POLARISATION PAR REFLEXION

La figure 199 représente l'appareil de Malus, modifie et perfectionné par Biol. I est la plaque polie destinée à polariser le rayon de lumière SI, par sa réflexion sur la surface de la plaque ; on voit ensuite un tube noirci au dedans, muni de diaphragmes, et suivant Taxe duquel passe le rayon réfléchi ei polarisé II'.... En sortant du lube, le rayon tombe sur une plaque V en verre noir, s'y réfléchit de nouveau, et va, soit tomber dans l'œil, soit former une image sur un écran E. Les cadresqui maintiennent les deux plaques réfléchissantes peuvent .tourner autour d'un axe perpendiculaire à celui du tube, de manière que leurs plans puissent faire avec ce dernier tous les angles possibles ; déplus, on peut faire tourner chaque plaque dans une de ses positions, autour de l'axe même du tube; de sorte qu'en définitive, pour une incidence donnée du rayon lumineux sur la première plaque, on peut faire varier à volonté et l'angle d'incidence du rayon })olarisé sur l'autre plaque, et Tangle du second plan de réflexion avec le premier.

On trouve, à l'aide de cet appareil, que le maximum d'éclat de l'image a lieu quand les deux plans de réflexion coïncident, et le minimum quand ces deux plans sont ii angle droit. De plus, le rayon est complètement éteint quand l'angle d'incidence sur chacun des deux miroirs est de 55^25', pourvu toutefois que le faisceau n'ait pas une intensité trop vive, comme dans le cas où c'est de la lumière solaire.

Brewster a découvert une loi fort sim[)le, qui existe entre l'angle de polarisation et l'indice de réfraction de la substance polarisant la lumière par réflexion, de sorte que, l'un de ces éléments étant connu, on peut en déduire l'autre. Cette loi est l'expression de la relation géométrique suivante : Le rayon réfléchi IR (fig. 200), pokmsêsous Vanfjle de polarisation, et le rayon réfracté \r forment un amjle droit.

La réfraction simple polarise aussi la lumière. C'est ce que Malus, Biot et Brewster ont découvert, chacun de leur côté, en

18il. Ce phéuomène pruit se conslaler à l'aide de l'apparefl de Biot {fig. 499), où la place I a été reTiipIacée par un ju-ïsme de verre. Si Ton tourne lo yii^ma du fayiii que Je ruyim tm sorte perpendiculairement à la face d^émergence, on bvuve, en faisant tourner l'analyseur Y, que le faisceau après sa réflexim offre des maxima et des minima d'inteuaité, mais assez pea prononcés. La lumière est donc parLiellement polarisée. GomiDe le maximum d'éclat a lieu quand le plan d'incidence sur l'antlyseur est perpendiculaire au plan d'incidence sur le prisme, on Toit que le plan dé polarisation est, dans ce cas, perpendiculaire au plan de réfraction.

On obtient un fiàsceau complètement pob>> risé par réfraction simple^ en lui faisant traTersor successivement plusieun lames de verre parallèles sous l'angle de 55*25',

Kiîj. 200. - Uelalion i-ntre lu «jon iwl.risi wii» q,,; gst, noUS l'aVOnS VU, I nn(!lc de poUnxaliun d uii(^ subsluiicc cl le rayon '

rcfinctc. L'angle Rir nsi diwi. l'angle de polansatioli du

verre. Ces lames minces, très polies, doivent êlre appliquées les unes sur les autres, mais sans adhérer complolement, de façon qu'une mince couche d'air reste interposée entre deux plaques successives : l'appareil ainsi disposé se nomme pile déglaces; on s'en sert comme polarïscope en le mettant, dans l'appareil de Biot, à la place de la glace 1'.

Nous ne nous étendrons pas davantage sur cette classe si curieuse de phénomènes, dont la description détaillée nous entraînerait trop loin, et qui d'ailleurs, pour être bien compris, exigeraient des développements théoriques difficiles. Nous avons voulu seulement initier le lecteur aux faits fondamentaux, à ceux dont la découverte a été le point de départ de cette branche si importante de l'optique moderne.

g 3. COITLEURS DE LA LLMlÈnE IH)LAi(ISÉK.

(c En examiriaril, pur un temps serein, une lame assez mince de mica, à Taide d'un prisme de spath d'Islande, je vis que les deux images qui se projetaient sur Talmosphère n'étaient pas teintes des mêmes couleurs : l'une d'elles était jaune-verdàlre, la seconde rouge-pourpre, tandis que la partie où les deux images se confondaient était de la couleur du mica vu à l'œil nu. Je reconnus en même lem|)S qu'un léger changement dans l'inclinaison de la lame par rapport aux rayons (|ui la traversent, fait varier la couleur des deux images, et (juc si, en laissant celle inclinaison constante et le prisme dans la même position, on se contente de faire tourner la lame de mica dans son propre plan, on trouve qualre positions à angle droit où les deux images prismatiques sont du môme éclat et parfaitemenl blanches. En laissant la lame immobile, et faisant tourner le }H'isme, on voyait de môme chaque image actpiérir successivement diverses couleurs et passer par le blanc après chaque (juart de révolution. Au reste, pour toutes ces positions du prisme cl de la lame, quelle que fut la couleur d'un des faisceaux, le second présentait toujours la teinte complémentaire, en sorte que, dans les points où les deux images n'étaient point séparées parla double réfraction du cristal, le mélange de ces deux couleurs formait du blanc. »

C'est eii ces lermes qu'Arago décrit, dans un Mémoire lu à l'Académie des sciences le 11 août 1811, l'expérience qui fut pour lui le point de départ d'une série de découvertes sur les phénomènes de coloration de la lumière polarisée. Il reconnut immédiatement que la lumière transmise par la lame de mica était de la lumière polarisée par réflexion sur les couches atmosphériques ; par un temps couvert, quand la lumière qui vient des nuées a les caractères de la lumière naturelle, les deux images vues à travers la lame de mica n'offrent aucune trace de Il . &r»

coloration. Ainsi, pour que le phénomène se produise, il but que la lumière qui traverse la lame cristallisée ait été préalablement polarisée. Cette condition fut mise hors de doute par A/ago au moyen de plusieurs expériences dans lesquelles il recevait sm' la lame île mica des rayons réfléchis par un miroir de verre noir : il remarqua alors que les couleurs des deux images observées avec le spath d'Islande étaient d'autant plus vivesquo

Fig. âlH. — François Arago.

la lumière avait été réfléchie sous lui angle plus voisin de l'angle de polarisation du verre.

Toutes les substances biréfringentes, taillées en lames minces parallèlement à l'axe, jouissent de la môme propriété de colorer la lumière ijolaviséo qui les traverse; ainsi, on peut eniployor des lames de gypse (sulfate de chaux), de cristal de roi^lie, île spath d'Islande. Mais les épaisseurs de ces lames qui donneul \e& couleurs varient d'une substance à l'auti'c; et, pour chacune

d'elles, on n'obtient d'images colorées que si cette épaisseur est comprise entre certaines limites. Ainsi une lame de sulfate de chaux doit avoir plus de 0"'",425 et moins de 1"",27 d'épaisseur ; une lame de mica, moins de O^^^OSS ; une lame de cristal de roche, moins de 0"'",45. Il est difficile d'obtenir des couleurs avec le spath d'Islande, parce que l'épaisseur de la lame ne doit pas dépasser la quarantième partie d'un millimètre.

L'inclinaison de la lame sur la direction des rayons polarisés influe sur les couleurs, qui varient rapidement quand cette inclinaison varie. Enfin, l'épaisseur, pour une même inclinaison de la lame et une même position du prisme, influe aussi sur les couleurs des images, et M. Biot a trouvé que les lois de variation de ces nuances sont précisément celles que Newton a trouvées pour les anneaux colorés des lames minces, obtenus par la superposition de deux lentilles ; mais les épaisseurs des lames biréfringentes, qui correspondent aux couleurs des divers ordres de Newton, sont beaucoup plus considérables que celles de la lame d'air comprise entre les lentilles.

On se sert de cette propriété du changement de couleur des images avec l'épaisseur pour produire des effets variés et curieux. Si, après avoir collé sur du verre une lame de gypse, on y creuse une cavité de forme sphérique à grand rayon, et qu'on l'observe dans l'appareil de Biot, de sorte que la lumière qui arrive à l'œil après avoir traversé la lame de gypse et l'analyseur, ait été préalablement polarisée, on aperçoit une série d'anneaux colorés concentriques, comme ceux qu'on voit autour du point de contact de deux lentilles. En gravant en creux sur la lame divers objets, des fleurs, des insectes, des papillons, on peut calculer les profondeurs de la gravure, aux divers points, de manière à reproduire les couleurs vives et variées des objets naturels. « Autrefois on faisait mieux, disait récemment M. Bertin dans une intéressante conférence sur la polarisation : on profitait de la circonstance pour rendre hommage à l'auteur de ces belles expériences. Au milieu d'une couronne de feuillage apparaissait le nom d'Arago avec la date de sa découverte. Du

vivant du grand bomme, c'était peut-être une flatterie; mais maintenanl qu'il n'est plus, la suppression de cette expàience

Fig.^SOS. — Coulouni de U lumiËre poIirJMJe din« le» lames mincp*.

(dans les cours de

Fig. S03. — Couleurs de U lumière dans le verre comprimé.

nomènes, de même

physique) est un acte d'ingratitude : nous oublions nos morts pour courir après les papillons. » ;

11 serait juste de joindre au nom d'Ar^o celui de Brewster, qui a fait de son cdtj, et à la même époque, à peu près les mènes découvertes, et à qui l'on doit nolamiMnl celle des anneaux colorés dans les cristau à un el à deux axos.

Avant d'entrer dans quelques détails snr ces phénomènes remarquables, disons que le verre qui, à l'état ordinaire, n'est pis susceptible de donner les couleurs obse^ vées dans les lames cristallisées, acquierl cette propriété par la trempe, par la flexion cl la compression, et par l'action de la chaleur. Les figures 203 et 204 montrent queW ques-unes des apparences offertes dans ces diverses circonstances par des plaques de verre d'une certaine épaisseur, et de forme rectangulaire ou carrée. C'est à Seebeck (1815) qu'on doit la découverte de ces phénature que ceux dont nous venons de donner

COULEURS DE LA LUMiftHE POLAHISKK. 3i.l

In dcRcriplion. Voici encoro une exjn:rierice curiniw tic Itiiil, i'np|>ni'lér par M. Daguin dans siin Traité de Phifsiiiuc : « (lo savant ayant excité des vilii'alions longitixliniili^s dans iini> bande do verre de 2 mètres de lonpitenr placée enli-e le polariscope et les polariseurs de son appareil, disposé pour doiuier l'obscurité, vit, à chaque friction, jaillir une vive lumiAre. dont l'éclal et la couleur dépendaieni du mode de frottement et de sou énergie. »

Les couleurs de la lumière p(darisée produites par lo passage d'un faisceau de celte lumière à travers une lame niiiu^e cris-

fiii. 90i.

talliaée dépendent, ainsi ijuc nous l'avons vu pins bant, de l'épaisseur de la lame : elles varient si eetle épaissenr varie elle-même. .Mais pour une même épaissenr la leinle est uniforme, parce que tous les rayons qui composent le.faisf-ean sont parallèles, et dès lors parcouiY>nl le même espace à l'ititérieiude la lame.

Si, au lieu d'un faisceau, c'est un pineean coniqint ili- lumière polarisée qu'on reçoit sur la lame, de fa<;on qm* l'axe du cône soit perpendiculaire à la surface de cell(M;i, il esi rlaîiquo les rayons parcourront, à l'intérienr du crîslal, <lfs <dicmins d'autant plus longs qu'ils seront plus éloigné^ di- l'axf, i-1

la teinte que prendra la lame observée à Taide d*im analyseur ne sera plus uniforme. On Toit alors des systèmes d*anneaux colorés dont la forme et les teintes varient selon qu'il s*agit d*nn cristal à un ou à deux axes optiques, et selon la position du polariscope par rapport au plan de polarisation. Yoici comment on procède pour obtenir ces beaux phénomènes, en partie reproduits dans la planche VU :

On prend une pince à tourmaline (fig. ^OS). Cet instrument consiste en deux anneaux métalliques, qu*un ressort en forme

de pince presse Tun contre Fautre, et dans chacun desquels se trouve enchâssée une plaque de tourmaline; chaque plaque peut tourner dans son anneau, de sorte qu'on peut donner à volonté toutes les positions angulaires possibles aux axes des deux cristaux biréfringents. On interpose entre les deux anneaux la plaque mince cristallisée, de spath dislande par exemple, fixée à un disque de li^e que la pression des anneaux maintient entre les tourmalines. On n'a qu'à regarder alors la lumière du ciel à travers le système des trois lames pour apercevoir les anneaux colorés. La lame de tourmaline, tournée vers le ciel, polarise la lumière des nuées, qui, après îivoir traversé cette première plaque, converge vers l'œil en passant par la lame de spath et la seconde tourmaline.

Supposons qu'on ail disposé d'abord les deux tourmalines de manière que leurs axes soient perpendiculaires : le plan primitif de polarisation est alors parallèle à la section principale de la tourmaline qui sert de polariscope. On voit alors une série d'anneaux concentriques irisés, traversés par une croix noire (planche Vil, fig. 1). Si l'on fait alors tourner le polariscope de 90% les axes des tourmalines seront parallèles, et la section principale du polariscope sera à angle droit avec le plan de polarisation. ï^a croix noire se trouve alors remplacée par

Fig. 205. — Pinco à tourmaline.

AMÏÏKAUX C01,0Ï1ES dans les cristaux biréfrinôents