APPAREILS DE POLARISATION

Prismes de Nicol. — Un prisme de Nicol est construit avec un rhomboèdre de spath d'Islande, choisi de manière à ce que sa

longueur soit environ le triple de son épaisseur. Les faces terminales sont usées, de façon à leur donner une forme losangique et un angle de 68°, par rapport aux angles des grands côtés; puis on coupe ce prisme en deux moitiés, suivant la direction de son axe longitudinal. Les deux surfaces de section sont polies, puis recollées au baume du Canada.

Nous savons qu'un rayon lumineux, pénétrant dans ce prisme par une des petites faces (fig. 118), est décomposé en deux rayons qui ne se propagent pas avec la même vitesse. Ils n'ont donc pas le même indice de réfraction et leur vitesse est en raison inverse de la valeur de cet indice ; donc le plus fortement réfracté est celui qui se déplace le plus lentement. L\in de ces rayons est le rayon ordinaire (RO, fig, 118), toujours unifoi-mément réfracté suivant la loi de Descartes. L'autre est dit rayon extraordinaire (RE) et n'a pas un indice de réfraction constant.

Dans le cas qui nous occupe, le rayon ordinaire est plus fortement dévié et arrive

Fis:.

— Marche

des rayons dans un prisme de Nicol. — Ijc, plan de section occupé par une couche de baume du Canada ; RE, rayon extraordinaire; RO.

O' rayon ordinaire.

Original.

sur le baume sous un

angle

supérieur à l'angle limite

(v. p. 48). Il subit donc la réflexion totale et est absorbé par

EMPLOI DE LA LUMIKRE POLARISÉE 197

la moulure noire du prisme. Le rayon extraordinaire, moins réfrangible, traverse le baume et sort du prisme complètement polarisé. 11 vibre dans la direction de la petite diagonale de la lace terminale losangique du prisme. Le plan de polarisation est toujours perpendiculaire au plus petit diamètre de la section du prisme. Il est nécessaire de connaître la position de ce plan, aussi est-elle toujours indiquée sur la monture des prismes de Nicol. On peut, avec Rinne, comparer le prisme de Nicol à un tamis en grillage (fig. 119), formé de fils jiarallèles, ne laissant passer que les rayons dont le plan de vibration est parallèle à ces fils.

Polariseur et analyseur. — Nous voici donc en possession d'un faisceau de lumière polarisée dans un seul plan : le prisme qui nous la fournit se nomme polariseur. Dans le microscope, ce prisme est fixé entre le miroir et la platine, à la place ou au-dessous du condensateur ^ Mais cet appareil, employé seul, ne nous donnerait que des renseignements très incomplets, sur la façon dont les objets microscopiques agissent sur la lumière polarisée. C/est tout au plus si on peut observer le pléochroïsme, c'est-àdire la pro])riété des cristaux d'absorber la lumière d'une façon différente suivant les directions.

Pour reconnaître si un corps est biréfringent, ce qui est le but principal de notre étude, il faut placer ce corps entre deux niçois et voir s'il polarise lui-même la lumière.

Eludions donc ce qui va se passer lorsque nous superposons deux niçois. Le second nicol, nommé analyseur^ se place, dans le microscope, au-dessus de l'oculaire: il est disposé dans une bague moletée (lig. 120), de façon à pouvoir tourner autour de l'axe optique. Le polariseur étant mis en place et le miroir orienté, faisons tourner l'analyseur d'un tour com])let, soit de 360°. Nous remarquerons que l'éclairage du champ est modifié quatre fois; il passe deux fois par un maximum d'éclairage et deux fois par un maximum d'obscurité. Lorsque les plans de polarisation des deux niçois sont parallèles il y a éclairement, lorsqu'ils sont croisés il y a obscurité.

En effet, le rayon extraordinaire polarisé en ligne droite, qui sort du polariseur, traverse l'analyseur sans être modifié, lorsque

1. Pour les observations avec des grossissements faibles et moyens, il faut enlever le condensateur, de façon à avoir des rayons bien parallèles. Pour les très forts grossissements, si l'éclairage est trop insuffisant, on peut intercaler le condensateur entre le polarisateur et la préparation. Pratiquement, le résultat est le môme qu'avec des rayons réellement parallèles.

les deux prismes sont parallèles. Mais si Tanalyseiir est légèrement tourne par rapport au polariseur, le rayon est décomposé en deux rayons, dont un seul, Textraordinaire, traverse le second nicol. Si Tangle des deux prismes atteint 90" les deux rayons sont complètement réfractés et n'arrivent plus à Tœil de l'observateur.

On voit donc qu'en tournant l'analyseur de 360°, on passe deux fois par une position où les plans de polarisation des deux niçois sont parallèles (éclairement maximum), et deux fois par une position où ces plans sont croisés à angle droit (obscurité complète). Pour concrétiser ces faits, reprenons la comparaison de Rinne :

supposons les deux niçois représentés par deux grillages formés chacun de fils parallèles. Si ces deux grillages sont orientés dans le même sens (fig. 119, 1), le second laissera passer les rayons polarisés, tamisés par le premier et orientés dans le sens des fils. Mais si les grillages sont croisés (fig. 119, 2), la lumière sera éteinte par le second grillage, dont les fils se trouvent dirigés perpendiculairement au plan de vibration des rayons polarisés.

Examen en lumière polarisée. — Pour étudier Faction d'un objet transparent sur la lumière polarisée, il faut l'examiner entre les niçois croisés. Deux cas peuvent se présenter : ou bien le champ reste obscur ou bien il s'éclaire plus ou moins.

Lorsque le champ reste obscur, il faut faire tourner l'objet dans le plan de la platine. Si l'obscurité persiste pour toutes les positions, c'est que l'objet est isotrope ou monoréfringent. Si, en faisant tourner l'objet, on voit reparaître la lumière c'est qu'on a affaire à un corps anisotrope ou biréfringente En effet, l'interposition de ce corps modifie le rayon extraordinaire issu du polariseur; il le partage en deux rayons, dont l'un donne, dans l'analyseur, un raj^on extraordinaire qui rétablit l'éclairement. En faisant tourner l'objet, on doit le voir s'éteindre et 5'éc/aire?" quatre fois. Chacune

Fig. 119. — Relations du polariseur et de l'analj'seui' d'après Rinne. — 1. niçois parallèles; 5, niçois croisés. — A, analyseur; P, polariseur.

1. Il ne faut pas oublier que si un corps biréfringent est orienté de telle sorte qu'un de ses axes optiques coïncide avec celui du microscope, il reste obscur dans toutes les positions.

de ces quatre extinctions correspond au moment où les axes d'élasticité de Tobjel sont parallèles aux plans de polarisation des niçois. Les quatre phases (Féclairement maximum correspondent aux moments où ces axes sont exactement perpendiculaires aux plans de polarisation des niçois.

Couleurs d'interférence. — Les objets biréfringents, examinés à la lumière blanche, entre les niçois croisés, ne sont pas seulement éclairés mais présentent encore de vives colorations, dont les teintes sont les mêmes que celles des bulles de savon ou des couches d'huile très minces. Ces teintes ne sont pas autre chose que des couleurs d'interférence, appartenant à Téchelle de NeAvton.

Voici comment elles se produisent. Nous venons de voir que le corps biréfringent agit sur la lumière polarisée, en décomposant de nouveau le rayon extraordinaire polarisé en deux autres rayons. Si le corps est très mince, ces deux rayons ne se séparent pas à la sortie : l'un d'eux est moins ra})ide que l'autre et se trouve en retard d'une certaine quantité. Ce retard se nomme différence de marche et produit linterféi-ence. Nous savons (v. p. 60 et fig. 34 et 35) que lorsque deux rayons lumineux suivent le même chemin, on peut reconnaître leur présence, par suite des phénomènes d'interférence qui se manifestent par le renforcement, Taffaiblissement ou même l'extinction totale de la lumière. Lorsque ces deux rayons ont une différence de marche égale à leur longueur d'onde, ils se renforcent réciproquement (tig. 34); au contraire, lorsque la différence de marche est d'une demi-longueur d'onde, les deux vibrations s'annulent (fig. 33). Les couleurs pour lesquelles cette différence équivaut aune demi-longueur d'onde sont donc éteintes par l'analyseur, qui ne laisse passer que le rayon extraordinaire. Les autres couleurs subsistent à l'état de mélange et l'objet, même complètement incolore, sera vivement coloré de teintes, d'autant plus intenses que l'angle formé par le plan de vibration de l'objet et celui du nicol sera plus voisin de 45°. En outre, les couleurs que prend l'objet entre les niçois parallèles sont complémentaires de celles qu'on aperçoit lorsqu'on l'examine entre les niçois croisés. Bien entendu, en faisant tourner l'objet de 360°, dans le plan de la platine, les couleurs apparaissent quatre fois et s'éteignent quatre fois. x\insi, avec la lame de gypse donnant le rouge de l'^'' ordre, le champ paraît deux fois rouge, deux fois vert clair et quatre fois obscur, pendant une rotation complète de l'analyseur ou de la lame de gypse.

200 LE MICllOSCOPE ET SES ACCESSOIRES

Entre les niçois croisés, cliaqne couleu;- aura un maximum d'inlensité, dans les conditions indiquées, lorsque la différence de marche sera un multiple pair de la demi-longueur d'onde et un maximum d'obscurité lorsque cette différence sera un multiple impair de la demi -longueur d'onde. Entre les niçois parallèles les conditions sont inverses.

Ces couleurs peuvent, jusqu'à un certain point, servir à la détermination des objets, surtout lorsqu'il s'agit de minéraux ou de corps cristallisés. En effet, elles dépendent de la valeur de la biréfringence et de l'épaisseur du corps examiné. Donc, à épaisseur égale, les corps les plus biréfringents s'illumineront des couleurs les jdus vives. D'autre part, à réfringence égale, plus la lamelle est mince, plus les colorations sont vives; plus elle est épaisse, pins les couleurs pâlissent et s'eflacent, pour se fondre dans une luminosité blanche. En étudiant, en lumière polarisée, des lamelles de gypse d'épaisseur croissante, on constate que les couleurs se succèdent par groupes, qui commencent par un ton violacé ou bleuâtre et se terminent tous par du rouge. Les premiers groupes vont du bleu lavande ou du pourpre au rouge, en passant par tout<^ une gamme de verts et de jaunes. Dans les derniers groupes, on ne trouve jjIus qu'une alternance de jaune verdâtre et de rouge pâle. Ce sont ces groupes ou ordres, au nombre de six, qui servent à distinguer les couleurs de polarisation. On dira rouge de 1" ordre, rouge de 2*^ ordre, etc.

Usage des couleurs d'interférence. — Le rouge de i" ordre a une grande importance, à cause de la sensibilité avec laquelle il passe soit au bleu, soit au jaune. Il existe, dans le commerce, des plaques de gypse qui donnent les ronges des divers ordres. Plaçons, entre l'analyseur et Tobjet (soit sous l'analyseur, soit au-dessus de l'objectif), une de ces plaques donnant le rouge de 1" ordre i entre les niçois croisés. Gomme les couleurs d'interférence varient suivant l'épaisseur du corps examiné, il est évident que l'interposition d'un objet biréfringent va modifier la coloration fournie par la lame de gypse.

Plusieurs cas peuvent se présenter. Si les deux rayons, issus de l'objet biréfringent, sont parallèles à ceux qui sortent de la lame de gypse et orientés de telle sorte que la différence de marche de ces rayons soit la même pour l'objet que pour le gTPse, il est évident que l'ensemble se comportera comme une lame de gypse augmentée de l'épaisseur de l'objet. Le rouge se transformera donc en une couleur d'ordre supérieur, correspondant à cette épaisseur nouvelle. La coloration ainsi

1. Ces plaques sont montées de telle façon que leurs axes d'élasticité sont dirigés à 45" du plan de polarisation des niçois croisés.

obtenue sera dite addltive ou d'addition, ou bien encore on dira que la teinte monte.

Au contraire, si les deux rayons émis par l'objet, tout en restant parallèles à ceux de la plaque de gypse, sont orientés de telle sorte que leur difTérence de marche soit inverse, le rouge se transformera en une coloration d'ordre inférieur, car, au point de vue optique, tout se passe comme si la lame de gypse, avait diminué d'épaisseur. La teinte obtenue baissera, descendra ou. bien encore sera dite soustractive ou de soustraction.

Enfin, si les rayons sont orientés à 45'' la coloration n'est pas modifiée.

La connaissance de ces phénomènes est très utile pour les examens en lumière polarisée. Un corps biréfringent, placé entre les niçois croisés, au-dessus d'une lame de gypse donnant le rouge de l'"' ordre, présentera les aspects suivants, pendant la durée d'une rotation de 360". On verra apparaître 4 fois le rouge de T' ordre et, entre ces quatre apparitions, on verra deux fois une couleur d'addition (par exemple le violet ou le bleu de 2^ ordre) et deux fois une couleur de soustraction (par exemple l'orange ou le jaune de T'' ordre).

Cet examen avec la lame de gypse sert à deux fins : d'abord à déterminer la direction des axes d'élasticité. Quand la teinte monte, l'axe de plus petite élasticité de l'objet correspond à l'axe de plus grande élasticité de la lame de gypse : c'est l'inverse lorsque la teinte descend. Plus l'objet est mince, plus les teintes sont basses et plus le changement est facile à apprécier. En outre, la lame de gypse sert à déceler les faibles biréfringences (p. 205); en elTet, le changement de teinte est plus facile à reconnaître que les alternatives d'éclairement et d'extinction qui, pour les corps faiblement biréfringents, sont à peine perceptibles. On peut encore employer dans ce but des lames de quartz ou de mica, comme nous le verrons plus loin (p. 200).

Voici, à titre de document, la succession des couleurs d'après les six ordres de l'échelle de Newton, avec les teintes complémentaires entre les niçois parallèles.