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laissent voir des couleurs irisées tout à fait semblables à celles de la bulle de savon. Les vives nuances qui décorent les ailes membraneuses des libellules, celles qu*on aperçoit sur les morceaux de verre longtemps exposés à Thumidité, à la surface des eaux grasses, appartiennent à la même série de phénomènes. On les étudie, en physique, sous la dénomination commune di anneaux colorés dans les lames minces.

Avant de dire quelle est la cause de cette décomposition de la lumière en ses couleurs simples, essayons de donner une idée des conditions dans lesquelles elle se produit, et des lois qui président à la succession de ces nuances, au premier abord si changeantes et si mobiles.

Suivons Newton dans ses mémorables expériences. Le point de départ du grand physicien fut l'observation suivante :

« Ayant pressé fortement, dit-il dans son Optique, deux prismes l'un contre l'autre, pour faire que leurs côtés (qui par hasard étaient tant soit peu convexes) pussent se toucher l'un l'autre, j'aperçus que l'endroit par oii ils se touchaient devenait tout à fait transparent, comme s'ils n'eussent été, en cet endroit-là, qu'une seule pièce de verre. Car, lorsque la lumière tombait si obliquement sur l'air compris entre les deux prismes qu'elle était totalement réfléchie, il semblait qu'à l'endroit du contact elle était entièrement transmise. En regardant en ce point, on y voyait comme une tache noire et obscure, semblable à un trou, au travers duquel les objets placés au delà apparaissaient distinctement. »

Newton, ayant fait tourner les prismes autour de leur axe commun, vit peu à peu apparaître autour de la tache transparente une suite d'anneaux alternativement brillants et obscurs, colorés de diverses nuances. Pour mieux se rendre compte de la production de ces anneaux, il employa deux verres, l'un plan, l'autre convexe sur ses deux faces (fig. 179), tous deux d'un grand rayon de courbure. Puis il les appliqua l'un contre l'autre, la face convexe sur la face plane, en les pressant doucen[ient : dans cette position les deux verres laissaient entre eux,

LEMONOe PHYSIQUE PLAHCHE VI.

Phénomènes d'Interférence AWNF.AUX COLORÉS DANS LES LAMES MINCES

tout autour du point central de contact, un ménisque très mince, une lame d'air dont Tépaisseur, nulle d'abord, allait en crois-^ sant insensiblement. Voici les phénomènes qu'il observa :

Eu 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 enlise deux Terres, Tun plan, Tautre conYexe. Expérience des anneaux colorés de Newton.

^^■rKj-^-

A;;/, B :. C;; DVE, F-G

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 apparat en dernier lieu une tache noire.

âOO LE MONDE PHYSIQUE.

Voici quels furent alors l'ordre 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 Tiolel, bleu, vert, jaune, rouge ; B — C pourpre, bleu, vert, jaune, rouge; C — D vert, rouge; D — E bleu-verdâtre, rouge ; E — F bleu-verdâtre, rouge pile; F — G blcu-verdâtre, blano-rougeltre.

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 Uche 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, jauue-rouge, vert-bleu, rouge ; Vert-bleuâtre ; Rouge, vert-bleu 5 tre ; 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 transmises vinssent à Tœil 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-

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 difierentes 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 où 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 de la lame mince, ces épaisseurs mêmes, et il en conclut les lois suivantes :

Les caf'rés des diamètres des anneaux brillants, vtts par réflexion, 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, 2, 4, 6, 8....

Quant aux anneaux vus par transmission, comme ils occupent des positions précisément inverses, chaque anneau obscur étant cemplacé 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 el 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 Ton cherche les valeurs qui correspondent aux anneaux des divers ordres, on trouve que ces valeurs sont entre elles comme les nomh*es 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 élre 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, oîi 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

équivaut 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 l'expérience. Comme les longueurs d'onde varient selon la nature de la lumière simple, et diminuent du rouge au violet, on voit que les anneaux de cette dernière couleur devaient être plus resserrés que les anneaux rouges- Maintenant, comment cette 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 Newton 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'en faire le sujet d'une observation exacte. c< Aussitôt, dit-il, que j'en avais élevé une, je la couvrais d'un verre fort transparent; et par ce moyen, ses difTérentes couleurs paraissaient dans un ordre très régulier, comme autant d'anneaux concentriques qui entouraient le haut de la bulle. » Quand on prend ces précautions, on voit les anneaux colorés apparaître au sommet de la bulle, se dilatant lentement à mesure que l'écoulement de l'eau vers le bas de la sphère liquide rend celle-ci plus 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 vue 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 I9. bulle devient si mince au sommet, que

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

Yoici, selon Newton, Tordre exact des anneaux colorés tels qu'on les voit se succéder depuis la première coloration de la bulle jusqu'à sa disparition : Rouge, bleu; ronge, bleu; rouge, bleu; rouge, vert; rouge, jaune, vert, poui*pre; 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 sont 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 apparition de couleurs ; elle est incolore. Puis son épaisseur diminue de plus en plus, de sorte que c'est à la fin do phénomène que le noir correspondant à la plus faible épaisseur doit apparaître, exactement comme la lâche 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 par réflexion. La bulle, une fois formée, doit être observée de telle sorte qu'elle réfléchisse vers l'œil la liunière d'un ciel ])lanchâlre, et, pour mieux distinguer les anneaux et les couleurs, on met par derrière un fond noir. Mais on peut aussi observer la bulle de savon en regardant au travers la lumière du ciel. Des anneaux colorés se forment encore; mais ils sont d'un éclat plus faible, et leurs couleurs successives sont complémentaires de celles que donne la lumière réfléchie. Il est facile de s'assurer de ce fait, que nous avons déjà remarqué dans les anneaux obtenus à la surface de deux verres. Si, pendant qu'on regarde la bulle par la lumière des nuées réfléchie dans l'œil, la couleur de sa circonférence est rouge, au même instant un second observateur, regardant les nuées à travers la bulle, trouvera, que sa circonférence est bleue. Au contraire, si le contour de la bulle est bleu par une lumière réfléchie, il semble rouge par une luinière transmise.

Maintenant il est aisé de cumprendre pourquoi la bullu de savoQ observée à l'air libre présente dans les couleurs irisées de sa surface cette irrégularité, celte mobilité, ce perpétuel mélange de teintes qui en font un des plus beaux phénoinènes tins 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 l'évaporatinn qui se fait d'une manière très inégale, produit dans la pellicule liquide une multitude de courants, qui, contrariant en tous sens Taction de la [lesanteur, empêchent l'eau de descendre par zones régulières vers le bas de la bulle. Son épaisseur varie d'un point à un autre en divers sens, et comme c'est de celle 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 ^.^ ,g, ^„„,„„, ^„|^,,,, j^, ,,i„„^ „,i„^„ étant saturé de vapeur i*""» ^'^ ^"'"■

d'eau , l'évaporation et

l'agitation de l'air n'existent plus, et les anneaux apparaissent avec la régularité qu'indique le calcul.

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

lième partie d'un millimèlre. Il résulte de là que, si Foii pouvait former une bulle de savon qui n'eût partout que celle épaisseur, elle serait totalement invisible.

g 5. THÉORIE DES ONDILATIONS. — RÉFLEMON ET BÉFRACTIOR DE LA LnUÈAE.

On a vu dans le§ 2 du chapitre précédent, comment Newlon, dans le système de l'émission, rend compte des phénomènes de la réflexion et de la réfraction. Essayons de donner une idée de la façon dont se passent les choses dans le système des ondes.

L'explication complète de ces phénomènes repose sur deux principes, qu'on nomme, l'un le principe de Huygens ou des ondes enveloppes, l'aulre le pnndpe des interférences, que nous avons exposé d'après Th. Young et Fresnel, au début de ce chapitre.

Nous ne pouvons, dans un ouvrage aussi élémentaire que l'est celui-ci, avoir la prétention de développer, dans leur rigueur, la suite des considérations et des démonstrations nécessaires pour coniprendic l'explicalion théorique des principaux phénomènes de l'Optique. Néanmoins il nous paraît possible d'en faire au moins saisir le lien.

Le principe de Huygens consiste en ce que le mouveraenl d'une onde lumineuse dans ses développements successifs peut être considéré à chaque instant, en un point quelconque de sa surface, comme la résultante du mouvement antérieur. Voici la définition précise qu'en donne Fresnel : « Les vibrations d'une onde lumineuse dans chacun de ses points peuvent être regardées comme la somme des mouvem^ents élémentaires quij enverraient au même instant, en agissant isolément^ toutes les parties de cette onde considérées dans une quelconque de m positions antéHeures. » 0 étant (fig. 182) le point lumineux d'oii émanent les ondes successives, considérons Tune de ces ondes lorsqu'elle est arrivée en AB. Au bout d'un temps donné, elle se sera propagée ou transportée jusqu'en A'B\ D'après le principe de Huygens, le mouvement vibratoire de chacun des