LOIS EXPÉRIMENTALES DE LA POLARISATION ROTATOIRE

DANS LE QUARTZ

2 A 7 . nècou verte de la polarlsmiloii rotatoire par Ara^o.

— La- polarisation rotatoire fut découverte par Arago en 181 1 , en même temps que la polarisatioh chromatique ^^K En étudiant Taction de la lumière polarisée sur les lames cristallines, il reconnut qu*une lame de quartz perpendiculaire à Taxe présente des propriétés tout à fait spéciales. Tandis qu'en général une lame d'un cristal à un axe taillée perpendiculairement à l'axe ne modifie en aucune façon Tétat de polarisation des rayons qui la traversent normalement et ne donne pas de colorations dans l'analyseur, une lame de quartz perpendiculaire à l'axe, lorsqu'elle est traversée normalement par des rayons polarisés parallèles entre eux, fait apparaître dans l'analyseur deux images teintes de couleurs très-vives et complémentaires entre elles. Ces colorations se distinguent de celles qu'on observe dans In polarisation chromatique par deux caractères spéciaux :

i"" Les teintes des deux images ne changent pas quand on fait tourner la lame de quartz autour d'une droite parallèle à l'axe.

a" Si Ton fait varier l'angle formé par la section principale de

('' Mém. de lajirêm. cloâse de Vins!., t. XII, p. gS.

VuDR, VI. — Optique, l[. i5

l'analyseur avec ie plan primitif de polarisation, chaque image passe par une série de teintes qui varient d'une manière continue. Ces leintes se reproduisent lorsqu'on fait tourner l'analyseur de 180 degrés, et les couleurs des deux images s'échangent par une rotation de (jo degrés.

Arago remarqua que ces phénomènes s'expliquent en admettant que chaque rayon simple reste polarisé rectilignement après son passage dans la lame de quartz, mais que le plan de polarisation tourne d'un angle variable avec la couleur; de là la dénomination de polarisation rolatoire, qui fut donnée à l'aclion exercée par le quartz sur la lumière polarisée.

2^8. liOls expérânienUiles établies par Biot. — C'est à Biot qu'on doit d'avoir établi, par de longues séries d'expériences poursuivies avec la plus grande persévérance, les lois expérimentales de la polarisation rotatoire ^*l II opérait sur les rayons médiocrement homogènes que fournit la décomposition prismatique de la lumière solaire; pour mesurer la rotation du plan de polarisation des rayons d'une certaine couleur, il plaçait l'analyseur de façon à éteindre complètement l'image extraordinaire en l'absence de la lame de quartz; cette lame étant ensuite placée sur le trajet de la lumière polarisée, il suITisait de mesurer l'angle dont il fallait faire tourner la section principale de l'analyseur pour éteindre de nouveau Timage extraordinaire. Cet angle n'était autre que celui dont avait tourné le plan de polarisation. Biot arriva ainsi aux lois suivantes :

i"" La rotation du plan de polarisation produite par une lame de quartz perpendiculaire à l'axe est proportionnelle à l'épaisseur de cette lame : elle est la même pour des lames de même épaisseur taillées dans des cristaux différents et ne change pas quand on retourne la lame face pour face.

2** Parmi les cristaux de quartz il y en a qui font tourner le plan de polarisation vers la droite (pour un observateur qu'on suppose couché dans le rayon, les pieds tournés du côté d'où vient ce rayon), et d'autres qui font tourner ce plan vers la gauche. Les premiers

(•) Mfhn. de rAcad. des Se., f. II, p. 'ii.

LOIS EXPÉRIMENTALES. til9

sont dits dextrogyres et représentés par le signe / ; les seconds sont appelés lévogyres et représentés par le signe ^. A épaisseur égale, des lames de ces deux espèces de cristaux produisent des rotations égales mais de sens contraires.

Pour vérifier ces deux lois, il faut se servir de lames assez minces pour que la rotation soit inférieure h 180 degrés, sans quoi on serait exposé à se tromper sur le sens et sur la valeur de la rotation. Pour se faire une idée de l'épaisseur des lames qu'on doit employer, il suffit de savoir que, pour les rayons rouges transmis par le verre coloré au moyen de l'oxyde de cuivre, la rotation produite par une lame de quartz d'un millimètre est d'environ 18 degrés. En employant des lames dont l'épaisseur croît graduellement, on peut du reste s'assurer que la rotation reste proportionnelle à l'épaisseur, même lorsqu'elle dépasse une demi-circonférence.

Le sens de la rotation est en génépi le même pour les lames taillées dans le même cristal de quartz. Cependant il existe des excep* tiens à cette règle, surtout dans la variété de quartz qu'on désigne sous le nom d^améthyste. Ces anomalies s'expliquent par la complexité de la cristallisation. Si un cristal de quartz est formé de cristaux de signes contraires accolés par les faces parallèles à l'axe, une lame taillée dans le cristal perpendiculairement h l'axe donnera dans l'analyseur deux images dont chacune sera formée de plusieurs parties teintes de couleurs complémentaires; les régions différemment colorées de chaque image seront limitées par des triangles équilatéraux ou par des hexagones réguliers. Un tel cristal pourra du reste présenter une transparence et une limpidité parfaites, de sorte qu'il serait impossible de reconnaître autrement que par les phénomènes de la polarisation rotntoire qu'il est formé du groupement de plusieurs cristaux.

Les phénomènes se compliquent encore lorsque les cristaux de signes contraires s'accolent par des faces inclinées à l'axe. Dans ce cas, en effet, la lame, entre les régions entièrement dextrogyres et les régions entièrement lévogyres, doit être considérée comme formée par la superposition de deux lames de signes contraires variant d'épaisseur d'un point à un autre. Il en résulte que dans chacune des images de l'analyseur, entre deux régions colorées de teintes plates et complé-

2i20 POLARISATION ROTATOIRE.

. mentaires, on trouve une région oii la coloration varie d'une manière continue. MM. Gustave Rose et Descloizeaux ^^^ ont donné de nombreux exemples de pareils groupements par des faces inclinées à Taxe, dans leurs travaux sur les propriétés optiques du quartz.

3*" La troisième loi démontrée par Biot consiste en ce que la rotation du plan de polarisation va en croissant du rouge au violet et varie à peu près en raison inverse du carré de la longueur d'ondulation. Cette sorte de dispersion est beaucoup plus marquée que la dispersion prismatique, et il est impossible de tailler des lames assez minces pour ne pas donner des colorations sensibles dans la lumière blanche; il résulte en effet de la loi précédente que la rotation des rayons violets est environ trois fois plus grande que celle des rayons rouges. Biot obtint les nombres suivants pour les rotations produites par une plaque de quartz de i millimètre d'épaisseur.

NOMS DES COULBUIS. TALBURS DE X.

Rouge extrême 6/ï5

Verre rouge 628

Limite du rouge et de 1 orangé. 696

Limite de Torangé et du jaune 671

Jaune moven 55o

Limite du jaune et du vert 53â

Limite du vert et du bleu /igâ

Limite du bleu et de l'indigo /iSg

Limite de Findigo et du violet 43g

Violet extrême 4o6

2Â9. mesure de la dispersion rotatoire* — Lors des premières expériences de Biot, les raies de Frauenhofer n'étaient pas encore connues, et il n'existait par conséquent aucun moyen de définir exactement les différentes régions du spectre. Plus tard Biot, pour déterminer la loi de la dispersion rotatoire, se servit de rayons définis par les raies du spectre et fit usage des longueurs d'ondulation trouvées par Frauenhofer; mais, comme il mesurait toujours la rotation du plan de polarisation par le même procédé, ses résultats ne présentent pas une rigueur suffisante.

tO Mén. des Sav. élrang,, I. XV, p. lioh.

ROTATION DU PUK