RECHERCHES ÉLECTRO-OPTIQUES

Les phénomènes électriques sont, très probablement, la manifestation d'un mode de mouvement offrant plusieurs points communs avec le mouvement vibratoire qui est la cause des phénomènes lumineux. Jusqu'ici nous

n'avons aucune idée des mouvements qui donnent naissance à l'électricité, tandis que les vibrations qui constituent les ondes lumineuses sont beaucoup mieux connues.

Faraday, observant qu'un corps transparent soumis à l'influence magnétique fait tourner le plan de polarisation de la lumière, vint établir entre l'électromagnétisme et l'optique un lien aussi important qu'inattendu. En montrant que le magnétisme modifie les conditions de la propagation des ondes lumineuses, il ouvrait une voie nouvelle pour rechercher la nature des manifestations électromagnétiques.

Après la découverte de Faraday, divers physiciens avaient établi plusieurs lois du phénomène, notamment la rotation inégale des plans de polarisation des rayons de diverses couleurs, en raison inverse du carré de leur longueur d'onde (Ed. Becquerel) ; la proportionnalité de la rotation à l'intensité électromagnétique (G. Wiedemann); la rotation inverse produite par certaines substances magnétiques (Verdet). On devait se demander si la grandeur de la rotation n'était pas liée aux propriétés optiques des corps, et, en particulier, à la grandeur de leur indice de réfraction ; des observations insuffisantes avaient conduit à nier une relation de ce genre, lorsque l'Auteur entreprit d'étudier cette question.

En choisissant les substances soumises à l'expérience, principalement parmi celles qui ont les plus grands indices de réfraction, et en classant méthodiquement les résultats observés, il mit en évidence l'existence d'une relation fondamentale entre le pouvoir rotatoire magnétique des corps et une fonction très simple de leur indice de réfraction.

Pour les corps d'une même famille chimique, la loi se vérifie très exactement; mais, avec des substances appartenant à des familles chimiques différentes, on observe des écarts qui, sans infirmer la règle générale, paraissent révéler une influence magnétique de la part des molécules de ces substances.

Ce premier travail montrait que le phénomène électro-optique était lié, d'une part, à la vitesse de propagation des ondes lumineuses et, d'autre part, à une action magnétique intermoléculaire, dont le rôle serait très important à préciser.

Il était à présumer que cette influence moléculaire se manifesterait principalement avec les substances très magnétiques qui ont la curieuse propriété de faire tourner le plan de polarisation de la lumière en sens inverse des autres substances. L'Auteur, après avoir analysé les diverses conditions dans lesquelles on observe des rotations inverses, dites nègaiiçes, montra

que le renversement était dû à une influence magnétique prépondérante des molécules des corps. Il détermina les lois que suivent ces rotations négatives, lois qui sont entièrement différentes de celles des rotations positives et ne se rattachent à aucune des théories proposées jusqu'ici pour expliquer les phénomènes de la polarisation rotatoire ; une hypothèse simple, développée par l'Auteur, permet de rendre compte des différences essentielles que présentent les rotations positives et négatives, en assignant un rôle particulier à l'influence du magnétisme développé dans les molécules des corps.

Les effets dont nous venons de parler sont relatifs aux solides et aux liquides transparents, et jusqu'à cette époque le phénomène découvert par Faraday paraissait échapper à toute mesure avec les corps gazeux. L'incertitude où l'on était sur l'ordre de grandeur de l'effet à ohserver avait été la cause d'insuccès dans les tentatives de divers physiciens.

L'Auteur, en s'appuyant sur ses premières recherches, fut conduit à penser que la relation entre la rotation magnétique et l'indice de réfraction, qu'il avait déterminée, devait suhsister à l'état gazeux et permettait de prévoir la valeur de la rotation à observer pour divers gaz. Il fit alors construire un appareil destiné à mesurer avec précision de petites rotations, et amplifiant suffisamment le phénomène prévu pour le rendre facilement observable.

Le résultat répondit à son attente ; l'appareil permit de manifester, pour la première fois, et de mesurer le pouvoir rotatoire magnétique des gaz, à la température et à la pression ordinaires, et de rapporter à la même unité que les mesures sur les solides et les liquides des rotations qui atteignent seulement quelques dix-millièmes de celle de l'eau. L'Auteur reconnut que les corps gazeux jouissent des mêmes propriétés électro-optiques que les corps solides et liquides, et qu'ils dévient, suivant la même loi, les plans de polarisation des rayons de diverses couleurs. L'oxygène a présenté une anomalie intéressante en raison de ses propriétés magnétiques exceptionnelles.

Il convient de citer, au cours de ces recherches, la réalisation d'une expérience délicate, montrant que le phénomène découvert par Faraday correspond à la propagation inégale de deux rayons polarisés circulairenient en sens inverse, et suit la théorie que Fresnel a donnée pour la polarisation rotatoire naturelle.

On vient de voir qne tons les corps, sous l'influence d'un aimant, font tourner le plan de polarisation de la lumière. V influence magnétique de la Terre doit produire le même effet sur tous les corps solides, liquides et gazeux, et en particulier sur l'atmosphère qui l'entoure.

L'Auteur s'est proposé d'étudier ce grand phénomène naturel, de mettre en évidence et de mesurer l'action du magnétisme terrestre sur une masse liquide, puis de chercher une manifestation de cette action sur l'atmosphère.

Dans une première série d'expériences il a montré qu'en faisant traverser une masse liquide par un rayon lumineux polarisé, orienté parallèlement au méridien magnétique, puis en retournant bout pour hout tout l'appareil, y compris la source de lumière, on observait une rotation du plan de polarisation de ce rayon ; l'angle entre les plans de polarisation qui correspondent aux deux positions de l'appareil mesure le double de la rotation due à l'action magnétique continue de la Terre.

L'Auteur a mesuré alors avec grand soin la rotation obtenue sous l'action terrestre au travers d'une épaisseur connue de sulfure de carbone liquide, dans des conditions où la double rotation observée peut atteindre ^ degré.

On peut obtenir la valeur absolue du pouvoir rotatoire magnétique d'un corps par une méthode indiquée plus loin ; l'expérience qui vient d'être décrite permet alors de déterminer, par une simple mesure optique, l'intensité absolue du magnétisme terrestre.

En cherchant à mettre en évidence l'influence magnétique de la Terre sur l'atmosphère, l'Auteur eut l'idée d'étudier à un point de vue nouveau la polarisation de l'atmosphère qui, en nous renvoyant la lumière du Soleil, constitue un polariseur naturel pour lequel il semblait que l'on connût d'avance la direction théorique du plan de polarisation. On sait, en effet, (jue si la lumière solaire nous arrivait d'un point de l'atmosphère après une seule réflexion, ou une seule réfraction, le plan de polarisation devrait, soit coïncider à chaque instant avec le plan qui passe par ce point, par l'œil et par le centre du Soleil, soit être perpendiculaire à ce plan. Afin de reconnaîti'e si, en chaque point de l'atmosphère, le plan de polarisation s'écarte plus ou moins du plan théorique que nous venons de définir, l'Auteur imagina un appareil permettant de déterminer à chaque instant la trace de ces deux plans sur un même cercle divisé normal à leur intersection. La connaissance du pouvoir rotatoire magnétique de l'air en unités absolues permet d'évaluer à 25' environ la rotation du plan de polarisation

de radiations correspondant à la région moyenne du spectre lumineux et ayant traversé horizontalement iSo""" d'air dans la direction du méridien magnétique. On pouvait penser trouver des angles de cet ordre de grandeur.

L'observation indiqua un résultat inattendu; les deux plans faisaient entre eux un angle vai'iable à chaque instant, et atteignant parfois plusieurs degrés. Lorsque le ciel est pur, cet angle, différent pour les diverses régions de l'atmosphère, varie régulièrement pour un même point du ciel, dans le cours d'une même journée, présentant généralement deux maxima de part et d'autre du plan vertical passant par le point visé.

L'Auteur se trouvait en présence d'un phénomène diurne jusque-là inaperçu, et qui masquait l'action magnétique primitivement cherchée. 11 étudia ce phénomène et montra qu'il résultait des conditions variables de l'illumination de l'atmosphère lorsque le Soleil s'élève ou s'abaisse sur l'horizon. H reconnut, en outre, dans la marche régulière delà variation du plan de polarisation, une petite déviation, toujours de même sens par rapport à la Terre et indépendante du sens de l'orientation de l'appareil. Cette perturbation, que des expériences de contrôle ne permettent pas d'attribuer à des erreurs d'observation, ou de réglage de l'appareil, se produit dans le sens qui correspond à l'influence magnétique de la Terre; l'ordre de grandeur correspond aux prévisions exposées plus haut, de sorte que l'Auteur a pensé qu'on pouvait l'attribuer à l'influence du magnétisme terrestre sur l'atmosphère, sans qu'on puisse préciser autre chose que l'ordre de grandeur et le sens du phénomène.

A l'occasion des discussions auxquelles ont donné lieu les réunions de la Conférence internationale pour la détermination des unités électriques (1882-1884), l'Auteur, qui était membre et secrétaire de la Conférence, proposa d'appliquer à la mesure absolue des courants électriques l'observation de la rotation du plan de polarisation de la lumière sous l'influence électromagnétique d'une bobine, dans des conditions oii cette rotation est indépendante du diamètre de cette bobine et ne dépend alors que du nombre de tours du hl de la bobine et de l'intensité du courant électrique qui la traverse.

Cette nouvelle méthode, purement optique, fournit un étalon très pratique pour mesurer avec une grande précision l'intensité absolue des courants électriques; elle exige seulement que l'on connaisse exactement en unités absolues le pouvoir rotatoire magnétique d'un corps servant de type.

Afin de donner à cette méthode toute la précision qu'elle comporte, l'Au-

leur entreprit la détermination absolue du pouvoir rotatoire magnétique du sulfure de carbone au moyen d'un courant électrique d'intensité déterminée passant dans une bobine dont le nombre de tours est exactement connu. En combinant le nombre obtenu avec les résultats qui se déduisent de l'ensemble des recherches qui viennent d'être analysées, on peut évaluer la grandeur des phénomènes électro-optiques au moyen des unités fondamentales de la Mécanique.