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l'henomcTies d'inlerférence AHNLAUX COLORÉS DANS LUS LAMES MINCES

tout autour du point central de contact, un ménisque très mince, une lame d'air dont l'épaisseur, nulle d'abord, allait en croissant insensiblement. Voici les phénomènes qu'il observa :

En recevant la lumière réfléchie dans une direction à peu près normale à la surface plane de la lame d'air, il vit se former autour du point de contact une suite d'anneaux de diverses couleurs ,

concentriques et de plus en plus serrés à mesure qu'ils s'éloignaient du centre. Chaque couleur apparaissait d'abord comme

Fig. 179. — Lame mince comprise .entrc deux verres, rim plan, Taulre convexe. Expérience dos anneaux colores do Newton.

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Fig. 180. — Anneaux colorés de Newton.

un cercle de teinte uniforme qui s'élargissait par la pression jusqu'à ce qu'une couleur nouvelle, sortant du centre, transformât la première en un anneau coloré. Au centre même apparut en dernier lieu une tache noire.

Voici quels fîirent alors Tordre et les couleurs des anneaux, que représente la figure 180. Les couleurs sont indiquées à partir du centre 0.

De 0 en A noir, bleu, blanc, jaune, rouge; A — B violet, bleu, vert, jaune, rouge ; B — G pourpre, bleu, vert, jaune, ronge; G — D vert, rouge; D — E bleu-verdâtre, rouge; E — F bleu-verdâtre, rouge pâle ; F — G bleu-verdâtre, blano-rougeâtre.

Si, au lieu de recevoir la lumière réfléchie sur les deux surfaces de la lame mince, on regarde au travers du système des deux verres la lumière du ciel, on aperçoit encore une série d'anneaux colorés, mais leurs couleurs sont plus faibles que celles des anneaux vus par réflexion. De plus, l'ordre des couleurs est entièrement différent, et, au lieu d'une tache noire au centre, c'est une tache blanche qui apparaît. Voici la série des diverses teintes formant les anneaux vus par transmission :

Blanc, rouge-jaune, noir, violet, bleu ; Blanc, jaune-rouge, violet, bleu ; Vert, jaune-rouge, vert-bleu, rouge ; Vert-bleuâtre ; Rouge, vert-bleuâtre; Rouge.

En comparant cette seconde série à la première, on voit que les teintes qui occupent le même ordre dans les deux systèmes d'anneaux sont précisément complémentaires, de sorte que la lumière transmise et la lumière réfléchie en un même point de la lame d'air, réunies, donnent de la lumière blanche. Cette conséquence des deux expériences a été vérifiée par Young et Arago, qui, ayant placé les deux verres de façon que les lumières réfléchies et transnrises vinssent à l'œil à la fois et avec la même intensité, virent les anneaux disparaître.

Newton se servit pour observer les anneaux des diverses lumières simples du spectre. Dans ce cas, il aperçut, par ré-

ANNEAUX GOLORBS. 301

flexion, des anneaux alternativement noirs et lumineux, ces derniers présentant la teinte de la lumière simple employée. Mais les diamètres des anneaux variaient de grandeur, selon la couleur de la lumière : ils se dilataient en passant du violet au rouge. On comprend alors comment il se fait que les anneaux obtenus avec la lumière blanche sont irisés. Les différentes couleurs, dont la lumière blanche est formée, produisent chacune leurs séries d'anneaux ; mais comme les dimensions sont différentes, la superposition n*est pas exacte, les anneaux obscurs disparaissent, parce qu'ils sont recouverts par diverses nuances de lumière, au centre excepté, et là seulement où ces nuances se mélangent dans une proportion convenable, apparaît Tunique anneau de lumière blanche précédemment observé. En interposant de l'eau entre les verres, les anneaux apparaissent encore, mais plus petits, plus resserrés et de nuances plus faibles. Enfin, si, au lieu d'un milieu gazeux ou liquide, c'est le vide qui forme la lame mince entre les deux verres, on voit aussi des anneaux colorés, n'offrant aucune différence sensible avec ceux que donne l'air.

Newton, avec sa sagacité et sa précision accoutumées, ne s'est point borné à la constatation de ces faits et d'autres dans le détail desquels nous ne pouvons entrer : il chercha la loi de la production des anneaux, et c'est ainsi qu'il parvint à rattacher au même principe les phénomènes variés que nous avons décrits au début de ce chapitre, les couleurs irisées des bulles de savon et des lames minces de tous les corps solides, liquides ou gazeux. Il mesura avec soin les diamètres des anneaux successifs obtenus avec la lumière simple, au moment oii la tache noire du centre indiquait qu'il y avait contact entre les verres. 11 en déduisit, par les rapports géométriques qui lient les diamètres aux épaisseurs d6 la lame mince, ces épaisseurs mêmes, et il en conclut les lois suivantes :

Les carrés des diamètres des anneaux brillants, vus par réfieœiony sont entre eux dans le rapport des nombres impairs, 1, 3, 5, 7, 9....

Les carrés des diamètres des anneaux obscurs sont comme les nombres pairs j 2, 4, 6, 8....

Quant aux anneaux vus par transmission, comme ils occupent des positions précisément inverses, chaque anneau obscur étant remplacé par un anneau brillant, chacun de ceux-ci par un anneau obscur, leurs diamètres suivent évidemment les mêmes lois, ou les séries des nombres seraient interverties.

Voilà pour les dimensions relatives des anneaux brillants et des anneaux obscurs. Quant aux épaisseurs de la lame d'air comprise entre les verres, elles vont naturellement en croissant du centre de contact vers les extrémités ; mais si l'on cherche les valeurs qui corresj)ondent aux anneaux des divers ordres, on trouve que ces valeurs sont entre elles comme les nombres impairs pour les anneaux lumineux, et comme les nombres pairs pour les anneaux noirs ou obscurs.

Ces lois, si simples, sont générales. Newton en inféra que le phénomène des anneaux colorés dépend de l'épaisseur variable de la lame mince interposée entre les deux verres, de la nature de la substance dont elle est composée, nullement des verres entre lesquels elle se trouve comprise. Il chercha à le rattacher à la théorie de l'émission de la lumière, en imaginant que les rayons lumineux subissent, en se propageant, des changements périodiques qui tantôt les rendent aptes à être réfléchis, tantôt les rendent aptes à être transmis. C'est la théorie connue dans la science sous le nom de théorie des accès, accès de facile réflexion, accès de facile transmission, dont nous avons parlé déjà dans le chapitre précédent.

Aujourd'hui que la théorie des ondulations a prévalu, les anneaux colorés s'expliquent de la façon la plus simple par le principe des interférences. Un rayon de lumière qui pénètre jusqu'à la première surface de la lame est en partie réfléchi, en partie transmis jusqu'à la seconde surface, où il se réfléchit de nouveau. Les deux rayons voisins ainsi réfléchis sur chaque surface interfèrent, c'est-à-dire, comme nous l'avons vu plus haut, se détruisent ou s'ajoutent, selon que le retard du second

ëquiyaut à un nombre impair de demi-longueurs d'onde ou à un nombre pair de ces mêmes longueurs. De là, obscurité dans le premier cas, lumière, au contraire, dans le second, ou bien, anneaux obscurs, anneaux lumineux. L'analyse, appliquée à ce cas si intéressant de la théorie des ondes, fait retrouver les lois des diamètres et celles des épaisseurs, telles que Newton les constata le premier par Texpérience. Comme les longueurs d'onde varient selon la nature de la lumière simple, et diminuent du rouge au violet, on voit (jue les anneaux de cette dernière couleur devaient être plus resserrés que les anneaux rouges. Maintenant, connnent celte théorie est-elle applicable au phénomène des couleurs des bulles de savon, couleurs si variables, si mobiles et qui continuellement se mélangent et se fondent les unes dans les autres? C'est encore N(*\vton qui montra l'identité des anneaux colorés obtenus avec les verres et des anneaux qu'on voit apparaître sur les bulles.

Pour étudier ceux-ci, il prit soin de mettre la bulle de savon soufflée à couvert de l'agitation de l'air extérieur qui, faisant varier irrégulièrement l'épaisseur, semble pousser leurs couleurs l'une dans l'autre, et empêche d'eu faire le sujet d'une observation exacte, a Aussitôt, dit-il, que j'en avais élevé une, je la couvrais d'un verre fort transparent; et par ce moyen, ses diflerentes couleurs paraissaient dans un ordre très régulier, comme autant d'anneaux concentriques qui entouraient le haut de la bulle. » Quand on prend ces j)récautions, on voit les anneaux colorés a|)paraître au sommet de la bulle, se dilatant lentement à mesure (]ue l'écoulement de l'eau vers le bas (le la sphère liquide rend celle-ci j)lus mince, et, après être descendus jusqu'au bas, disparaître chacun à son tour. La figure 181 montre la disposition de ces bandes colorées. Le phénomène, ainsi régularisé, perd de sa beauté aux yeux de l'artiste, mais on conçoit qu'il gagne en intérêt au point de Mie de la science. Dans la planche VI on aperçoit, malgré l'irrégularité des couleurs et leur mélange, les zones de plusieurs anneaux. Peu à peu la bulle devient si mince au sommet, que

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la tache noire fait son apparition, souvent mêlée de plusieurs taches plus petites et plus sombres. Presque aussitôt la sphère éclate et disparaît.

Voici, selon Newton, l'ordre exact des anneaux colorés tels qu'on les voit se succéder depuis la première coloration de la bulle jusqu'à sa disparition : Rouge, bleu; rouge, bleu; rouge, bleu; rouge, vert; rouge, jîiune, vert, pourpre; rouge, jaune, vert, bleu, violet; rouge, jaune, blanc, bleu, noir.

Or, si l'on compare cette série avec celle des couleurs des anneaux obtenus avec les deux verres de la première expérience, on reconnaît qu'elles sonl exactement rangées en ordre inverse. Et cela devait être, si c'est la même cause qui produit les mêmes effets. A l'origine, la bulle est trop épaisse pour qu'il y ait ai)parilion de couleurs; elle est incolore. Puis son épaisseur diminue de plus en ])lus, de sorte que c'est à la fin du phénomène que le noir correspondant h la plus faible épaisseur doit apparaître, exactement comme la tache noire des premiers anneaux se trouve au point où les deux verres sont en contact.

Dans tout ce que nous venons de dire, il s'agit des couleurs vues \K\v réllexion. La bulle, une lois formée, doit être observée de telle sorte (|u'elle réllécliisse vers Td'il la lumière d'un ciel blancliàlre, el, pour mieux distinguer l(*s anneaux et les coiil(*urs, on met pai* derrière \m fond noir. Mais on peut aussi observer la bulle de savon en regardant au travers la luiiiière du ciel. Des anneaux colorés se forment encore; mais ils sont d'un éclat |)lns faible, et leurs couleurs successives sont complémentaires de celles que donne la lumière réfléchie. Il est facile de s'assurer de ce fait, (pu* nous avons déjà remarcpic dans les aiuieaux obtenus à la surface de deux verres. Si, ])endanl cpfon regarde la bulle par la lumière des nuées réfléebie dans Tœil, la couleur de sa circonférence est rouge, an même instant un second observateur, regardant les nuées à travers la bulle, trouvera que sa circonlérence est bleue. Au contraire, si le contour de la l)ulle est bleu par une lumière réfléchie, il semble rouge par une lumière transmise.

Maintenant il est aisé de comprendre pourquoi la buUc de savon observée à l'air libre présente dans les couleurs irisées de sa surface celte irrégularité, cette mobilité, ce perpétuel mélange de teintes qui en font un des plus beaux phénomènes dus à la décomposition de la lumière par interférence. L'agitation de l'air tout autour de la bulle, jointe au défaut d'homogénéité de l'eau de savon en divers points, et à i'évaporation qui se fait d'une manière très inégale, produit dans la pellicule liquide une multitude de courants, qui, contrariant en tous sens l'action de la Itesanteur, empêchent l'eau de descendre par zones régulières vers le bas de la huile. Son épaisseur varie d'un point à un autre en divers sens, et comme c'est de cette épaisseur que dépend la production des diverses teintes, celles-ci se répartissent de la façon la plus variée. Au contraire, dans un flacon fermé, l'air étant saturé de vapeur d'eau , l'évaporation et l'agitation de l'air n'existent plus, et avec la régularité qu'indique le calcul

Nous oubliions de dire que les lois trouvées par Newton pour lés anneaux fournissent un moyeu de calculer l'épaisseur de la lame liquide, dans les endroits où telle couleur apparaît. C'est aux points où l'on voit les taches noires se montrer que cette épaisseur est minimum : elle est alors environ de la dix-mil-

; anneaux apparaissent

806 'LE MONOB PHYSIQUE.

lième partie d*un millimètre. Il résulte de là que» si Ton pouvait former une bulle de savon qui n*eût partout que cette épaisseur, elle serait totalement invisible.