CHAPITRE ÏII

* La polarisation de la lumière.

Aux phénomènes lumineux connus de son temps *, Huyghens en ajouta un autre jusqu'alors inconnu, le phénomène de la polarisation, qu'il découvrit en étudiant la double réfraction. Il plaça deux rhomboèdres de spath Tun à la suite de l'autre de façon que la lumière les traversât tous deux successivement.

Il observa alors le phénomène suivant : lorsque les deux rhomboèdres avaient leurs faces parallèles, par conséquent lorsque leurs sections principales ^ étaient parallèles, les rayons qui sortaient du premier rhomboèdre traversaient le second sans être modifiés ; le rayon ordinaire o dans le

1. Poggendorff en compte six : la réflexion^ la réfraction, connues des anciens; la dispersion, constatée nettement pour la première fois par Grimaldi en 1665, et étudiée par Newton-, la diffraction Ou inflexion^ découverte et décrite par Grimaldi en 1665; les couleurs des lames minces ou Anneaux de Newton, découvertes par Hooke en 1665, étudiées par Newton; la double réfraction, découverte par Erasme Bai*tholin en 1669, étudiée par Huyghens. — J. G.

2. La section principale est le plan qui passe par la petite diagonale de l'une des faces du rhomboèdre et par le côté opposé; ce plan contient l'axe du cristal. Le terme de section principale, sectio prxcipua, vient de Huyghens, ainsi que les termes de réfraclion ordinaire et extraordinaire, refractio consueta vulgaris et refractio imolita.

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premier était encore un rayon ordinaire dans le second, et le rayon extraordinaire e restait encore un rayon extraordinaire. Mais lorsque les sections principales étaient rectangulaires Tune à l'autre, le rayon ordinaire o dans le premier rhomboèdre devenait extraordinaire e dans le second, et le rayon extraordinaire e du premier devenait ordinaire o, comme on pouvait le reconnaître par les déviations qu'éprouvaient les rayons lumineux lorsqu'on éloignait quelque peu les deux rhomboèdres l'un de l'autre. En donnant aux rhomboèdres une position intermédiaire, chacun des deux rayons du premier rhomboèdre se décomposait en un rayon ordinaire o et en un rayon extraordinaire e, de sorte qu'en général on obtient quatre images dont l'éclat est différent et change d'ailleurs, lorsqu'on fait tourner les sections principales entre des positions parallèles et perpendiculaires.

Huyghens ne put s'expliquer ce phénomène singulier î il se contenta de le signaler en laissant à l'avenir le soin de l'expliquer. Pendant plus de 130 ans ce fait resta isolé : on y accorda peu d'attention et on l'étudia encore moins. Enfin, en 4810, le colonel d'artillerie Malus ^ un Français, reconnut que la lumière réfléchie sous un certain angle possédait la propriété qu'il nomma polmHsation : il reconnut bientôt que cette propriété était précisément celle qui donnait lieu aux phénomènes observés par Huyghens dans le spath. (Poggendorff, Hhtoire de la physique^ traduction de MM. Bibart et de la Quesnerie, Paris, 1883, p. 399.)

Malus (Étienne-Louis) du Mitry, auteur d'une des plus importantes découvertes de la physique, celle de la polarisation de la lumière, naquit à Paris, le 23 juin 1775. Élevé avec soin, dans sa famille même, il y reçut une éducation dans laquelle l'étude approfondie des lettres et celle des mathématiques ne se trouvaient point séparées. Par l'heureux effet de cette éducation, qui n'avait laissé aucune de ses facultés oisives, Malus eut \e bonhetir de

conserver toute sa vie le goût et Tintelligence de ces chefsd'œuvre de Fantiquité, qui lui avaient fait sentir les premiers plaisirs de l'imagination; et l'ardeur avec laquelle il les avait étudiés, retarda si peu ses progrès dans des études plus austères, qu'à dix-sept ans, en 1792, il fut- en état d'être admis par examen à l'École du génie militaire. Ses dispositions tout à fait extraordinaires pour les mathématiques le firent bientôt remarquer; et il allait être fait officier, lorsqu'un ordre du ministre Bouchotte le fit renvoyer comme suspect, probablement parce que son père avait possédé une charge de trésorier de France : tant il était facile alors de paraître assez important pour être proscrit. Cette interdiction lui fermant la carrière du ' génie, à laquelle il s'était préparé, et pouvant d-aîlleùrs' compromettre sa famille , il se réfugia , comme bieli"' d'autres, dans les rangs de l'armée, fut incorporé daiis \é^ quinzième bataillon de Paris, et employé pendant quelque' temps, comme simple soldat, aux réparations -du port kie' Dunkerque. i . •

L'ingénieur qui présidait à ces travaux, M. Lepère (son nom ne doit pas échapper à la reconnaissance des amis des sciences), le remarqua; et, lorsque, après la Terreur de 1793, le gouvernement, sur les instances de Monge, fit chercher partout des jeunes gens déjà instruits pour former l'École polytechnique, M. Lepère saisit cette occasion de tirer Malus du rang des soldats, et de l'envoyer à Paris. Mônge, qui l'avait déjà connu et jugé à l'École du génie, le mit aussitôt dans le petit nombre de ceux qu'i} destinait à devenir les instructeurs des autres élèves, et qu'il se plut à instruire et à préparer lui-même, pendant trois mois, avec un zèle inépuisable. Plusieurs autres savants distingués le secondaient dans cette tâche; et Lagrange même daigna quelquefois la partager. Que l'on se figure vingt jeunes gens, assez instruits déjà pour sentir le prix d'un enseignement pareil; entourés de tous les moyens de travail imaginables; comblés de soins, d'encourage-

ments; tour à tour et continuellement occupés de matibématiques, de dessin, de physique, de chimie;, a'g-yant enfin à songer qu au développement de leur intelligence ; et cela, dans un temps où nulle autre occasion de s'instruire n'existait plus : on concevra facilement tout ce qu'un pareil concours de circonstances dut exciter en eux d'émulation. La même ardeur se communiqua bientôt après à la nombreuse jeunesse qui vint composer l'École polytechnique, et qui, ayant pu terminer en grande partie ses études littéraires avant la ruine des établissem,ents d'instruction publique, se trouva ainsi singulièrement bien préparée pour recevoir les vérités des sciences. Il est impossible que ceux qui ont assisté à ces premiers cours 4e l'École polytechnique, n'aient pas conservé un profond spuvBni^ de l'enthousiasme qu'elle présentait, et surtout du p^peçtacle. consolant qu' offrait cette élite de la jeunesse, s'empressant de ressaisir avec avidité les trésors de la civilisçition et des sciences, qu'une anarchie stupide â,vait été sur le point d'anéantir dans leur patrie. Aussi n'est-ce pas pour eux que nous rappelons cette époque ineffaçable de leurs jeunes années; mais, dans l'état funeste d'agitation et de révolution qlii mine sourdement la vieille Europe, il n'est pas inutile de redire par quels moyens on peut rallumer çhet un peuple le flambeau des lumières, lorsque l'anarchie l'a presque éteint. < .,

De tous les élèves admis en même temps, que lui k l'École polytechnique. Malus se montra le prenaier pour l'application, l'intelligence, et les connaissances acquises. Pendant les trois années qu'il y resta, il dévora, plutôt qu'il ne lut, tous les ouvrages de mathématiques les plus difficiles., Il commença même à montrer ses propres, forces par d'élégantes applications de l'analyse k des questions de géométrie; et, ce qui mérite d'être remarqué, le plus étendu de ces essais avait pour -objet la détermination de la route que suivent les rayons lumineux lorsqu'ils sont réfléchis ou réfractés par des surfaces de courbure quel-

conque. Ainsi, les propriétés de la lumière qui devaient rendre le nom de Malus à jamais célèbre dans les sciences, étaient dès lors l'objet favori de ses secrètes pensées.

En observant les premiers pas des hommes qui se sont spéciale^>^nt distingués par quelque grande découverte, on reconnaît asse? généralement qu'ils semblent y avoir été appelles de loin par leur génie, et avoir été contraints d'y penser toujours. Il n'y a rien au-d^gus de cette spécialité, si. ce n'est l'extension de la même faculté au système entiejr d'une science : c'est là ce qui fait les génies du premier ordre, tels que furent, pour ne parler que des morts, les Newtpn, les Leibnitz, les Euler, les d'Alembert et les Lagrange. Quant à Malus, le temps de développer ces semences précieuses n'était pas encore venu. L'activité infatigable de son esprit, et le peu de fortune que la révolution avait, laissé à sa famille, le détournèrent de suivre les ; sciences comme une carrière ; et il rentra dans celle du ^énie, avec le rang d'ancienneté que lui assignait sa première admission. Il fut aussitôt envoyé à l'armée de Sanjbre-et-Meuse, et se trouva au passage du Rhin, en 1797, ainsi qu'aux affaires d'Ukratz et d'Altenkirch. Cette même année fut marquée pour lui par un événement plus important que ces batailles. Il vit et aima la fille du chancelier de l'université de Giessen ; et il était sur le point de l'épojuser, lorsqu'il fut obligé de partir pour l'expédition d'Egypte. Il assista aux batailles de Chebris et des Pyramide^, à l'affaire de Jabisk, au siège d'El-Arisch et à celui de Jaffa. Après la prise de cette dernière ville, on le chargea d'en relever les fortifications, et d'y former des hôpitaux militaires. Il y fut attaqué de la peste, et s'en guérit seul, sans le secours de l'art. A peine rétabli,^ on l'envoya fortifier Dami«tte. De là, il partit avec l'armée pour marcher au-devant des Turcs, débarqués à Aboukir. Il assista à la bataille d'Héliopolis, à l'afiaire de Coraïm, au siège du Caire. Enfin, à l'époque de la capitulation, il fut embarqué sur le parlementaire anglais le Castor^ et débarqua

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en France, le 26 octobre 1801. Épuisé de fatigues, avec une santé pour jamais perdue, il alla retrouver en Allemagne la personne qu'il avait aimée, et qui lui était restée fidèle : il Tépousa; et, pendant les onze années que la vie de Malus put se soutenir, il reçut d'elle des soins dont la continuité et la tendresse allèrent jusqu'à l'héroïsme. Elle ne put lui survivre, et mourut deux ans après lui, en 1814, de la même maladie dont il était mort.

Ce fut pendant ce temps trop court de tranquillité et de bonheur intérieur, que la passion de Malus pour les sciences, n'étant plus combattue par l'activité de sa vie, se développa tout entière. Chargé de constructions importantes, d'abord à Anvers, ensuite à Strasbourg, ces travaux, qui auraient paru pénibles à d'autres, n'étaient qu'un jeu pour lui; de sorte qu'après avoir donné à ses devoirs tout le temps nécessaire pour les bien remplir, il lui restait encore un grand loisir pour ses occupations favorites. Ce fut alors qu'il acheva de rédiger ses essais d'optique analytique , qu'il avait commencés à l'École polytechnique, et dont l'élégance prouva, qu'au milieu des hasards de la guerre, il n'avait pas désappris à manier le calcul.

Les phénomènes de la lumière, objet des premières pensées de Malus, revenaient continuellement se présenter à ses méditations. Bientôt un sujet de prix, proposé par la classe des sciences de l'Institut, vint exciter et comme forcer Malus à s'en occuper d'une manière exclusive. On sait que lorsqu'un rayon de lumière simple pénètre obliquement un corps transparent quelconque, il ne continue pas sa route en ligne droite, mais il se plie et se brise à son entrée dans le corps. Ce phénomène se désigne par le nom de réfraction. Maintenant, lorsque le passage du rayon se fait ainsi, de l'air ou du vide, dans un corps dont les parties sont disposées indifféremment et sans ordre, comme celles des liquides, et des corps fondus, il donne naissance à un faisceau réfracté unique ; et son change-

ment de direction, ou sa réfraction, est soumis à une loi très simple qui a été assignée par Descartes, dont elle est une des plus belles découvertes. Mais il n'en est plus ainsi lorsque le corps réfringent est composé de parties toutes d'une même forme, arrangées d'une manière déterminée et régulière dans toute sa masse, comme le sont les minéraux que la nature nous présente cristallisés. Alors, si la forme primitive des particules n'est ni un octaèdre régulier ni un cube, chaque rayon lumineux simple qui pénètre le cristal, se divise en deux rayons réfractés, dont l'un suit la loi ordinaire de réfraction assignée par Descartes, et est appelé pour cette raison le rayon ordinaire] et l'autre, que l'on nomme rayon extraordinaire, suit une autre loi, beaucoup plus composée, que Huyghens avait déterminée pour la chaux carbonatée rhomboïdale , vulgairement nommée spath d'Islande; et qui l'a été depuis généralement pour tous les autres cristaux. En outre, ces phéno* mènes offrent cela de très singulier, que le rayon qui a été réfracté ordinairement ou extraordinairement par un cristal, a contracté, dans cet acte même, certaines modifications relatives à ses pans, modifications qu'il emporte avec lui, et qu'il montre lorsqu'on lui fait traverser un second cristal de même ou de différente nature que le premier : car il y subit la réfraction ordinaire seule , ou l'extraordinaire, ou partiellement l'une et l'autre, selon le sens dans lequel on lui présente les faces de ce second cristal. Cette propriété avait été reconnue par Newton^ dans les rayons auxquels on fait successivement traverser deux ou plusieurs rhomboïdes de spath d'Islande : mais, quelque remarquable qu'elle fût en elle-même, elle était restée jusqu'alors comme un fait isolé, dont l'importance avait été peu sentie.

Tel était l'état de cette partie de l'optique physique, lorsqu'en 1808, la classe des sciences de l'Institut proposa, pour sujet de prix, un nouvel examen des phénomènes de la double réfraction. Malus, alors éloigné de

Paris, ne pouvait rester indifférent à un concours qui semblait avoir été choisi exprès pour rattacher davantage à cette étude de la lumière dont il avait été toujours si passionné. Il fît, pour résoudre la question proposée, un nombre immense d'expériences auxquelles il sut adapter des instruments dont l'exactitude avait jusqu^alorS' paru exclusivement réservée à l'astronomie . 11 remporta le prix; mais ce qui était bien plus impiortaiit que le prix même, et ce que personne n'aurait espét^, parce que personne ne le soupçonnait, il découvrit que les rayons lumineux, en se réfléchissant sur les surfaces des corps transparents, y prennent ausâi, sous Un ceHstin angle, des propriétés relatives à leurs pans, et pareilles k celles que la double réfraction leur imprime. Lia découverte de cette propriété si remarquable, et dont on a développé depuis tant de conséquences, fut amenée sous ses yeux par hasard ; mais ce fut un de ces hasards privilégiés qui sont rés6i*vés aux hommes de génie, parce qu'eux seuls ont l'inspiration qui les fait voir et saisir.

Continuellement occupé de la double réfraction. Malus, alors à Paris, et demeurant dans la rue d'Enfer, regardait un soir, à travers un de ses prismes de cristal, le palais du Luxembourg, sur les fenêtres duquel les rayons du soleil couchant se réfléchissaient avec uile grande vivacité. En tournant, sans y penser, son prisme entre ses doigts, comme il avait accoutumé de le faire sans cesse pour ses observations, il s'aperçut que, pendant les diverses phases de ce mouvement, l'une des deux images transmises éprouvait des variations dans son intensité", ce qui ne serait certainement point arrivé s'il eût regardé ainsi une lumière directe, celle d'une bougie, par exemple. Frappé de cette propriété inattendue, il s'imagina d'abord que les couches d'air qui composent l'atmosphère formaient comme une sorte de cristal par la régularité de cette superposition, et que c'était là ce qui imprimait ces propriétés à la lumière. Mais le lendemain, en voyant de

nouveau le même phénomène, il reconnut qu'il n'avait lieu complètement que sous une certaine inclinaison du rayon, par rapport aux surfaces réfléchissantes : c'était donc l'inclinaison du rayon sur la surface qui le produisait. Il calcula cette inclinaison, d'après la position où le soleil avait dû se trouver à l'heure où il avait fait sa découverte; et il arriva ainsi à réaliser le môme phénomène avec toute sorte de lumière, et sur des substances diaphanes quelconques. Cette disposition de la lumière à subir une seule réfraction, quand elle traverse- dans certains sens les corps qui exercent sur la lumière directe la réfraction double, constitue la propriété que Malus appela depuis « la polarisation de la lumière »; et il la désigna de cette manière, parce que, étant commune à toutes les particules lumineuses qui composent un même rayon ain^ préparé, et étant relative aux pans de» ce rayon, elle semblait indiquer une même modification imprimée à toutes ses particules, laquelle les rend également Susceptibles de céder ou de résister à l'action de certaines forces que l'on fait agir sur elles. C'est ainsi que l'on concevrait une file d'aiguilles aimantées, toutes égal«6 entre elles, placées à la suite les uneà des autres dans lé méridien magnétique à des distances assez grandes pour que leur action mutuelle fût insensible. Car ces aiguilles, maîtrisées par la force magnétique de la terre, se trouveraient toutes dans une même direction, qui serait celle du méridien magnétique ; et si l'on agissait sur une quelconque d'entre elles, au moyen de quelque autre force, dé manière à- la détourhier plus ou moins de la direction commune, toutes les autres, soumises aussi successivement ou ensemble à des forces pareilles, éprouveraient d'égales déviations. '

D'après, ce que nous avons vu du caractère de Malus, on conçoit s'il dut développer avec ardeur les conséquences et les analogies d'une découverte si remarquable : il les fit succéder les unes aux autres avec une rapidité dont la

physique n'avait pas offert d'exemple, depuis les premières découvertes des physiciens du dernier siècle sur les phénomènes, alors si nouveaux, de l'électricité. Il trouva ainsi, presque dès les premiers moments, que l'on pouvait ôter à un rayon la propriété de se réfléchir sur les surfaces diaphanes, en le polarisant dans un certain sens, par rapport à leur direction ; mais, qu'en changeant le sens de la polarisation, le rayon reprenait la propriété de se réfléchir. Il détermina le mode de polarisation que les rayons éprouvent dans les cristaux à un seul axe, soit que ces rayons vinssent du dehors et fussent réfractés par le cristal, soit que, après avoir été introduits dans sa substance, ils y éprouvassent des réflexions intérieures. Rapprochant la polarisation ainsi imprimée à la lumière par les cristaux, de celle que lui donnait la réflexion sur les surfaces polies des corps diaphanes, il montra que la nature de ces deux modifications était absolument identique; et il fixa les rapports de position qui liaient ensemble les sens de la polarité imprimée aux rayons par l'un ou l'autre procédé. Ces résultats l'ayant naturellement conduit à étudier, sous le même point de vue, les effets de la réfraction ordinaire, il trouva qu'elle avait aussi le pouvoir de polariser les rayons comme la réflexion et la réfraction extraordinaire, mais avec cette différence qu'il n'y avait, dans chaque réfraction de ce genre, qu'une certaine proportion de la lumière transmise, qui. subît la polarisation. Par des expériences conduites avec beajjcoup d'art, il détermina cette proportion, de même que le sçns de la polarisation ainsi imprimée. Enfin, en transmettant des rayons polarisés ài travers toutes les parties des corps organisés, animaux ou végétaux, dont il pût extraire des lames suffisamment minces pour qu'elles acquissent quelque transparence, il observa que toutes ces parties modifiaient le sens de la polarisation primitivement imprimée aux rayons , et qu'elles la tournaient relativement à certaines lignes, fixes dans leur substance ; de sorte que ces lignes semblaient

être comme des axes autour desquels le pouvoir de Torganisation avait groupé les particules qui les composaient.

.... La première annonce de sa découverte eut un éclat extraordinaire : non seulement Tlnstitut l'admit bientôt au nombre de ses membres ; mais, malgré l'état de guerre qui existait entre l'Angleterre et la France, la Société Royale de Londres lui décerna une médaille d'or ; sorte d'hommage qui, dans de telles circonstances, avait, par son indépendance, quelque chose de pareil à celui de la postérité.

La justice qu'on rendit ainsi à Malus, cette justice si pleine, si entière, de laquelle ont joui bien peu d'hommes célèbres par de grandes découvertes, ne fit que l'enflammer davantage. Il continuait à suivre ses belles recherches avec un zèle infatigable, avec une sagacité merveilleuse. Cependant, ce plaisir d'invention, qui devait être extrême pour lui, ne suspendit jamais un seul instant les devoirs qu'il avait contractés, soit au comité des fortifications où il avait été appelé, soit à l'École polytechnique, où il avait été nommé examinateur pour la physique et la géométrie descriptive. On se rappelle encore avec douleur cette séance où, pour la dernière fois, déjà consumé par la maladie, il voulut encore remplir, et remplit en efi'et, ces fonctions pénibles, avec tout le feu de la jeunesse, avec toute la force qu'il ne pouvait puiser que dans son âme ; car son corps n'en avait déjà plus. Il allait être appelé à diriger les études de cette École polytechnique qu'il avait tant chérie, dont il connaissait si bien le but et les avantages; qu'il aurait si aisément gouvernée par le seul frein du respect et de l'honneur, et qui, frappée de sa perte, n'a pu que venir pleurer sur son cercueil. Entouré de l'estime publique qu'il méritait, d'amis nombreux qui appréciaient son génie et aimaient sa personne, comblé des soins d'une excellente épouse, honoré de places éminentes auxquelles ses talents, ses services et sa probité l'avaient conduit ; d^à célèbre depuis quatre ans par de

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grandes découvertes dçins les sciences, voyant s'ouvrir devant lui une vaste carrière de travaux et de gloire, près d'^aariver. enfin au terme de tous* ses vœux, de tous ses désirs, il .meurt avant sa trente-s'efrtième année; et les seiencesîdésolées ont vu s'éteindre en lui cette ftamihe du génie qui allait les éclairer. Malus a terminé sa vie le 23 février 1812. (Biot, Mélanges scientifi. et Httémires, t; m, p. 105.)

Nous terminerons ces citations relatives à l'Optique par quelques passages de Laplace sur le phénomène de Taberration et sur la vitesse de la lumière, empruntés à son Exposition du système du monde.