ABERRATION CHROMATIQUE

54. Notions d'optique. — En recevant sur un écran un faisceau de rayons blancs qui, après avoir passé par une fente, a traversé un prisme, on obtient ce qu'on appelle un spectre, bande lumineuse contenant toute la gamme des couleurs de l'arc-en-ciel, rangées dans Tordre suivant : rouge, orangé, jaune, vert, bleu, violet. Chaque rayon blanc se divise en rayons colorés qui sont réfractés différemment, les rouges le moins, les violets le plus, ce que nous exprimons en disant que l'indice de réfraction du verre est plus grand pour le violet. Si l'on parle de l'indice d'un milieu, sans indication plus précise, c'est en général l'indice des rayons jaunes (la raie de sodium) qu'on vise. — La différence entre l'indice du violet et celui du rouge est désignée comme la dispersion du milieu. — Au lieu de recevoir le spectre sur un écran, on peut l'observer directement, en regardant la fente à travers le prisme. Pour cette observation, on combine souvent le prisme avec une lunette astronomique (spectroscope).

Pour que le spectre soit bien pur, il faut : i° faire usage d'une fente très mince ; 20 interposer une lentille pour que les rayons de chaque couleur soient réunis sur l'écran en une image nette de la fente. Le spectre est donc en réalité composé de toute une série d'images de la fente ; si ces images ne sont pas nettes, elles se superposent en partie et les couleurs ne sont pas pures. - — Pour obtenir une très grande pureté des couleurs, il faut employer des précautions spéciales : on projette le spectre sur un écran percé d'une fente à l'endroit où se forme la couleur qu'on désire examiner. Par cette fente à un œil situé derrière l'écran reçoit de la lumière de cette couleur, mélangée avec un peu de lumière blanche, due à la diffusion dans la matière du prisme et de la lentille. Pour éliminer cette lumière blanche, on observe la fente à travers un deuxième prisme. Il forme un spectre qui est partout très faible, excepté à l'endroit de la .couleur qu'on désire examiner (ç. Helinlioltz). — La

longueur du spectre dépend de la grandeur de l'angle du prisme et du degré de dispersion du verre : un prisme de flint produit un spectre bien plus long qu'un prisme de crown. — Au delà du rouge il y a encore des rayons ultrarouges, cpii sont invisibles, mais qui ont un effet calorifique plus grand que les rayons visibles. Au delà du violet il y a également des rayons ultraviolets, qui, dans les circonstances ordinaires, sont invisibles, mais qui agissent sur les plaques photograpbiques. On peut les rendre visibles en enduisant l'écran d'un liquide « fluorescent » (sulfate de quinine, fluorescéine, etc.). Frappés par les rayons ultraviolets, ces corps renvoient des rayons visibles, le plus souvent bleuâtres ou verdâtres. — Avec certaines précautions on peut voir directement une partie des rayons ultraviolets, peut-être parce que la rétine ellemême est fluorescente. C'est ainsi que M. Mascart mentionne un physicien qui pouvait distinguer les lignes de Fraunhofer dans la partie ultraviolette du spectre, aussi loin que la plaque photographique peut les reproduire. On ne peut pas rendre les rayons ultrarouges visibles, parce qu'ils ne traversent pas les milieux de l'œil (Bruecke).

En général, les milieux qui ont un indice plus fort ont aussi une dispersion plus forte, mais l'indice et la dispersion ne sont pas proportionnels. Tel flint, par exemple, présente une dispersion de près du double de la dispersion du crown, tandis que son indice est de 1,7, et celui du crown i,5. — Si l'on combine un prisme de crown avec un autre de flint placé en sens inverse, et dont l'angle est à peu près de moitié moindre, la dispersion peut être neutralisée, tandis qu'il reste une partie assez considérable de la réfraction du crown. Une telle combinaison constitue un prisme achromatique (fig. 73).

Fig. ;3. — Prisme achromatique. Fig. 74. — Prisme à vision directe.

On peut aussi construire des combinaisons de prismes qui ne donnent pas de déviation au rayon sortant, mais qui ont une dispersion assez considérable : on désigne ces combinaisons sous le nom de prismes à vision directe (fig. 74) ; elles s'emploient beaucoup pour la construction de spectroscopes.

En traversant une lentille les rayons colorés se séparent aussi. Comme l'indice est plus fort pour les rayons bleus (violets), le foyer bleu se trouve plus près de la lentille que le foyer rouge. C'est là la raison pour

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laquelle le cercle de diffusion d'une lentille convexe est bordé de rouge en deçà du foyer, de bleu au delà. — On peut rendre les lentilles achromatiques d'après le même système que pour les prismes : on combine une lentille convexe de crown avec une lentille concave, moitié moins forte en flint. Les cercles de diffusion d'une telle lentille ne présentent plus les bords rouges et bleus, mais il reste encore des traces d'autres couleurs (vert et pourpre). Zeiss à Iéna a aussi fait disparaître ces dernières en combinant plusieurs verres de différentes espèces, fabriqués spécialement pour cet usage (systèmes apochromatiques).

55. Aberration chromatique de l'œil. — L'œil n'est pas achromatique, comme on l'a cru pendant longtemps. La question a joué un rôle assez curieux dans l'histoire de l'optique. Newton croyait que la dispersion d'un milieu était proportionnelle à son indice et que, par conséquent, la construction d'un objectif achromatique était une chimère ; c'est pourquoi, renonçant aux lunettes astronomiques, il adopta les télescopes eatoptriques. Mais Euler vint dire que, l'œil étant achromatique, il devait être possible de construire des lentilles achromatiques, et cette remarque conduisit l'opticien Dollond à construire les objectifs ainsi corrigés. Plus lard, Wollaston démontrait que l'œil n'est pas achromatique. Ce n'est pas la seule fois qu'on soit arrivé à des résultats utiles en partant d une fausse hypothèse.

56. Expérience de Wollaston. — Un point lumineux vu à travers un prisme donne un spectre linéaire. Mais, en faisant l'expérience, on remarque qu'on ne peut pas voir nettement à la fois toute l'étendue du spectre. Si le point lumineux est à grande distance, l'œil emmétrope voit l'extrémité rouge du spectre comme une ligne nette, tandis que l'extrémité bleue est élargie et souvent divisée en deux(« en queue d'hiron délie »). Si l'on se rapproche, en ayant soin de ne pas accommoder, on trouve une distance où l'on est au point pour l'extrémité bleue, tandis que l'extrémité rouge est diffuse à son tour. L'observateur peut donc déterminer son remotum pour chaque extrémité du spectre ; la différence donne le degré d'aberration chromatique.

Wollaston a également attiré l'attention sur un autre phénomène de l'aberration chromatique : les bords colorés qu'on voit le long des lignes île l'optomètre de Young.

Expériences avec le verre de cobalt. — En plaçant un point lumineux tel qu'un trou dans un écran opaque en deçà du proximum, on voit un cercle de diffusion bordé de rouge, absolument comme lorsque nous avons fait l'expérience analogue avec la lentille ; il est plus difficile de

voir le bord bleu qui entoure le point, lorsqu'il est situé au delà du remotum. Inexpérience est bien plus frappante lorsqu'on observe le point à travers un verre de cobalt. Ces verres ne laissent guère passer que les rayons rouges et bleus ; en regardant un point lumineux, situé en deçà du proximum, à travers un tel verre, on le voit bleu et entouré d'un balo rouge. Si le point lumineux est situé au delà du remotum, on voit au contraire un point rouge entouré de bleu.

Expériences de Fraunhofer. - — Ce savant déterminait la distance à laquelle il pouvait voir nettement un réticule placé, tantôt dans la lumière spectrale rouge, tantôt dans la lumière bleue. On obtient ainsi des mesures très exactes.

57. Résultats. — Young évalua l'aberration chromatique de l'œil à i,3 D., Fraunhofer trouva de i,5 à 3 D., Helmlioltz donne i,8 D. Le chiffre est difficile à déterminer exactement, puisque la limite inférieure du spectre visible n'est pas bien définie. — La dispersion de l'œil est un peu plus grande qu'elle ne serait si l'œil était rempli d'eau.

L'œil n'est donc pas achromatique et, comme nous avons vu, il est facile de s'en persuader, lorsque l'objet est situé au delà du remotum ou en dedans du proximum. Mais, lorsque l'objet se trouve à une distance où il peut être vu nettement, on ne voit pas de bords colorés. L'explica-

Fig. 7:). — Aberration chromatique de l'œil.

tion qu'on donne de ce fait est la suivante. Soit A (fig. y 5) un point lumineux qui envoie le cône ABC dans l'œil. Après la réfraction, les rayons blancs se divisent en rayons colorés, les rayons rouges forment le cône B/C, les rayons violets, qui sont plus réfractés, le cône Bt'C, et l'œil s'accommode de manière à ce que la rétine se trouve entre les deux foyers, placée , de façon que le cercle de diffusion rouge couvre le cercle de diffusion bleu (v. fig. ^5). Les rayons intermédiaires du spectre, les jaunes et les verts, qui sont les plus lumineux, sont alors concentrés au

ABERRA TION CHROMA TIQUE

milieu du cercle de diffusion, où ils coïncident avec une partie du rouge et du violet, tandis que les parties périphériques du rouge et du violet forment un bord pourpre tout autour; mais ce bord est très étroit, et, comme il est formé par les rayons extrêmes du spectre, qui sont très peu lumineux, il est trop faible pour être aperçu. — En observant un point lumineux avec une lunette astronomique dont l'objectif n'est pas très bien achromatisé, on observe les mêmes phénomènes : si la lunette est au point pour un point plus rapproché, le cercle apparaît entouré de bleu ; dans le cas contraire, il est bordé de rouge et, lorsque le point est vu nettement, il est entouré d'un bord pourpre très étroit. — Si on remplace le point A par un objet blanc, il en est de même : dans le dernier cas on ne voit pas de bords colorés.

58. Phénomènes de dispersion, la pupille étant en partie couverte. —

Il en est autrement si l'on couvre une partie de la pupille avec un écran. Qu'on fixe par exemple le montant d'une fenêtre à travers laquelle on voit le ciel. En couvrant la moitié droite de la pupille avec un écran, on voit le bord aa (fig. 76) se colorer en bleu, le bord bb , — ^ — en jaune. Pour expliquer ce fait, examinons le point «,

le dernier point lumineux de la fenêtre à droite, el

figurons-nous que le point A de la figure 70 soit ce point : en couvrant la moitié (BO, fig. 75) de la pupille, au lieu d'un cercle de diffusion uniformément éclairé de violet et de rouge, on a un cercle dont la moitié droite est violette et la moitié gauche rouge. Cette dernière moitié est couverte par le cercle de diffusion du point suivant de la fenêtre à droite, et n'est pas visible ; il reste donc un bord bleu (violet) le long du montant. Du point b c'est au contraire la moitié rouge (jaune) du cercle de diffusion qui n'est pas couverte. — On observe souvent des phénomènes très frappants, dus à l'aberration chromatique de l'œil, en fixant des objets noirs sur fond blanc, placés à une distance pour laquelle l'œil ne peut pas s'accommoder. Vues vers le ciel, les fentes de l'optomètre de Young présentent ainsi des colorations très vives. — L'aberration chromatique augmente avec le diamètre de la pupille. Pour l'étudier, il est donc utile de se servir de mydriatiqùes.

59. Correction de l'aberration chromatique. — On pourrait corriger l'aberration chromatique de l'œil avec une lentille concave de flint, absolument comme on peut corriger l'aberration chromatique d'une lentille convexe de crown. La dispersion du flint est d'environ trois fois celle de

l'œil. Comme le système réfringent de l'œil est d'environ soixante dioptries, il faudrait une lentille concave de flint d'environ vingt dioptries pour corriger cette aberration. Un myope de vingt dioptries, qui corrigerait son amétropie avec une lentille de flint, aurait donc en même temps corrigé son aberration chromatique. Un emmétrope serait obligé d'ajouter à cette lentille une lentille achromatique convexe de vingt dioptries pour rester emmétrope. Les essais qui ont été faits dans cette direction (v. Ilëlmholtz, Xaval) n'ont pas donné une amélioration bien prononcée de l'acuité visuelle.

Bibliographie. — Œuvres de Young, p. 1 54 • — Wollaston. Phil. trans., 1801, p. 5o. — Fraunhofer (J.) Gilherts Ann., LVI, p. 3o^. — v. Bezold (W-). Graefes Are/i. f. Ophth., XIV, a, p. 1.