PHÉNOMÈNES EXPÉRIMENTAUX DE LA DOUBLE RÉFRACTION ACCIDENTELLE

A. — Double réfraction produite par la pression.

299. Expérlenees de Brewster. — Les premières observations sur la double réfraction produite par la pression sont dues à

(') Les lois expérimentales et la théorie de la polarisation rotatoire magnétique sont exposées tout au long dans les mémoires originaux de Yerdet contenus dans le tome P' da présent ouvrage.

Brewster; il les communiqua à la Société Royale de Londres le 19 janvier 181 5^^^. Le procédé qu'il employa d'abord est assez grossier : il consiste à exercer des pressions faibles sur des matières gélatineuses, comme la gelée de pied de veau ou la colle de poisson. Ces matières, pâteuses et transparentes, solidifiées dans des conditions régulières, ne présentent aucune propriété biréfringente. Mais, si on les taille en fragments réguliers que l'on comprime ensuite entre les doigts, cette légère compression suflit pour y développer une double réfraction très-énergique. Si on place ces fragments entre un polariseur et un analyseur, et si on les fait traverser par un rajon lumineux, il se manifeste dans l'analyseur des images vivement colorées et dont les teintes s'élèvent rapidement dans l'échelle des couleurs de Newton à mesure que la compression augmente.

La compression produite par les doigts rapproche les molécules dans le sens où elle s'exerce, et tout porte à croire que. les molécules s'éloignent dans le sens perpendiculaire à celui de la compression. On doit donc présumer que le corps devient analogue à un cristal à un axe, dont l'axe serait situé dans la direction de la compression.

Il était utile de rechercher si les phénomènes dont nous nous occupons ne seraient pas sensibles dans des corps plus résistants. Brewster a abordé cette question, et les résultats de ses expériences sur la compression et la dilatation du verre furent publiés le 3 9 février 1816^^^. Toutefois, la méthode dont il se servait comportait peu de précision. Il employait une simple pince, dans laquelle il pouvait saisir et comprimer les morceaux de verre. En portant ces fragments ainsi comprimés sur le trajet d'un faisceau de rayons polarisés, et en faisant tomber la lumière émergente sur un analyseur, il voyait se produire des colorations variant d'une façon tout à fait irrégulière et correspondant aux différents points du fragment de verre. Cette irrégularité, qui ne permet d'arriver à aucune loi précise, provient de la manière dont Brewster effectuait la compression.

•*^ PW. Tratts., 181 5, p. og, 60.

^*^ Phil. Tram., 1816, p. 66.

Vbbdit, YI, — Optique, II. ai

362 DOUBLE REFRACTION ACCIDENTELLE.

Supposons maintenant qu'on opère dune manière plus régulière, que l'on exerce sur un parallëlipipède rectangle en verre P (6g. A9], à l'aide d'une vis V, une pression normale aux deux bases et qae l'on peut faire varier à volonté. Si l'on interpose le parallélipipède ainsi comprimé sur le trajet d'un faisceau lumineux polarisé, et si l'on reçoit la lumière émergente sur un Nicol dont la section principale est parallèle au plan primitif de polarisation, on voit dans l'image fournie par te Nicol une série de lignes colorées parmi lesquelles se trouvent des lignes noires qui correspondent aux points oi!i la structure moléculaire n'a pas été altérée. Ces points séparent des régions qui ont subi des altérations différeates; d'un cAté des points qui correspondent dans le verre à une ligne noire il y a eu contraction; de l'autre cdté, dilatation. Or, si l'on compare les lignes colorées avec celles que produiraient des plaques cristallines, on reconnaît que la double réfraction change de signe quand on passe d'un côté à l'autre d'une ligne noire. D'oii il faut conclure cette première loi, que la compression et la dilatation produisent des effets opposés de double réfraction. Les lignes qui séparent les régions comprimées et les régions dilatées et qui correspondent aux lignes noires doivent d'ailleurs évidemment être parallèles ou perpendiculaires à la direction suivant laquelle s'exerce la compres- ^w- 's- sion. Brewster a fait une seconde ex-

périence, qui est demeurée célèbre, et dans laquelle TinBexion d'une lame de verre permet d'établir une relation entre la compression ou la dilatation exercée et l'espèce de double réfraction produite. Dans cette expérience, une lame de verre AB (fîg. 5o)est maintenue dans une mâcboire métallique M; au milieu de la partie inférieure de cette mâchoire passe une vis V qui vient s'appuyer sur la lame AB et peut l'infléchir plus ou moins. Suivant tes lois générales de l'inflexion, si la courbure de la lame est peu considérable, il y a dans l'intérieur de la lame une ligne, une ûle de molécules qui n'éprouve ni allongement ni raccourcissement; cette ligne s'ap-

PHÉNOMÈPfES EXPÉRIMENTAUX. 363

pelle Ugne moyenne, et elle passe sensiblemenl par les ceotres de gravité des sections de la lame. Les files de molécules situées au-des-

sous de la ligne moyenne se contractent, celles qui sont placées au-dessus s'allongent : c'est ce que montre la figure 5 1 .

En faisant traverser cette lame tn6échie par un faisceau de ravons parallèles polarisés qu'on reçoit ensuite sur un Nicol dont la section principale est parallèle au plan primitif de polarisation , on remarque dans l'image fournie par le Nicol une ligne noire parallèle aux cfités infléchis et présentant la même courbure. Cette ligne correspond à la file des molécules qui n'ont subi ni allongement ni raccourcissement. De part et d'autre de celle ligne noire on voit dans l'image des lignes colorées de formes différentes et courbées de part et d'autre.

Considérons une file de molécules correspondant à une ligne isochromatique de l'image : ces molécules éprouvent un rapprochement ou UQ écartement analogues à ceux qui seraient occasionnés par une compression ou une traction. Chacune de ces (iles peut donc être assimilée à un cristal à un axe, dont l'axe serait parallèle à la direction suivant laquelle s'exerce la compression ou la traction , c'est-à-dire à la tangente h la courbe, et l'on peut, par l'interposition d'une lame cristalline à un axe dont te signe est connu, re~ connaître le signe de ta double réfraction produite dans le verre suivant la file de molécules considérée.

C'est en opérant de cette manière que Brewster a pu démontrer que la compression développe dans le verre, et en général dans les corps uniréfringents, une double réfraction analogue à celle de cristaux rêpuUif» dont l'axe serait parallèle à la direction de la compression. Une dilatation produit des efl'ets opposés aux précédents, c'est-ànlire une double réfraction ath-acbve.

Z6ii DOUBLE RÉFRACTION ACCIDENTELLE.

Dans la théorie des ondulations, cette loi peut s'énoncer d'une autre manière. Dans un cristal à un axe la surface de Tonde extraordinaire est représentée par un ellipsoïde de révolution dont Taxe de révolution a pour longueur ùb et l'axe équatorial perpendiculaire à Taxe de cristallisation ùa. De plus, b et a sont proportionnels aux forces élastiques qui se développent dans le cristal, b^ à la force élastique développée par les vibrations perpendiculaires à l'axe du cristal , et a^ à la force élastique produite par les vibrations parallèles à cet axe.

Pour les cristaux répulsifs on a b^<cà^^ c'est-à-dire que l'élasticité optique est plus petite dans le sens perpendiculaire à l'axe que dans la direction qui est parallèle h cet axe. Il résulte de là, d'après ce que nous avons dit plus haut, que l'élasticité optique est augmentée dans la direction d'une compression et diminuée dans la direction d'une dilatation. C'est là la seconde loi démontrée par Brewster,

Brewster est d'ailleurs allé plus loin. En mesurant la eourbure de la lame et sa longueur, il a pu estimer la dilatation ou la com- [)ression d'une file de molécules correspondant à une ligne isodiroraatique donnée. Comparant ensuite les teintes de ces lignes isochro* matiques avec les compressions ou les dilatations, il a reconnu que ces teintes correspondent, dans la série des anneaux de Newton, à des épaisseurs proportionnelles aux compressions ou aux dilatations, ce qui veut dire que la différence de marche établie entre les deux rayons réfractés dans le verre, ou généralement dans le corps comprimé ou dilaté, est proportionnelle à la compression ou à la dilatation. Toutefois il ne faut admettre cette loi que comme approximative, parce qu'il est impossible de l'établir avec une rigueur bien grande.

Brewster a signalé cette loi comme pouvant donner lieu à des applications dynamométriques dans lesquelles on pourrait mesurer l'intensité de la compression ou de la dilatation appliquée à un corps par la nature des teintes produites par ce corps dans la lumière polarisée ; mais il n'a donné aucune suite à cette idée.