PRINCIPES OPTIQUES DE LA CYANOMÉTRIE

Nous allons maintenant exposer les principes optiques sur lesquels est fondé cet instrument. |

Si l’on prend un cristal à un seul axe de double réfraction, tel que le spath d'Islande, le béril, etc., si dans son épaisseur on taille une plaque dont les deux faces soient exactement perpendiculaires à cet axe; si enfin on prend un rayon de lumière blanche polarisée, et si on le fait arriver perpendiculairement sur cette plaque, de manière à ce qu'il la traverse en suivant exactement la direction de son axe, le rayon en question ne subit aucune modification. Si donc on l'analyse à son émergence avec un prisme biréfringent achromatique, en ayant soin de placer la section principale de ce prisme dans le plan même de polarisation du rayon, l’image ordinaire contient le rayon entier , c’est-à-dire que les teintes complémentaires sont le noir et le blanc, et il n’y a pas de coloration ; le quartz toutefois fait exception à cette règle,

Si en effet on fait passer un rayon de lumière blanche polarisée, à travers une lame de quartz (cristal de roche)

(1) Voyez le t. xur des Bulletins de l'Académie royale des sciences de Bruxelles, n° 5,

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taillée perpendiculairement à l'axe; si Ce rayon, comme dans le cas précédent, suit exactement la direction de l'axe, et si on l’analyse de même à son émergence avec un prisme biréfringent achromatique, on voit deux images toujours colorées et présentant des couleurs complèémentaires qui changent lorsqu'on fait tourner le prisme biréfringent. Voici la raison de cette différence.

Un rayon de lumière blanche polarisée est un rayon de lumière dont tous les rayons colorés constituants ont leurs vibrations qui s’exécutent toujours dans le même plan.

Si l’on fait passer un semblable rayon à travers un cris- {al à un seul axe, tel que le spath d'Islande, les plans de polarisation de ces différents rayons ne sont pas modifiés. Les rayons colorés sortent tels qu'ils étaient entrés, et conséquemment le prisme biréfringent dont on se sert pour étudier le rayon blanc à son émergence, ne peut produire d’autres phénomènes que ceux qu'il produit avec tous les rayons polarisés ordinaires.

Il n’en est plus de même quand on se sert du quartz.

Celui-ci en eflet, a la propriété de dévier les plans de polarisation des différents rayons colorés, constituant le rayon blanc polarisé. La lame de quartz tourne ces différents plans autour de son axe ; on dirait que ces plans suivent une spirale placée dans le cristal; le plan de polarisation du rayon rouge est le moins devié, c’est lui qui fait le plus petit angle avec le plan primitif de polarisation ; le plan de polarisation du rayon violet, est au contraire le plus devié, c’est lui qui fait le plus grand angle avec ce même plan définitif. On voit que dans la déviation de leurs plans de polarisation, ces rayons suivent leur ordre

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de réfrangibilité,'en commençant parles moins réfrangibles.

Lors donc que le rayon blanc polarisé sort de la lame de quartz, les rayons colorés qui le constituent ont chacun leur plan de polarisation spécial, ont chacun des plans particuliers et différents dans lesquels se font leurs vibrations. Or quand on vient pour analyser un pareil rayon avec un prisme biréfringeant achromatique, les couleurs se partagent en proportions inégales entre les faisceaux ordinaire et extraordinaire, qui conséquemment produisent des images colorées et complémentaires (1).

Les plans de polarisation des rayons colorés qui ont traversé l’axe d’une lame de quartz s’écartent deleur position primitive d’une quantité proportionnelle à l'épaisseur de la lame. Ils offrent une déviation angulaire double pour une épaisseur double, et ils présentent, au moment de leur émergence, précisément la position dans laquelle ils se trouveraient si on les avait fait tourner uniformément dans le même sens autour de l'axe, pendant leur trajet à travers la lame. D’après cela, on voit qu’en donnant à la lame de quartz une épaisseur suflisante, on pourrait faire tourner ie plan de polarisation primitive d’un rayon de plusieurs demi-circonférences.

Ceci montre qu’il y a une différence fondamentale entre l’action du quartz sur un rayon blanc polarisé et celie d’un prisme de gläce sur un rayon de lumière naturelle, c’est que la première est une action moléculaire, tandis

que la seconde n’est due qu’à la différence de puissance réfractive des surfaces.

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(1) Voyez la note 14.

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En donnant une épaisseur convenable à la lame de quartz, on peut donc obtenir telle teinte que l'on désire pour une position donnée de la section principale du prisme. M. Arago à choisi avec raison l'épaisseur qui donne un bleu pur de second ordre dans l’image ordinaire ; cette épaisseur est en général de six à sept millimètres.

Il résulte de ce qui précède que l'intensité de la couleur bleue dans le rayon ordinaire, dépend de la perfection de la polarisation du rayon qui arrive sur la lame de quartz, de l’épaisseur de cette lame, et de la position du prisme biréfringent. Pour une épaisseur constante de la lame de quartz et pour une position également constante du prisme biréfringent, l'intensité de la couleur bleue ne peut donc plus dépendre que du plus ou moins de perfection dans la polarisation du rayon incident , en d’autres termes, de la polarisation relative de ce rayon. Or quand la pile de glaces est perpendiculaire au rayon incident, la polarisation est nulle, la coloration par conséquent également nulle. Plus on incline la pile, plus le rayon incident arrive obliquement sur elle, plus sa polarisation est parfaite , plus enfin la couleur bleue du rayon ordinaire est intense. Pour une pile de 8 glaces, la polarisation peut être considérée comme parfaite, quand le rayon de lumière arrive sur elle sous une incidence de 10 degrés; c’est donc à ce point qu’on aurait le bleu le plus intense, c’est là évidemment l’angle qui devrait servir de point de départ, sans une circonstance dont je vais parler. La pile de glaces ne transmet en effet qu’une partie plus ou moins considérable de la lumière incidente, et réfléchit le reste. Or, quand l'incidence du rayon est par trop oblique, la quantité de lumière réfléchie augmente tellement , qu’on perd plus en

CYANO=POLARIMETRIE. 195 vivacité de couleur par la réflexion, qu’on ne gagne par la perfection de la polarisation. Il y a donc un angle où le rayon polarisé donne un maximum d'image ; passé ce terme le rayon gagne encore en polarisation, mais il perd considérablement en éclat.

La plupart des auteurs pensent que l’on obtient ce maximum d'image quand la pile de glaces fait avec la normale au rayon un angle de 55°; en d’autres termes, quand le rayon arrive sur la pile sous une incidence de 55° (1). C’est en effet sous cet angle qu’on obtient le maximum de la polarisation absolue, mais non pas relative (2).

C’est aussi l’angle que Peltier a pris comme étant celui qui donne le bleu maximum. J’avouerai cependant qu’il m'a paru que l’on gagnait encore en continuant d’incliner la pile. On perd à la vérité un peu en lumière, mais 1l m’a semblé que la teinte bleue se prononçait davantage. Je crois que l’angle qui donne le maximum de coloration est plutôt entre 25 et 30 degrés qu’à 35;ilse pourrait d’ailleurs que cela variât selon les individus.

OPÉRATIONS NÉCESSAIRES POUR PRENDRE UNE OBSERVATION DE CYANOMÉTRIE AVEC LE CYANO- -POLARIMÈTRE DE PELTIER,

Nous allions exposer maintenant les opérations qu’il faut faire pour prendre une observation de cyanométrie avec l'instrument de Peltier. |

Au moyen de la boussole et de la connaissance de la déclinaison del’aiguille aimantée pour le lieu où l'on setrouve, on place le zéro du cercle azimutal vers le nord dans le

(1) Peclet, Zraile de physique, $ 1439, p. 447. (2) Voyez la note 15.

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plan du méridien terrestre. Au moyen des niveaux d’eau et des vis à caler , on nivelle le cercle azimutal; ceci fait, on tourne l'appareil pour prendre l’image du soleil sur l'écran du chercheur. Le cercle azimutal et celui des hauteurs donnent la position de cet astre.

Quand la position du soleil est déterminée, on tourne Pappareil dans le plan du point que l’on veut observer , puis on incline la lunette sur son articulation verticale jusqu’à la hauteur nécessaire. On prend également l’angle azimutal et la hauteur de ce point. On place la pile de glaces à l’angle que l’on considère comme l’angle donnant le maximum de coloration bleue dans le rayon ordinaire. Soit cet angle de 35°. En avant de la pile de glaces on met l’écran de papier végétal huilé. De la bonnette de droite on retire la lame de quartz; de la bonnette de gauche on retire également la lame de mica, ces deux objets ne servant que pour la polarimétrie. On reçoit directement par l’ouverture de droite le rayon atmosphérique. Peltier cependant préférait recevoir directement ce rayon, et bouchait l’orifice de droite. Il trouvait que la pureté du bleu céleste était altérée par le passage du rayon a travers le prisme biréfringent. Ceci fait, on regarde avec l’autre œil par la bonnette de gauche; on perçoit ainsi deux sensations à la fois, l’une provenant de l'impression du bleu céleste, l’autre provenant du bleu polarisé. Ce dernier l’emporte nécessairement sur le premier, puisque nous avons supposé la pile à l'angle maximum. On redresse donc la pile jusqu’à ce qu’il y ait égalité de sensation, et on place alternativement l’un et l’autre œil au-devant du prisme, pour s’assurer de leur égalité de perception.

Cette égalité des deux couleurs étant obtenue, on lit sur

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le cercle gradué de la pile le dégré où on l’a arrêté en la redressant. Supposons que ce dégré soit 47, on laura donc redressé de 1%, puisqu’avant elle était à 35°. Maintenant comme l’action polarisante commence à partir de l'angle droit que fait la pile sur le rayon incident, et qu’au contraire le zéro du cercle gradué correspond à l'axe de la lunette, c’est-à-dire se trouve sur la direction même du rayon incident, ce n’est pas l’angle de 47°, ni celui de 35° qu'il faut prendre, c’est leur complément 43 et 55. On établit done la proportion suivante 55° : 100 :: 43:æ, et l’on trouve x = 78, 18. Ainsi le rayon polarisé au maximum donnant un bleu estimé 100, celui du point de l’atmosphère qu’on étudie est pour cet instant de 78, 18 (1).

Telles sont les opérations à faire pour prendre une observation de cyanométrie dans toute sa rigueur. Le cercle parallactique ou équatorial du reste est très-commode quand on veut abréger; il permet en effet de parcourir rapidement les grands cercles de la sphère sans rien déranger.