II. RÉFLEXION DE LA LUMIÈRE. ~ COULEURS SUPERFiaELLES

Réflexion de la Ivmlére anr les corps transparents. — Les lois de la réflexion de la lumière à la surface des corps sont encore fort imparfaitement connues. Lorsque le corps est transparent comme le verre, les lois formulées par Fresnel, d'après des idées théoriques et

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hypothétiques très originales, mais très discutables, sont suffisamment d*accord avec les phénomènes. On sait que, si un rayon, polarisé rectilignement, tombe sur une surface vitreuse sous Tincidence t, de manière que la vibration incidente, d*amplitude égale à I, fasse avec le plan d'incidence un angle égal à A, et si Ton appelle t et r les angles des rayons incident et réfracté avec la normale, R Tintensité du rayon réfléchi, T celle du rayon réfracté, A^ et A^ les angles que font avec le plan d*incidence les vibrations réfléchie et réfractée, on a

R = -r—f^ -' sm« A + , ^;. . ; cos« A,

tgA,=:tgAcos(î— r).

Pour les cristaux transparents, les mêmes formules s'appliquent à très peu prés, et les différences ne deviennent notables que pour les cristaux, fort peu nombreux, qui sont exceptionnellement biréfringents comme le spath d'Islande. La réflexion cristalline a été Tobjet de nombreux et importants travaux de la part de Brewster, Seebeck, Neumann, Mac Cullagh, Sénarmont, Cornu. Les théories proposées pour représenter les phénomènes reposent sur des hypothèses très hasardées, et ces phénomènes sont eux-mêmes si peu considérables que les observations les plus exactes ne sufRsent guère à établir l'exactitude des formules. L'intérêt de la réflexion cristalline est donc à peu près nul pour le cristallographe, et nous nous dispenserons de l'étudier ici en détail.

Réflexion mwat les métau et les eorp« absorbants. — Pour les

métaux qui sont à peu près complètement opaques, les lois de la réflexion sont très différentes de celles qui s'appliquent aux substances transparentes, cristallisées ou non. On peut supposer le rayon réfléchi divisé en deux composantes vibrant l'une parallèlement, l'autre perpendiculairement au plan d'incidence. La réflexion métallique donne une avance à la vibration qui se trouve dans le plan dincidence, de sorte que la vibration réfléchie est, non plus rectiligne, mais elliptique. En même temps la quantité de lumière réfléchie ne suit plus les mêmes lois que pour les substances traasparentes. Au lieu d'être nulle pour une incidence normale, elle est au contraire considérable, et décroit à

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mesure que Tangle d*incidence croit, jusque vers 50* ou 60<», pour croître ensuite jusqu^à rincidence rasante.

Le pouvoir réfléchissant des métaux, pour une incidence donnée, normale par exemple, n'est pas la même pour toutes les couleurs. La lumière réfléchie par les métaux est donc colorée, contrairement à ce qui a lieu pour les substances transparentes qui, même lorsqu'elles sont colorées, réfléchissent de la lumière blanche. Ces particularités que présentent les métaux, de réfléchir beaucoup de lumière, même normalement, et de colorer les rayons réfléchis, produisent l'impression que les minéralogistes traduisent par le mot d'éclat métallique. Mais il n'y a pas un saut brusque entre les substances transparentes et les métaux. En réalité les lois de Fresnel ne sont qu'approximativement exactes, même pour le verre, et l'on constate que cette matière aussi bien que les autres substances transparentes, imprime une avance notable aux vibrations perpendiculaires au plan d'incidence, et réfléchit, dans une proportion différente de celle qu'indique la formule de Fresnel, les vibrations parallèles ou perpendiculaires au plan d'incidence.

Parmi les substances transparentes, il en est quelques-unes qui laissant plus ou moins passer certaines longueurs d'onde , en arrêtent d'autresc empiétement. Lorsqu'on place ces* substances, même réduites en lames très minces, devant la fente d'un spectroscope, le spectre manque, entièrement d'une ou de plusieurs couleurs, et montre une ou plusieurs bandes noires qui sont dites bandes d'absorption. Telle est, par exemple, la fuchsine, qui absorbe complètement le vert.

Or, on a constaté que ces corps jouissent en quelque sorte de la réflexion métallique pour les vibrations qu'ils ne transmettent pas. II réflécliissent donc la lumière en la colorant, et la teinte qu'ils lui communiquent est très différente de celle que prend un faisceau lumineux après les avoir traversés. Ces corps sont dits avoir une couleur superficielle ou métallique.

Coalenrs saperficielles. — Lola de Haldliigper. — Les lois qui permettraient de prévoir la nature de ces couleurs superficielles sont bien loin d'être connues avec quelque détail. On peut dire cependant d'une manière générale, avec Haidinger, que la lumière qui est la phis réfléchie est celle qui est la moins transmise. Les deux propriétés de la réflexion et de la transmission sont donc en quelque sorte complémentaires, quoiqu'il ne faille pas prendre ce mot au pied de la lettre. Ainsi une dissolution de permanganate de potasse absorbe énergique-

GAnTALLOGRAPHn, T. n. S4

ment certaines longueurs d*onde. Les cristaux de permanganate paraissent opaques pour toutes les couleurs» parce qu*on ne peut pas se procurer de lames assez minces pour n'imposer au faisceau lumineux que la traversée d*un nombre de molécules aussi petit que celui auquel on arrive en diluant celles-ci dans un liquide. Or» Stokes ^ a observé que la lumière réfléchie sur une face parallèle à Taxe du prisme, est colorée et manque précisément des couleurs que laisse passer la dissolution. La loi générale s'applique donc» et la vibration la plus réfléchie est celle qui est la plus absorbée.

Covlearfi siiperilclèlles do plotlsocjaaore de MMigMéalHi et de qoeiques autres «iibetaiieee. — Une des plus remarquables substances cristallisées à couleurs superficielles est le platinocyanure de magaésium» dont nous avons déjà étudié les curieuses propriétés absorbantes.

Si Ton examine par réflexion un prisme carré de cette matière qui, on le sait, est rouge par transmission et par diffusion, on obsenre Les faits suivants :

Quand la réflexion a lieu sur une face du prisme :

a. Le plan d incidence étant perpendiculaire à Vaxe^ on voit im éclat métallique et une couleur vert d*herbe sous une incidence presque normale, devenant ensuite» à mesure que Tincidence est plus rasante» vert jaune, jaune» brun tombac,, bronzé, enfin sans couleur. La loupe dichroscopique permet de reconnaître que la vibration parallèle à l'axe est d*abord verte, puis devient sans couleur, tandis que la vibration normale à Taxe (c*est-à-dire parallèle à la vibration ordinairi' du cristal), est d'abord sans couleur et devient ensuite d*un beau bleu.

h. Le plan d*incidence étant parallèle à Vaxe, la couleur réfléchie, d*abordvert d'herbe, devient successivement vert émeraude, pais bleue, et enfin sans couleur. La loupe dichroscopique montre encore que la vibration parallèle à l'axe est d*abord verte» puis vert bleu» puis bleue» puis sans couleur, tandis que la vibration perpendiculaire reste sans couleur ou de la couleur rouge du cristal.

Les faces A* se comportent exactement comme les £aoee m.

Les faces aS lorsque le plan d'incidence contient l'axe du prisme. montrent la vibration extraordinaire contenue dans le plan d'incidence bleu azur» et la vibration ordinaire sans couleur. Lorsque le plan d'incidence est transversal, la vibration extraordinaire est encore bleue» mais la vibration ordinaire est blanc un peu bleuâtre.

i. Phil. mag. (4), XLI, p. 305 (4855).

CHàP. XI. — COULEEJRS SUPEaiFICIELLES. 371

Enfin les faces p, rouges sous Tincidence normale, donnent une oouleur bleue, vibrant dans le plan d*incidence, lorsque l'angle est celui de la polarisation maximum par réfle^^Lion.

Il résulte en somme de ces observations de Haidinger* que, sous rincidence normale, la vibration réfléchie parallèle à la vibration extraordinaire, qui est la plus absorbée, donne seule une couleur superficielle ; la couleur est vert d*herbe quand cette vibration est parallèle à Taxe optique. Lorsque la vibration extraordinaire est inclinée sur Taxe, la couleur réfléchie normalement incline vers le bleu. 11 en est de même lorsque Tincidence, au lieu d*ôtre normale, devient oblique.

Le platinocyanure d'yltrium se comporte à peu près comme celui de magnésium.

Parmi les autres substances cristallisées qui montrent une couleur superficielle, on peut citer :

Yindigotine^ dont la couleur est rouge de cuivre par réflexion, dans tous les azimuts et pour toutes les directions de vibrations (Haid.) ; ' la murexide, qui est rouge grenat par transmission, et d'un beau vert doré par réflexion ;

le sulfate d'iodoquinine ou sel A*Hérapath, qui^ est blanc verdàlre pour les vibrations transmises perpendiculairement à Taxe, rouge très sombre pour les vibrations extraordinaires transmises parallèlement à Taxe, et qui donne une couleur superficielle vert d'herbe vibrant parallèlement à Taxe ;

Yhydroquinone, qui est bleu violet sombre pour les vibrations perpendiculaires à Taxe, bleu violet très sombre pour les vibrations parallèles, et dont la couleur superficielle vibrant parallèlement à Taxe est brun tombac ; .

le picrate dépotasse, qui cristallise en aiguilles quadratiques, d'un brun jaune, par transùiission, pour les vibrations perpendiculaires à l'axe, d'un brun rouge plus sombre pour les vibrations parallèles, et qui est bleu par réflexion pour les vibrations parallèles;

lechrysammate dépotasse, étudié par Brewster •,qui cristallise en petites tables rhombiques, et transmet de la lumière rouge jaunâtre,'qui se décompose en deux faisceaux polarisés à angle droit, l'im rouge carmin, l'autre jaune pâle^ La lumière naturelle réfléchie est jaune d'or vierge pour l'incidence normale, et bleu pâle pour de très grandes incidences; cette lumière se divise en deux ftisceanx, l'un vibrant perpendiculai-

i. Pogg, Ânn. 71, p. 321 (1847).

^. Phil. Mag.'iZ), %9, p. 331 (1846).

rement au plan d'incidence, qui est bleu blanc pâle pour toutes les incidences, et Tautre vibrant dans le plan d*incidence, qui est jaune d*or pour les petites incidences, et bleu pour les fortes incidences.

AnneAiix d*iii€erféreiice observés dans le» «absUiBees cristml- Il»ée» eolorée» sans ipolarlflenr mï asalysevr. — Toutes les substances que nous venons de passer en revue absorbent complétementt au moins, pour certaines directions de vibrations, une partie plus ou moins considérable du spectre, et c*est à cette absorption complète de certaines radiations que sont dues la réflexion métallique pour ces radiations et la couleur superficielle. Mais il bien vraisemblable qu'une absorption incomplète de certaines vibrations doit produire des faits plus ou moins analogues, quoique naturellement moins intenses, à ceux que produit une absorption complète. On ne sait encore que fort peu de choses sur ce sujet, mais une observation faite par H. Bertin est de nature à donner quelques indications.

Lorsqu'on place devant Tœil une lame cristalline bien colorée, taillée perpendiculairement à un axe optique, outre les houppes dont nous avons parlé dans la première partie de ce chapitre, on voit autour de Taxe les mêmes anneaux d'interférence que l'on observe si nettement lorsque la lame est placée entre un polariseur et un analyseur. Ces anneaux sont d'ailleurs peu nombreux et on en voit seulement la partie qui traverse les houppes sombres; mais ils deviennent très nets et très visibles lorsqu'on place une tourmaline, soit en avant, soit en arrière de la lame.

Comme les anneaux d'interférence ne peuvent se produire que lorsque la lumière est polarisée à l'entrée et à la sortie de la lame cristalline, il faut nécessairement que la surface même de la lame absorbante soit à elle seule un polariseur, et c'est évidemment la réfraction à la surface qui doit produire ce phénomène. On sait en effet que la réfraction polarise partiellement la lumière de manière que l'amplitude de la vibration contenue dans le plan d'incidence soit la plus grande. Toutefois les formules de Fresnel ne donnent pour les incidences peu éloignées de la normale, comme celles dont il s'agit ici, qu'un écart très fiaible entre l'amplitude des deux vibrations principales du rayon réfléchi ou du rayon réfracté ; et en fait on ne voit ainsi, à l'œil nu, sans polariseur ni analyseur, les anneaux d'interférence, que lorsque le cristal est absorbant.

Le phénomène signalé par H. Bertin me semble donc devoir être