CHAPITRE XIV

g 1. POLARISATION DE LA LUJdlÈue PAR DOUBLE RÉFRACTION.

Quand on observe un objet lumineux au travers d'un cristal doué de la double réfraction, d'un rhomboèdre de spath d'Islande, je suppose, nous savons qu'on voit deux images distinctes, l'une dite ordinaire, suivant les lois de la réfraction simple, l'autre extraordinaire, dont nous avons indiqué les propriétés dans les paragraphes précédents. Cette dernière se reconnaît aisément, en ce qu'elle tourne autour de l'autre, quand on imprime au cristal un mouvement de rotation, dans un plan parallèle aux faces d'incidence et d'émergence des rayons. Il importe maintenant de remarquer que, dans toutes ces positions, l'intensité relative des deux images ne varie pas : l'éclat de chacune d'elles est moitié moindre que celui de l'objet lumineux, comme il est aisé de le constater par l'observation directe. Supposons qu'on examine un petit cercle blanc sur un fond noir. Partout où elles sont séparées, les deux images ordinaire et extraordinaire du point offrent une teinte grisâtre de même intensité, et l'éclat est égal à celui de l'objet là où les deux images se superposent. Enfin, le même phénomène a toujours lieu, quelles que soient les couleurs respectives de l'objet et du fond. • On fait encore la même expérience dans les cours, en laissant arriver un faisceau de lumière solaire sur le cristal et en rece-

vanl les deux faisceaux réfractés siii' une lentille convergente ; les deux images vont se pnijeler sur un écran (fig. lUS). Si l'on fait tourner alors le crisUil {larallèlement à la face d'incidence, les deux images se déplacent en décrivant chacune une circoti-

Fig. 102. — Propaj!;"l'"n >!''* '">^ges urdinnirc el exlnnrA'ia Égalitii d'inti'nsiti''.

n cfKltl liirvfrin^tDl.

férence de cercle, cl l'on voit que, dans toutes les positions, ilv a égalité dans leui" inlcnsité lumineuse. Si l'on lait on sorte qne les deux images se supci|ioseut en paille, l'éclat des jwrtifs superposées sera double àe celui qne pnssèdeut les parties sé|);iivcs, comme ou levoililans la ligure 10,-.

L'uc l)elle et ancienne exjt^ lieuee, due à Huygrus. va nnus Iiii)uver que les faisceanx i]iii ('■inergeril du spath d'Islaiidi' ont aojuis de nouvelles et reniarcpiahles pvopi'iélés a|pn-s ■< leiii- dévialion dairs le milieu erislallisé, propriétés (jue n'avait jH)inl le faisceau lumineux avant rislal. (!elle expérien<'e consiste i reccvfHr, ajirês leur scn'lie du pi'eniiei" rhoinhoèdre, les raymis ordinaire et exli-non!inaii-e sur un sccfunl eiislal, et à evaminer les intensités relatives des images (pli en résullent quand on fait varier rorientation du secoiul cristal autour è

son passage

à tiavci

le

chaque faisceau émergent. Voici un moyen très simple crobserver les phénomènes qui se produisent : c'est, du reste, celui qu'a employé Iluygens hii-mème.

Plaçons un premier crislal sur un \mi\l noir au nn'lieu d'un fond blanc. 11 y aura deux images d'égale intensité. Posons maintenant un second spath d'Islande sur le premier, et plaçons-le de façon que leurs sections principales coïncident; un des moyens de réaliser cette condition est de placer les faces de l'un parallèlement aux faces de l'autre : il n'y aura toujours que deux images, de même intensité qu'auparavant. Seulement les deux im<iges, ordinaire et extraordinaire, seront plus séparées qu'avec un seul cristal. La même chose aurait lieu, pourvu que les sections principales des deux rhomboèdres restassent dans le même plan ou dans des plans parallèles, quand même les deux faces en regard des cristaux ne conserveraient pas leur parallélisme; et il n'est pas nécessaire non plus que, dans la première position, les deux rhomboèdres se touchent.

Voilà donc déjà une piemière différence entre le rayon lumineux avant sa réfraction dans le spalh d'Islande, et chaque rayon émergent ordinaire ou extraordinaire : tandis que le premier se bifurque en pénétrant dans le cristal, il semble que chc'icun (les deux autres reste simple, en pénétrant dans le second cristal. Poursuivons notre élude.

Faisons maintenant tourner lentement le cristal supérieur, de façon que la section principale fasse avec celle du premier des angles de plus en plus grands. On va voir alors apparaître quatre images ; chacune des deux premières sera dédoublée, mais sans conserver l'égalité d'intensité (jui caractérisait cellescf^ De ces quatre images, disposées aux sommets d'un losange à côtés constants, mais à angles variables, deux proviennent (\o la double réfraction, dans le cristal supéiieur, du rayon ordinaire émergent ; les deux autres proviennent de la double réfraction du rayon extraordinaire. Mais, différence importante à signaler, en général chaque couple est caractérisé par une différence dans l'intensité lumineuse des images. La ligure 194

représciito leurs positions et leurs intensités relalives pour dos angles, compris ^ntre 0" et 180*, des sections princijpoles des deux cristaux. Si tes scf tions principales sont à angle droîl, on ne voit plus que deux images; si elles font un angle de 180', il en esl de mc^me, à moins que, les cristaux ayant la mènie épaisseur, les deux images ne se superposent ; dans ce dernier cas. les déviations opérées par chaque ci'istal se faisant en sens (tpposés, DU n'a plus qu'une image unique.

Il résulte déjà de cette |ii'eT)iièro expérience que tout rayon de Inmièie qui a traversé un ei-istal doué de la double réfracticui ne jouit plus, après son j)assage, des mêmes projtrlétés dans tous les sens : dans certaines directions, il n'est plus susceptiMe ite suhii- une nouvelle liifnrcafion, et dans les autres, les deux faisc-canx dans lesquels il se divise n'ont )dus même intensité lumineuse. Pour caraclériser ces propriétés nouvelles, on dil que la lumière qui a traversé un cristal liirélringeul est de la lumim' polai'im-'.

II ili' iwliiritali'iii

POLARISATION DE LA LLMIKHK 3i7

.Vais il est impui'lant de préciser les phénomènes que nous venons de décrire. Pour cela, supposons qu'oii fasse an-iver sur un premier cristal de spath d'Islande, dont la section principale est verticale, un faisceau de lumière solaire SI (Rg. 195). Ce faisceau se divise, dans le plan de la section, en doux faisceaux, l'un ordinaire IK, l'autre extraordinaire IR'. Interceptons l'un des deux par un écran, et laissons jiasser l'autre à travers un second spath d'Islande; en général le faisceau lumineux, en traversant le second cristal, suhira la douhie réiraclion : il su partagera en deux faisceaux. r,R, cpii est le faisceau ordinaire, et l'iR',, qui est le faisceau extraordinaire. Enlin, à l'aide d'une

tig. I'J5. — IVilurisnIiiiii <lu iiiym iiidiiiiiin^ |>ur dmiLIc rOriiicliint.

lentille, pi"ojelons les faisceaux émergents sur un écran. Noyons ce qui arrivera, si l'on fait tourner le second crit-Ud de niauièie à faire faire à sa section pi'inci(»ale tous les angles possibles avec celle du preuiiei', de 0" à 500". I.a tigui-e HKî nionlrc quelles sont les intensités relatives des deux images, si c'est le rayon ordinaire émergent du premier cristal qui a fravcrsé le second ; la ligure 197 monli-e au contraire ce que sonl ces intensités, quand on laisse passer dans le second spulh d'Islande le rayon extraordiniiii-o cniei-gc du ])remier.

fnnj g(V)iiii-in! sujiiiusuil que li'n IiiuIùl'iiIcs Iiiiiijiiuiim-ï uiit (ltrii\ surlcs di- [lùli-fi, i>ii plulùl ^ bue«, juuisKant Je iirujii'it'ir'<> |ihj'si(|ia's dJifùiviilfE. ; <[ii(! diiii!! h Itiiiiiùii- tu'iliitaiii; les tci-s lie mvuMt ^•^lkce des diu-i-iM;ii iitoléculi-s lumiui-ii!tr< sonl tMii-n«es dans loiiles tmrW-» di; wis, nais que far l'actiun du ciiiilHl les unes se Irouvenl dirij^vn parai lËkiiwiit ii sa M'ction [irinupale et les aulrci per|wiidiculHii-tiNenl, vl que h genre de rérracliuii qn'é|>ranv(iit les Duléeales lumineuws tient au sens dnns lei|uel leui-s l';<e>-» '«iil tournées relut ivi'nieiil à 1» sirtuu |>rini'i|Kile. ■ (Fivsnel.)

8tS LE MONDE PHYSIQUE.

En résuiuû, un faisceau de lumière uaturelle est entré dans le premier spatli' d'Islande où il subit la double réfraclion, et cliaeuii des faisceaux qui en sort a des propriétés particulières, que l'on caraclérisu en disant qu'il est polarisé : pour celle raison, le premier cristal reçoit le nom de polarïseur. Le second cristal a servi à analyser tes propriétés qu'a fait acquérir ï chaque faisceau la polarisation : c'est le cristal analyseur.

Le rayon ordinaire, en passant dans l'analyseur, se divise en deux rayons dont rinlcnsité varie selon l'angle que fait la section principale du second cristal avec celle du premier, et

Ki i. 1117. — lli'iloiilili'iiiciil du ui-ilinuiiv. ]i)k-nsilés des iniagn du b»

qui donne deux images, l'une ordinaire, Taiilru extraordinaire. Si cet angle est 0" ou 180", l'image ordinaire existe seule avec l'intensité maximum, l'image exliaordinaire a disparu; à 90** ou 360", l'image extraordinaire a le maximum d'éclat, l'autrcE u disparu. Pour dos positions intermédiaires, où la seconde section principale forme avec la prctnlèrc des angles de 45", les deux images ont même intensité. Kniiu, darts les autres positions relatives des sections principales des cristaux, il y s inégalité d'inicnsité dans l'une ou l'aiilre des images. On àm alors que le rayon ordinaire est polarisé dans le plan de la see= tion principale, et c'est ;i ce plan qu'(m donne le nom de plu (le polarisât ion. Maintenant, connue le second rayon, le rayo :

extraordinaire éprouve les mêmes modilications en passant dans l'analyseur, avec cette différence essentielle qu'il y a toujours une différence de 90 degrés dans les positions relatives des sections principales, on dit qu'il est polarisé dans un plan perpendiculaire au premier plan de polarisation. Son plan de polarisation fait un angle droit avec la section principale du cristal polariseur. En un mot, les deux rayons, ordinaire et extraordinaire, provenant d'un rayon de lumière naturelle qui a subi une double réfraction, sont polarisés à angle droit.

La polarisation par double réfraction, telle que nous venons de l'étudier dans le spath d'Islande, se produit de la même manière avec tous les cristaux' biréfringents. Mais il n'est pas toujours facile de l'observer, à cause de la faible séparation des faisceaux ordinaires et extraordinaires. Avec le spath lui-même, il faut des cristaux d'une certaine épaisseur, pour qu'on puisse mtercepter facilement l'un d'eux avec un écran. Aussi a-t-on imaginé, pour obtenir cette séparation des faisceaux polarisés, des appareils plus commodes, parmi lesquels nous décrirons k prisme de ISicol.

Le prisme de Nicol consiste en un long cristal de spath d'Islande qui a été scié en deux, selon un plan perpendiculaire à la section principale. Les deux fragments, replacés dans leur position primitive, sont collés au moyen d'une couche de baume du Canada. L'indice de réfraction de cette substance est intermédiaire entre les deux indices de réfraction du spath d'Islande correspondant, l'un au rayon ordinaire, l'autre au rayon extraordinaire. Il résulle de là, comme on le démontre rigoureusement cl comme l'expérience le confirme, que si un rayon de lumière pénètre dans le sens de la longueur du cristal et s'y partage en deux par la double réfraction, le rayon ordinaire éprouve la téflexion totale à la surface du baume de Canada, tandis que le rayon extraordinaire passe seul dans la seconde moitié du cristal et émerge par la face opposée.

Supposons qu'on emploie deux prismes de Nicol pour répé-

ter Pexpérience d'Hujgens. Il est clair qu'on n'obtiendra jamais que deux images, celles qui proviennent du rayon émergenti c'est-à-dire du rayon extraordinaire polarisé par le premier prisme. Si les sections principales des deux prismes sont parallèles, l'une des deux images, l'ordinaire, est nulle ; l'autre, l'extraordinaire, a son maximum d'éclat; si les sections principales sont à angle droit, toutes les deux disparaissent, puisque l'image ordinaire, qui devrait avoir une intensité maximum, subit la réflexion totale, et que l'image extraordinaire a une intensité nulle. Le ])remier prisme, celui qui reçoit le rayon de lumière naturelle, est le nicol polariseur, l'autre est le nicol analyseur.

Cette propriété du prisme de Nicol de ne laisser passer que le rayon extraordinaire appartient aussi à un cristal naturel, la tourmaline, qui, sous une certaine épaisseur, absorbe fortement le rayon ordinaire. C'est Biot qui a découvert, en 1815, cette propriété remarquable :

elle va nous permettre de donner, d'après J. Hcrschel, un nouvel exemple de la polarisation de la lumière par double réfraction. « Quand, à l'aide d'une roue de lapidaire, on a clivé un prisme de tourmaline en lames parallèles à l'axe, et d'une épaisseur unifonne d'environ un vingtième de pouce {1°"",27), on donne à ces lames le poli convenable. Alors les objets lumineux paraissent au travers comme si on les regardait avec un verve coloré. Concevons une de ces lames interposée perpendiculairement entre l'œil et une chandelle : celle-ci sera vue avec une égale facilité dans toutes les positions de l'axe de la lame à l'égard de l'borizon. Si l'on fait tourner la lame dans son propre plan, on ne remarque aucun changement dans l'image de la chandelle. Donnant alors à cette pre-