits avec les axes cristallographiques, suivant les systèmes cristallins auxquels elles appartiennent. Dans les cristaux uniaxes, l'axe optique qui est en même temps un axe d'élasticité , se confond avec l'axe cristallographique principal. Dans les cristaux biaxes, les axes optiques ne coïncident jamais avec les autres , mais dans le S5^stème rhombique , les trois axes d'élasticité coïncident avec les axes cristallographiques. Dans le système monoclinique, l'axe cristallographique orthodiagonal coïncide seul avec un axe d'élasticité ; enfin dans le système anorthique , la seule relation qui existe entre les différentes espèces d'axes est : que le plan des deux axes optiques, et par conséquent le plan de deux des axes d'élasticité, coïncide avec le plan de deux des axes cristallographiques (').

(') C'est à l'aide de ces données, et en se rappelant que les positions d'extinction coïncident avec celles des axes d'élasticité , comme nous allons le voir , que les minéralogistes déterminent le système cristallin auquel appartiennent les substances qu'ils étudient. Mais cette détermination est loin de suffire, dans tous les cas, pour

A. Détermination des deux axes d'une section elliptique de l'ellipsoïde d'élasticité.

Le problème le plus simple à résoudre, pour une substance anisotrope, celui auquel on ramène plus ou moins directement tous les autres, c'est la détermination, en direction et en grandeur relative, des deux axes de la section elliptique, correspondant aux deux rayons qui traversent normalement une plaque biréfringente à bases parallèles. On recourt, pour cette détermination, à l'appareil de polarisation décrit plus haut. Comme nous l'avons déjà dit, quand on croise les niçois la lumière est éteinte. Elle reparaît, cependant, si l'on interpose entre eux une substance biréfringente ; car, alors, le rayon qui sort du premier nicol se dédouble en deux autres, dont chacun peut donner une composante capable de traverser le second nicol, et de fournir ainsi de la lumière.

Toutefois si les deux axes de l'ellipse correspondante à la plaque biréfringente, coïncident avec les plans de polarisation des niçois croisés, la lumière disparait, la décomposition du rayon du premier nicol étant alors impossible.

Pour déterminer les axes de l'ellipse cherchée, il suffit donc de tourner la plaque biréfringente, jusqu'à ce qu'elle s'éteigne, c'est-à-dire qu'elle devienne obscure. Dans le cas où la plaque reste obscure pendant une rotation complète , les deux axes de son ellipse sont égaux, et l'axe de rotation est l'axe optique.

Dans les autres cas, pour déterminer la grandeur respective des deux axes de l'ellipse , on se sert des lamelles de gypse et de mica. Si on les place de façon à ce que leurs axes, qui sont connus en grandeur et en direction, fassent un angle de 45° avec les niçois, elles auront, dans la lumière homogène, un certain éclat qui dépendra de leur épaisseur et qui est dû à la différence de marche des deux rayons réfractés.

Cette différence varie avec les diverses couleurs spectrales, et la lamelle, dans le cas de la lumière blanche, revêt la teinte de la couleur dominante. On a dressé l'échelle chromatique des teintes correspondant aux diverses épaisseurs. Elle comprend la série des couleurs spectrales, et ces couleurs se répètent plusieurs fois, à commencer par les plus réfringentes. Il y a donc des bleus, des rouges de différents ordres. Or, il existe des moyens de distinguer les ordres auxquels appartiennent des couleurs homonymes. On prend généralement un gypse donnant le rouge du premier ordre parce que cette teinte est sensible, c'est-à-dire qu'elle subit de grandes variations pour un faible changement d'épaisseur.

caractériser les espèces minérales. Il faut souvent recourir, en outre, à la mesure des angles (voir plus loin), et à l'étude des phénomènes particuliers quelles pré sentent en lumière polarisée parallèle ou convergente. Le biologiste, qui serait obligé de se livrer à ces sortes de recherches, devra consulter les ouvrages récents de minéralogie. Voyez : Fouqué et Lévy, oMinéralogie micrographique, etc., Pans. 1879. — G. TscHERMAK, Lelirbucli der oMinérahgie. Wien, i883. — etc. etc.

SUBSTANCES BIRÉFRINGENTES ^7

■ Sur les lamelles de gypse placez la plaque biréfringente à déterminer, de façon à ce que les deux systèmes d'axes soient parallèles : la couleur monte dans l'échelle chromatique lorsque les grands axes coïncident, elle descend lorsqu'ils sont à 90" l'un de l'autre ; ce qui permet de déterminer très aisément le grand axe de la plaque qu'on examine.

B. Détermination des axes de rellipsoUe.

Cette détermination est relativement aisée pour les substances minérales, qui sont formées d'éléments cristallins orientés parallèlement les uns aux autres. En taillant ces substances d'une façon convenable, et en les observant sous différentes inclinaisons, il est généralement possible de déterminer les axes optiques et les axes de l'ellipsoïde d'élasticité.

L'observation devient plus difficile quant il s'agit de substances Organisées, dont les éléments cristallins possèdent des orientations fort différentes. Nous devons nous contenter de renvoyer le lecteur aux traités spéciaux, que nous avons cités en tête de cet article, et où les artifices employés par les micrographes sont décrits tout au long. Encore, dans ce genre de recherches, le succès ne couronne-t-il pas toujours les efforts. Quand il s'agit de fibres, l'examen, à l'aide d'une lamelle de gypse, des couleurs présentées par les bords longitudinaux et par les sections transversales, est généralement très instructif.

On a reconnu que tous les éléments cristallins placés sur un même rayon perpendiculaire à la ligne médiane de la fibre, sont orientés de la même façon, et que ce rayon coïncide avec un des axes de leur ellipse d'élasticité; mais il arrive souvent qu'aucun des axes ne coïncide avec la ligne médiane de la fibre.

Lorsque deux sections elliptiques perpendiculaires entre elles ont un axe commun, cet axe est aussi un axe de l'ellipsoïde. Dans les cas où l'on parvient à reconnaître que les éléments cristallins ont un seul axe optique, on peut ordinairement aussi déterminer s'ils sont, positifs ou négatifs. On choisit alors un endroit convenable de la préparation, et l'on recherche, au moyen de la plaque de gypse, la grandeur relative de l'axe optique et de l'un des deux axes égaux de l'ellipsoïde.