V. Les halos

Il y a d'autres météores lumineux qui nous révèlent l'existence de corpuscules que nous ne soupçonnerions guère sans ces météores. Par exemple, on voit quelquefois, surtout dans les régions boréales, un cercle irisé entourant le soleil ; le rayon de ce cercle parait sous un angle de 22° environ ; contrairement à Farc-en-ciel, l'auréole présente le rouge en dedans et le violet en dehors ; on l'appelle halo. On explique ce météore en admettant que Tatmosphère contient des aiguilles de glace cristallisée, ayant la forme de prismes hexagonaux réguliers (fig. 22). Prolongez par la pensée trois faces alternatives de ce prisme, vous aurez un prisme triangulaire dont les angles sont de 60°. Par conséquent, vous comprendrez comment un faisceau solaire pénétrant dans le cristal par la face A, de manière qu'il sorte par la face B, produira un spectre, comme dans l'expérience de Newton : de plus vous savez que les rayons rouges sont les moins déviés.

Dès lors supposez qu'il y ait dans la direction du soleil OS, un nombre considérable de petits prismes de glace flottant dans l'atmosphère et soutenus par les courants d'air, malgré leur poids. Il y en aura toujours qui dévieront vers votre œil les

rayons qu'ils reçoivent du soleil. L'un de ces prismes, tel que A, enverra les rayons violets, qui sont les plus déviés, mais les autres rayons venus du même prisme n'arriveront pas à Tœil. Dn autre prisme C, placé plus prés de la direction OS du soleil, enverra les rayons rouges qui sont les moins déviés, de sorte que A vous paraîtra un point violet, et C un point rouge. Entre ces deux prismes il y en a d'autres qui vous offriront les cinq autres couleurs simples ; vous verrez donc entre A et C un spectre, dont le rouge est plus rapproché du soleil que les autres couleurs. Enfin, imaginez un cAne ayant pour axe la droite OS qui va de votre œil au soleil et dont la surface passe par le point A.. Tous les prismes voisins de cette surface produiront le même effet, et vous verrez l'auréole irisée, avec le rouge en dedans et le violet en dehors. On a calculé que l'angle du côneAOS doit justement être de SS*, si le prisme est formé par la glace, et s'il a un angle de 60''; ce qui assure l'exactitude du raisonnement.

11 existe d'autres météores lumineux qui nous révèlent beaucoup d'autres particularités de Palmosphère, et il ne faut pas croire que toutes les auréoles irisées que nous voyons autour des astres sont dues aux mêmes circonstances. Je citerai par exemple celles que nous voyons fréquemment autour de la lune, à travers de légers brouillards. Celles-là présentent bien, comme les halos, le rouge en dedans. Mais l'angle sous lequel on voit leur

ayon n'est plus de 22"*. Ces auréoles ressemblent à elles qu*on observe autour de la flamme d'une >ougie, en la regardant à travers une lame de verre aupoudrée de lycopode, ou bien simplement avec es yeux humides, comme cela nous arrive queluefois, quand nous nous éveillons. Dans l'atmophère, les globules d'eau qui forment les nuages roduisent ce phénomène, lorsqu'ils sont assez pets et convenablement espacés. Son explication e repose plus sur les lois de la réflexion, de la 'fraction et de la dispersion seulement; il faut re- )urir à un autre principe d'optique, qui a servi de >int de départ à notre illustre Fresnel pour établir ne admirable théorie des phénomènes lumineux, nbrassant tous les faits connus et conduisant à en ^couvrir de nouveaux. L'importance de ce prinpe pour la comparaison de la lumière avec les [lires forces naturelles est si grande, que j'essayeli d'en donner Tidée, à l'aide d'une expérience ^Arago.

VI. Principe des interférences. Merveilles d'une bulle de savon.

On se sert d'une plaque de verre AC (fig. 23) dont une des faces est plane et dont l'autre est formée ar deux plans qui font entre eux un angle voisin e 180**; puis on regarde à travers le sommet de cet ngle une ligne de lumière simple, par exemple la gne droite qui forme le foyer d'une lentille cylinrique. Cette ligne étant placée parallèlement à

Tarête de l'angle, on distingue dans Tespace des lignes alternativement brillantes et obscures, qui sont parallèles à la ligne lumineuse ; on les appelle franges d'interférence (fig. 23).

L'ensemble de la plaque constitue un assemblage de deux prismes réunis par leurs bases. Dès lors il est évident que le même point B de Toeil peut rec^ voir deux rayons provenant de la même source lumineuse, dont Tun SA6 a traversé L*un des prismes, tandis que Vautre SCB a traversé l'autre prisme.

Fig. 23. — Expérience d'interférences.

Suivant la position du point de l'œil B que l'on considère, la différence des chemins SCB, SAB a telle ou telle valeur, et les actions des deux rayons se détruisent ou s'ajoutent. Dans le premier cas, il n'y a pas de lumière; dans le second, la lumière est au contraire renforcée. Nous apprenons donc par cette expérience que deux rayons qui aboutissent au même point, dans certaines circonstances, s'y éteignent complètement comme lumière. On dit qu'ils interfèrent entre eux.

Ce fait est une conséquence très-simple de la ropriétè qu'auraient les rayons d'imprimer aux lolécules des corps certains mouvements. Il suffit ue les deux rayons interférents tendent à donner

une molécule des mouvernents égaux et conraires, pour que la molécule reste en équilibre et

u'cUe ne puisse pas produire la sensation de la luriiOre. Tel est le imw/tpe des interférences Ae lo luliùre; nous n'entreprendrons pas de l'appliquer *i, mais nous indiquerons quelques- vins des bril- *nts phénomènes qui s'y rattaclicnl.

Soufflez une bulle de savon à rextrémilé d'un tube à robinet, au milieu d'un bocal de verre (fig. 24) afin de la soustraire à l'agitation de l'air et à Tévaporation, et fermez le robinet pour que la contractilité de la pellicule liquide ne chasse pas peu à peu Tair qu'elle emprisonne : vous pourrez conserver la bulle pendant très-longtemps, afin de Tobserver attentivement.

Lorsque la bulle n'est pas très-grosse, on aperçoit par réflexion, à son sommet, autour du bord du tube qui la soutient, une suite d'anneaux irisés concentriques. Les anneaux présentent le rouge en dedans ; le premier est beaucoup plus éclatant que les autres, qui apparaissent comme de petites lignes circulaires, serrées les unes contre les autres. Au delà de ces anneaux, la pellicule est rouge violacée, plus loin elle est verte. Quand on regarde à travers la bulle, les couleurs sont inverses; les parties qui paraissent rouges par réflexion paraissent vertes par transmission, et vice versa. Le bas de la bulle présente des zones horizontales alternativement rouges et vertes. Souvent avant que tous ces effets soient devenus permanents, on voit ruisseler à la surface de la bulle des filets rouges et verts, indiquant que le liquide s'écoule peu à peu vers le bas de la buUe, et on conclut de là que l'épaisseur de la pellicule décroît d'abord très-rapidement à partir du tube el qu'elle croît ensuite jusqu'au point le plus bas. C'est lorsque l'épaisseur cesse de varier que les couleurs sont fixes. La réflexion des couleurs d'un

point à un autre de la pellicule produit une sorte de confusion au premier coup d'œil ; mais avec un peu d'habitude on distingue les zones alternatives.

Si l'on grossit la bulle convenablement , les anneaux du sommet s'élargissent, s'étalent, et on en voit de nouveaux se former au bas qui sont moins éclatants. Les zones supérieures vues par réflexion sont alternativement, en partant du tube, vertes, bleues, violettes, rouges, orangées, et les nuances sont d'autant plus vives qu'elles sont plus voisines du sommet. Les effets de la transmission se mêlant à ceux de la réflexion produisent alors une splendide apparence. Il est évident que Tépaisseur de la pellicule a diminué par le gonflement de la bulle et que cette diminution d'épaisseur est liée intimement à l'ordre et à Tintensité des couleurs.

Si l'on continue à gonfler la bulle, les zones alternatives s'éloignent encore du sommet, les couleurs vues précédemment occupent des régions plus basses, et à leur place on observe, à partir du tube, le pouge, l'orangé, le jaune, le vert, leblçu, le violet. En même temps les anneaux du bas de la bulle sont plus larges, moins nombreux, aux nuances plus vives.

C'est en ouvrant le robinet et regardant le sommet de la bulle par réflexion qu'on saisit le plus facilement la relation des épaisseurs et des couleurs. L'air de la bulle sort par la conlractilité de la pellicule liquide ; par conséquent son épaisseur croit graduellement. On voit alors les coulewt^ çavv

I3t LES KOnCES PHYSIQUES

vantes se succéder vers le sommet, avec une intei^ sité décroissante : rouge, violet, bleu, vert, jaune, orangé, rouge, pourpre, bleu, vert, jaune, rooge bleuâtre, vert, rouge violacé, vert, etc. Le robind étant de nouveau fermé, l'équilibre se rétablît, d les petits anneaux irisés apparaissent comme au commencement, serrés les uns contre les autres. Des couleurs analogues h celles des bulles de mvon s'observent dans une foule de circonstances, soit lorsqu'on étend une goutte d'essence de térébenthine sur de l'eau, soit lorsqu'on appuie une lentille de verre très-peu convexe contre un plan

de verre, soit lorsqu'une pellicule grasse très-minn' couvre une vitre, ou qu'une couche d'oxyde formf un vernis transparent à la surface d'un métal. Cne condition essentielle est que la pellicule soit transparente et que son épaisseur soit inférieure à quelques millièmes de millimètre.

Newton a découvert les lois de ces phénomènes, en étudiant les effets produits par une lentille A>verre posée sur un plan. C'est la pellicule d'air in-

lerposée qui se comporte comme la pellicule d'eau d'une bulle de savon. L'épaisseur de cet air croît très-régulièrement à partir du point de contact, et les anneaux colorés s'observent soit par réflexion, soit par transmission (fig. 25).

Le phénomène est réduit à sa plus grande simplicité lorsqu'on regarde dans la lentille par réflexion la flamme de l'alcool, brûlant autour de quelques parcelles de sel marin. Au lieu d'anneaux irisés, on observe des anneaux jaunes, séparés pai des anneaux noirs, et leur nombre peut être considérable. 11 est alors évident que les rayons réfléchis aux points qui semblent obscurs se détruisent en arrivant à l'œil, ou, comme on dit, interfèrent entre eux.

Considérons un rayon qui pénètre dans l'œil après avoir subi une réflexion à rextérieur de la couche d'air (c'est le rayon figuré par une ligne pleine, fig. 25) et le rayon qui a subi une réflexion à l'intérieur de la même couche (c'est la ligne ponctuée) . Ces deux rayons apportent à l'œil des excitations contraires, qui se neutralisent, lorsque l'épaisseur de la couche est convenable. Tel est le point de départ de la théorie de Newton.

L'épaisseur de la couche qui détermine l'interférence n'est pas la même pour tous les rayons simples. Par conséquent lorsque les rayons solaires sont réfléchis, quelques-uns des rayons simples qui les composent se neutralisent; tandis que les autres au contraire ajoutent leurs effets \ de là uae

couleur composée, formée par l'assemblage de ces derniers. Supposons que le jaune et le bleu ne se neutralisent pas, et que les cinq autres couleurs spectrales se neutralisent, nous aurons une nuance . verte résultant de la superposition dans Tœil des rayons jaune et bleu. Ce raisonnement montre comment les phénomènes en question dépendent de la dispersion et des interférences de la lumière. Le principe des interférences sert encore à l'explication de la couleur des corps opaques vus par réflexion, comme l'ont démontré Fresnel et plus récemment M. Jamin : celle des corps transparents s'explique plus simplement par l'absorption d'une partie des rayons incidents. Les exemples que nous venons de donner suffisent pour montrer l'importance de ce principe et faire connaître un des caractères essentiels des rayons lumineux. Ajoutons encore que dans ces dernières années, M. Desains a réussi à mettre en évidence les interférences de la chaleur rayonnante, et qu'il a fourni par ses expériences de nouveaux arguments en faveur de Tidentité de la chaleur et de la lumière.

vil. La lumière polarisée. Les merveilles d'un morceau de glace.

Il existe d'autres phénomènes lumineux qui dépendent d'autres lois et qui nous révèlent la structure des corps cristallisés. Les rayons qui transmettent l'activilé de la source jusqu'aux molécules mêmes, les rencontrent groupées suivant la loi de

leur attraction mutuelle, et les mouvements qu'ils leur impriment dépendent de leur arrangement. Lorsque ensuite les mouvements de ces molécules déterminent la vision par leur rayonnement vers notre œil, nous acquérons sur cet arrangement des notions qu'aucun autre genre de phénomène ne pourrait nous donner.

Fig. %. — Polarisation de la lumière par réflexion.

Bien peu de personnes se doutent, en voyant un morceau de glace, des merveilleux effets qu'il peut produire sous l'aclion de la lumière. Nous décrirons l'un d'eux, et il nous servira de dernier exemple aussi bien pour compléter notre tableau des

grands pliénomènes de l'optique, que pour aftirmer de nouveau le caractère d'agent révélateur qui appartient à la lumière.

On dirige un faisceau de rayons solaires sur une lame de verre A (fig. 26), dont la face postérieure est noircie ; puis ou reçoit le faisceau réfléchi sur une seconde lame B semblable à la première. Cette seconde lame peut tourner autour de la ligne AB qui passe par son centre et par celui de la première, et elle entraîne avec elle un écran blanc C, sur lequel est projetée la trace des rayons réfléchis. A mesure que la rotation s'effectue, voici ce qu'on observe : l'intensité de la trace lumineuse formée sur l'écran est maxima lorsque le rayon incident et les rayons réfléchis qu'il donne sur chacun des miroirs sont dans le même plan. Cette intensité diminue ensuite quand le miroir tourne, et elle devient minima lorsque la rotation est de 90°. Elle peut même être nulle si les inclinaisons des miroirs sur l'axe de rotation AB sont convenables. On arrive ainsi à ce résultat curieux, qu'un rayon réfléchi par un premier miroir peut, en rencontrant un second miroir dans certaines circonstances, cesser d'être réfléchi. On dit qu'un tel rayon est polarisé.

L'appareil étant ainsi disposé, plaçons une lentille biconvexe entre les deux miroirs. Les rayons venant du premier sont réfractés par la lentille, et vont se croiser en un point qu'on appelle foyer, avant de rencontrer le second miroir. Mettons enfin au foyer D une lame de glace, convenablement tail-