Sur les propriétés optiques en minéralogie

Dans le cours de ses recherches sur la double réfraction, Malas examina, plusieurs substances minérales ; mais il ne paraît pas avoir observé de différence entre. là double réfraction des cristaux de différentes formes. M. Biot trouva des raisons pour séparer les cristaux doués-de la double réfraclion en dèux (classes, caractérisées par dés propriétés opposées qu'il nomma attractives.et répulsives, ou positives et négatives ; le quartz appartient à la premitre, et la chaux carbonatée à la seconde: Mais on ne réussit pas à trouver de différence extérieure. marquée dans de semblables-substances ; le seul fait établissant un rapport entre la forme des cristaux et leurs propriétés optiques , fat celui observé par Haüy, que les substances ayant pour forme primitive le cube; l’octaèdre, le dodécaèdre , etc., ne jouissent pas de la double réfraction.

Sir David Brewster doit être particulièrement considéré comme le créateur de la science qui étadie la dépendance mutuelle dés. propriétés optiques: et dés formes cristallines’, et.il ne donna pas seulement la première impulsion à cette science , mais 1l l’a encore enrichie d’une quantité d’observations: cürieuses et intéressantes tellement grande; que tout ce qui a’été fait par d’äutres observateurs dans cette partie ne peut être comparé jusqu’à présent à ce qu’il est parvenu à effectuer.

Quelques uns des premiers résultats de sir David Brewster paraissent néanmoins en opposition avec le fait général

E Cr 1

auquel nous. Venons de faire «allusion ({ Edinb. trans... 8, 1815). Iltrouva que quelques échantilléns de muriate de soude , dé spath-fluor et de diamant qui, d’après la loi mentionnée , ne devaient pas avoir d’axes optiques, montraient,

- quand on les obtenait d’une épaisseur considérable, les couque ;

leurs. qu’on reconnaissait déjà comme des indices de la double réfraction. Les cristaux semblaient consisier en parties complémentaires, dont les effets se neutralisaient à peu près, mais laissaient dans certaines parties un petit excès d’action d’un côté et de l'autre.

Ses observations portèrent ensuite sur le spath calcaire. Il avait déjà montré que les couleurs qui se développent dans les échantillons traversés par des lamelles sont produites, non par les lamelles agissant comme lames minces , mais par les propriétés de la lumière polarisée ; et il trouva, en déruier lieu , que ces lamelles ont une cristallisation dont la position est opposée à celle du reste du cristal.

Un autre mémoire récent de sir David Brewster est du plus haut intérêt. Il paraissait, d’après ses expériences, que la compression ét la dilatation donnaient aux corps transparents une structure produisant les mêmes effets que la cristallisation, qui suppose la propriété de la double réfraction. 11 essaya donc les effets de la compression et de la dilatation sur les cristaux, et il trouva que les phénomènes optiques étaient différemment modifiés de cette manière, que les anneaux étaient déformés , les couleurs altérées, les lignes multipliées, etc:; il vit aussi, commeloi qui règle l'influence de'cette tension mécanique sur la tension cristalline préalable dé la’ substance , que « les cristaux positifs, comprimés de manière que l’axe( ou direction) dela compression soit parallèle à l’axe du cristal, ont un ordre de teintes plus élevées. » Lies termes négatifs, dilatés, perpendiculaire et dbaissées répondent naturellement, dans l’énoncé de cette loi; aux termes positifs, comprimés ; parallèle | élevées.

La belle et frappante généralisation qui a’établi ponr

toujours une liaison étroite entre la cristallonomie et la photonomie, liaison riche en découvertes qu’elle à déjà fait naîtré , et plus riche encore en découvertes qu’elle promet, a été publiée dans les Trans. phil. pôur 1818 (le mémoire avait été envoyé'en 1817 ). Sir David Brewster y établit que l'extrême délicatesse du sujet, et la difficulté de sé procurer dés échantillons convenables, avaient empêché jusqué’alors de faire ce qu’il réalisait dans ce travail, c’est-à-dire de réduiré à un principe général toutes les apparences compliquées qui résultent de l’action combinée de plus d’un axe de doable réfraction.

Getie’ loi ( én tant qu’elle nous intéresse comme minéralogistes , car je ne dois pas m'occuper des recherches purément optiques) se réduit à ceci : que « tous les cristaux à un axe optique appartiennént au système hexagonal où pyramidal (en me servant des termes déjà expliqués, qui sont équivalents à ceux de sir David Brewster ) ; que tous les cristaux à trois axes optiques ‘appartiennent au système tessulaire, et que tous les cristaux à «deux axes optiques cristallisent sous d’autres formes ». ;

Ce principe important ne fat pas tiré à la hâte d’un petit. nombre d'observations, comme des personnes , jugéant des grandes découvertes après coup , et frappées seulement de leur simplicité, sont toujours'disposées à le croire ; ‘il fat déduit avec soin de l’examen d'un grand nombre de minéraux comprenant 25 espèces à un axe et 81 à deux axés, ét il s’en trouva trois qui présentèrent des exceptions'apparentes et des difhicultés dans application du principe ; elles ont néanmoins 'dispara par un examen plus attentif. Peut-être un des cas les plus frappants d’une semblable rencontre est l’histoire d’un minéral qui a été nommé par M. Brooke le sulfato-tricarbonate de plomb; il avait été placé à la fois par M. le comte Bournon et par M. Brooke parmi les formes rhombohédrales et hexagonales, et il devait en conséquence w’avoir qu'an seul axe optique. Cependant ‘sir

Ir. 23.

din

Mn <

David Brewsier trouva .que.ce minéral présentait les phénomènes appartenant aux cristaux à deux axes. La difficulté fut résoluepar M: Haïdinger,:qui soumit lasubstanceà un examen crystallométrique précis. On vit alors que la figure qu’on supposait être un prisme bexagonal droit n'avait pas exactement les dimensions qu’exige la symétrie de cette figure. Ses faces ,au lieu de former un angle de 90° sur les bases, forment.un angle de 90° 29, et au lieu de faire entre elles des angles de 120° ; elles forment des angles de 120c 20!, Le cristal avait en effet une des formes doit résulte ; d’après le principe, l'existence de deux axes ontiques.

Sir David Brewster avait déjà découvert un ças semblable dans le sulfate de potasse , qui avait été classé par Les minéralogistes parmi les rbombohèdres ; mais quand son examen optique lui eut indiqué deux axes , il trouva que la forme apparente du dodécaèdre bipyramidal du système rhombohédral était composée de trois prismes ayautdes angles de 1140.

Le mémoire de 1818 , dont nous avons parlé, Contient aussi la très heureuse découverte de sir David Brewster de la belle loi optique dont dépend Ja forme des couches qu’on voit dans les’ cristaux à deux axes; mais je dois m’abstenir de m’étendre sur les résultats de ce mémoire remarquable,

Les propriétés des cristaux doués de la double réfraction, qui affectent toutes les couleurs également, ont été réduites maintenant à une théorie d'une grande beauté, qui explique les parties de détail les plus compliquées et qui présentaient des anomalies apparentes; mais les propriétés dés autres cristaux , qui semblent choisir certaines couleurs pour exercer leur action, restent encore à ramener à leur loi la plus générale. Ici aussi, sir David Brewster est entré pour une grande part dans tout ce qui a été fait. Son mémoire sur Fabsorption de la lumière par les cristaux ( Phil. trans. , 1816) contient beaucoup de faits curieux sur ce, sujet. Il est bien connu que certaines tourmalines polarisent la lumière qui les traverse , de telle manière qu’on s’en sert le plus communé-

ment comme du moyen le plus commode pour obtenirde Ia lumière polarisée. On a trouvé que l'agathie et d’autres substancés ‘polarisèut également la lumière par transmission; maisil paraît que ces phénomènes nesont que dés cas’ d’un fait plus général:beaucoup de cristaux , doués de la double

réfraction , peut-être tous ceux qui sont colorés, ‘affectént :

les pinceaux ordinaires et extraordinaires, Ainsi , le béril, d’après les expériences de: sir David Brewster , quand'il est exposé à de la lumière polarisée ; tansmet différentes couleurs (le bleutet le blanc verdâtre:), comme si l'axe du cristal était perpendiculaire ou parallèle au plan-de polarisation.

Ontrouva d’autres espèces detcristaux ayant des propriétés semblables ; et'les cristaux à deux axes les manifestent aussi avec certaines mod licat'ons. Lecatalogue de sir David Brewster, pour ces cas, est comme decoutume trés développé. Ce physicien remarquaaus$i que plusieurs minéraux absorbent certaines portions de lunitre commune, et que la portion transmise est plus où moins ‘polarisée : par exemple, l’'augite et l’épidote#produisentsur la lumière un effeten partie de la même nature qne la tourmaline ; le quartz enfamé produit cet effet avec force , mais il est à remarquer que de prisme de quartz et celui de tourmaline polarisent dans ides plans, l’on à droite de l'axe et l’autre parallèle à l'axe. M. Babinet a récemment ( 1832 ) énoncé, comme un ‘principe général pour depareils cas , que l’une ou l’autre circonstance se présente selon que le cristal estatiractif ou répulsif:; mais comme il paraît effectivement résulter des recherches antérieures de sir David Brewster que les résultats, danses deux positions, ne diffèrent pas seulement -quant à ‘la quantité de lumière, mais se manifestent par un choix de: couleurs , la règle générale , posée de cette manière , demande, si elle est vraie, à étreexprimée autrement.

Après ces découvertes concernant la structure ‘optique des substances cristallines, nous pourrions nous croiré en

état denous former\une idée de l’étendue.et dela variété de Ja nature dans:cette,classe de phénomènes ; miais la nature est plus::fertile encore que toutes nos conjectures, On trouva bientôt que beaucoup de cristaux ont une structure bien plus compliquée que le nombre d’axes d’un seul, cristal peut leur donner. Cette découverte encore , et celle de nombreux exemples qui-l’appuient, sont dues à sir David Brewster. Jl paraît , d'après ses recherchés , que plusieurs espèces decristaux doivent être considérées comme composées d’un assemblage très curieux en mosaique de cristaux placés dans des positions variées , et arrangés dans un ordre très complexe quoiqne très symétrique. Ainsi , il trouva en 1817) et annonça en 1819, que l’améthyste est formée de différentes parties qui agissent différemment sur la lumière et d’une manière' alternative et complémentaire ; ces parties étant en général des coins avec leurs arètes vers l’axe du cristal ou une série de V l’un dans l'autre, présentant le contour extérieur de pareils coins.

On vit aussi que-les apophyllites d'Islande et de Ferroe ontune structure lamellée irès eurieuse, susceptible d’être séparée visiblement dans ses éléments par la transmission de lumière polarisée.

En:4818:(Edinb: trans. ), sir David Brewster publia son exposition dela structure optique de l’analcime qui, sous plusieurs rapports , est plus curieuse encore et plus, complexe que-celles citées précédemment. L'icositétrahèdre en est la forme ordinaire; c’est une figure appartenant à la classe des cristaux qui ne manifestent aucune des propriétés en relation avec la lumière polarisée ; elle peut être séparée, dans cette espèce, en 24 solides, dont les limites ont des propriétés optiques particulières. |

- Ce phénomène de la composition d’un cristal simple en apparence , et formé de parties offrant différentes relations optiques , paraît dans le fait être très commun. Ainsi le nitre et l’arragonite contiennent souvent de pareilles parties ; et,

däns. Je second volume des Transactions de Cambridge, ‘six David 'Brewster a montré que la topaze brésilienné possède une-structure lamellée : un lozange céntral est entouré d’une enveloppe: d'une-autre-espèce., souvent avec: des:variations additionnelles. :

Il y aurait quelque chose de très embarrassant dans cette complication de structure. d’objets si simples en apparence, sinous voulions concevoir une pareille espèce de composition eomme formée de parties indépendantes adhérant entre elles ; mais nous devons probablement concevoir ces relations de-parties comme le résultat d’un état particalier, d’équilibre de l’éther-élastique, qui existe dans le corps ;1et dont les propriétés optiques dépendent.

+ Un principe additionnel, qui,complique encore Slugales phénomènes inépuisables en apparence, des cristaux ; fut découvert et: discuté à fond par sir:J. Herschel.( Phil. trans, 1820 ). La déviation de la succession: de couleurs que manifestent beaucoup de cristaux.en s’éloignant de l’échelle ,des teintes que Newton a établiépar ses observations sur les lames minces, et qui depuis.a. toujours été l'alphabet de l'optique supérieure, attira l'attention de sir J. Herschel , et il trouva qu’elle pouvait très bients’expliquer emconcevant la-direction de l'axe de double-réfraction différénte: pour: les différentes couleurs. Dans les cristaux à deux axes, une pareille déviation est presque. générale comme: dans le sel de Rochelle, où lephénomène est très marqué. Le bicarbonate. de potasse.est.dans le fait.regardé comme le seul cristal à! deux axes soumis à l’examen!, où, les/axes , pour toutes les :couleurs; sont exactement coïncidents (M. le Traité de la llumièré). . À * :

Cette déviation de l'ééhelle de Nevitané barrassa les observateurs-; surtout dans,les: premièrs temps , lorsqu'on laperçut!dans.-le,:cas des cristaux àun axe QSir J.: Herschel € Camb. trans. ;:vol:re, part. 1) trouva certaines variétés d’apophyllite dans lesquelles la structure à double réfraction

est positive pour les rayons rouges, et négative pouriles violets, tandis que pour les rayons indigo intermédiaires, il n’y a pas de double réfraction du ‘tout.’ Cettercirconstance remarquable fut: confirmée par: les expériences les plus décisives , et elie n'offre plus de difficultés”sous-lerapport dé'sa connexion avec la théorie ondulatoires

Une circonstaricé à peu-près semblable a été découverte par sir David Brewster dans quelques” échantillons de glauberite. Ils sont à deux axes pour les rayons rouges;etces axes sontiséparés dé 55; rhais les axes pour és rayons violets coïncident-, ‘ét pour cétte lumière le cristaltest à un‘axe, Cette particularité rémarquable fut découverte en'fâisant usage de lumière homogène. d :2IN6us avons encore un aütre fait à mentionner , également fäppant , également inattendu , et dont la découverte s’associe également au nom d'Herschél. Il éxistait unie loi optique ,'qui avait déjà attiré l'attention des philosophes, comme étant’entièréement anomale et sui generis ;'etoffrant une 'particularité cristallographique égalément curieuse. Sir J.Herschel } avec ane sagacité et un bonheür également remarquables, montra que ces deux circonstanées’étaient constamment unies “ensemble :jévêux parler de’ la polarisation circulaire dela lumière à dréité où à gauché et de la cristallisation plagihédrale du quartz Dansices deux cas, nous avions , au liea de là ‘symétrié géométrique dont’les lois de la natüre sont généralement empreintes ; unie série d’apparences donnänt l'idéé- d’un’ mouvement progressif circulaire; allant à droite ou à gauché la déviation du plan dé polarisation indiquée par la suecession des couleurs dèsqu'on augmentait l’épaisseur.de la lame transparente; formant le fait optique, et-la position o ique de certaines faces du cristal formant le fait “nr Il fatiprouvéquésla polarisation à droite accompaghie toujours-les faces plagihédrales dé'gauche à droite; et vive vers pour la polarisation àrgauche: Ce fait fut établi par sir J: Herschel d’après l'examen de treize

cristaux, et ila été confirmé depuis par d’autres observateurs,

Il n’appartient pas, à proprement parler; à-notre sujet, de nous étenidressur larthéorie de la: polarisation: circulaire et elliptique de ladumière dans le quartz, par laquelle M. lé professeur Aïry a réduit à da plus grandesimplicitétune quantité de phénomènes extrêmement complexes etnon sÿmétriques en apparence. : Mais nous pouvons mentionner les expériences dusméme observateur ‘sur iles propriétés'opti= ques du diamant. Il résulte de: cessexpériences quele dia= mant/, aulieu de polariser‘complétementla lumièresréfléchie sous un certain angle, comme-on le-trouvepour-les

autres! substances transparentes; présente ; à d'incidence

sous laquelle:la lamière est à peu près polarisée ; des phénomènes ressemblant plutôt à:ceux observésià «la :surfacesdes métaux que-sur les: milieux /diaphanes:

En:sedlivrant à des recherches 6ptiqués, plusieurs personnes comme Hessel.et Genf, se soïit «occupées :d’examiner les canses:du jeu.des couleurs qu'on remarque:dans la-pierré de Labrador ;.et Nordenskiold a éssayé une'explication.ma-

thémathique de.ces couleurs, sur laquelle-dutreste il m'est

impossible de donner.de plus-:amples:renseignements.; Sir David-Brewstera examiné ces phénomènes curieux yetsilpa: räit d’après:ses:récherches que ces couleurs sont/produités,,

suivant les principes du-développemert descouleurs dans les.

lames minces, par.des'cavités-limitées par des surfaces planes parallèles.

Dans l'application de la lumière polarisée à l'examen des -propriétés: des-minéraux.et des autreseristaux ; nous:avons acquis un nouvel instrument, d’un usage:beaueoup, plus étendu. et:plus:instructif-relativementoà la structure et.à la différence des substances ; quertout cerqu'on avait pu imaginer auparavant. L’optique physique et la cristallographie sont désormais deux parties coordonnées d’une vaste por tion de l'édifice dela science , dontil serait impossible d’assigner actuellement les:limites. Il reste encore beaucoup à faire dans l’examen des minéraux , et il ne serait pas difi-

cile: d'indiquer-des brauches:de recherches qui! sont d’une importance-manifeste pour l’état actuel de no$ corinaissances des cristaux: [kserait par exemple bien ‘intéressant de savoir la différence de la symétrie optiqué qui existeientre un,prisme droit et;un prisme oblique’; si la déviation additionnelle dela symétrie géométrique, quise présente pour le dernier cas,:correspond, quant aux propriétés optiques, à ce) fait ,;qu'onne retrouve plus dans le même plan les pôles des lemniscates ,; comme cela devrait être d’après Ies‘expérienees.de sin Herschel; et si-enfin ce cas est remarquable par quelque;particularité inattendue.

Maüis tout ennous livrant à l’espoir.de voir augmenter la quantité: des.observations dans cette - partie! intéressante de létude de la nature; il est à désirer que nous nous tenions au courant des trésors qui sont déjà en notre possession. Les découvertes de sir Dayid: Brewster ; que nous avons mentionnées, et beaucoup d’autrés.que nous'aurions-pw joindre à notre énumération , ne-forment ; je pense’, qu’anetpartie des faits basés suila cristallographie: optique ‘que cetinfatigable observateur, lquesce:physicien ingénieux testiparvenu à réunir: Il a longstemps fait espérer aux minéralogistesqu'ils recevraient de -lui-uu traité de minéralogie |: fondé sur lés privcipes de l'optique ; dans’ lequel il est à présumer qu’il établirait les faitsles plusremarquables et:les Joistles plus importantes quant aux relationstentre les minéraux: et la lumière, dont il est parvenu à acquérir la connaissancezret certainément ancune acquisition ne pourrait être plustintéressante pour la minéralogie ; ni donner une impulsionsplus activeaux-progrès de cette sciencet(x):

Les différentes propriétés optiques des minéraux ont été exprimées théoriquement en parlant des différentes élasticités

(1) Jai’ appris depuis, avec peine , de sir David Brewster, qu'il ne regarde pas comme prochaine Ja -publication-de:cet ouvrage: si longtemps désiré, :

des cristaux dans les différentes diréctions. Ceci porta M:Sa- . vart'à léxaminér, par ses méthodes ingéuieuses ; si l’élasticité acoustique était également sous l'influence de pareilles différences. Nous ne devons pas insister; dans cette:comparaison, sur ceque Je terme élasticitéss'applique ici à deux classes de phénomènes différents qui se rapportent à des principes différents; les phénomènes ‘acoustiques dépendant de l'élasticité des parties du solide , et les phénomènes optiques déperidant de Vélasticité de l’éther. M: Savart t'ouva lque quelques modifications acoustiques de l’élasticité correspondent aux relations optiques, mais qu'il y a aussi-d’autres modifications acoustiques qui suivent une: autre loi-desy-

métrie.