V. DE LA RÉFRACTION SIMPLE OU DIOPTRTQUE

Toutes les fois qu'un rayon de lumière passe d'un milieu dans un autre, il est dévié de sa direction; on dit alors qu'il est réfiriclé. La

déviation dépend de la densité plus ou moins grande du nouveau milieu dans lequel passe le rayon, de la nature du corps réfringent et du degré d'obliquité d'incidence du rayon. Descartes a découvert la loi de ce phénomène dont voici l'énoncé :

Le rayon rrfracté, ainsi que le rayon incident, sont dans un plan 'perpendiculaire à la surface; le sinus de l'angle d'incidence et le sinus de Vancjle de réjraction sont dans un rcqi'port constant pour la même substance réfringente , et cruelle que soit Vinci' dence.

Ce rapport a été appelé indice de réfraction.

La détermination de l'indice de réfraction des corps a beaucoup occupé les physiciens. Pour simplifier la question, ils ont d'abord supposé que pour un rayon incident il n'y avait qu'un seul rayon réfracté. Autrement, on aurait été obligé de tenir compte des effets de la dispersion de la lumière, c'est-à-dire, de la différence deréfrangibilité des différents rayons qui composent le faisceau.

NcNvton est le premier qui ait déterminé avec exactitude les indices de réfraction de diverses substances solides et liquides. Ayant rangé les corps suivant leur puissance réfractive, il remarqua que le diamant et l'eau se trouvaient à côté des huiles, c'est-à-dire, à côté de corps qui contenaient un principe combustible; il en tira aussitôt la conséquence que ces deux corps devaient contenir également un principe combustible; hypothèse qui fut changée en vérité par les expériences de Lavoisier. Mais quel est ce principe commun aux huiles et aux résines qui leur permet d'agir si puissamment sur la lumière quand elle les traverse? C'est ce que MM. Biot et Arago ont voulu trouver en déterminant avec une grande exactitude les pouvoirs réfringents des sul)stances gazeuses.

A cet effet, ils ont introduit les gaz dans des vases prismatiques dont les extrémités étaient fermées par des glaces parallèles, et dont l'angle réfringent était beaucoup plus grand que pour les liquides, attendu que les gaz, à angle égal, ont une réfraction moindre que ces derniers. Puis ils ont opéré en faisant usage, comme Newton, du minimum de déviation du rayon qui traverse le prisme, et en tenant compte des changements de pression, de température. Alors ils ont trouvé que la force réfringente du gaz hydrogène surpasse de beaucoup celle des autres gaz, et même des autres substances observées jusqu'ici.

Or, comme ce principe combustible existe en grande quantité dans les résines, les huiles, ainsi que dans l'eau, c'est donc à lui qu'il faut

118 TBAITE DE PHYSIQUE.

rapporter la grande force réfringente remarquée par Newton dans les substances combustibles.

Pour la détermination des indices de réfraction d'un solide et d'un liquide transparent, on emploie la même méthode. Pour le corps Folide, on le taille en prisme dont on mesure l'angle réfringent avec un goniomètre à réilexion; puis, en le disposant convenablement, on détermine la déviation minimum. Cette déviation, l'angle réfringent et l'indice de réfraction, font partie d'une formule dont on tire facilement l'expression de celui-ci.

Quant au liquide, on suit absolument le même procédé, si ce n'est que l'on opère avec un prisme de verre, percé horizontalement de part en part; on ferme ce canal avec deux lames de verre, à faces Inen parallèles, et l'on introduit le liquide dans la cavité, au moyeu d'une ouverture pratiquée à cet effet. WoUaston a indiqué le procédé suivant , pour le cas où le liquide sur lequel on veut opérer serait en trop petite quantité.

On place cette petite portion de liquide sur un prisme de verre dont l'angle réfringent est droit ; puis on observe l'ajigle de réflexion totale à la surface des deux corps. Cet angle entre dans une formule au moyeu de laquelle on calcule l'indice de réfraction; s'il n'y en a que quelques gouttes, on les place entre un verre bien plan et l'objectif d'un microscope auquel ce verre est tangent. An moyen de la comparaison des distances auxquelles on voit un objet nu nncroscope avec et sans l'interpositiou du liquide, on en déduit l'indice de réfraction de ce dernier : ce même procédé peut s'appliquer à une parcelle de corps solide, et toutes les fois que cet indice ne dépasse pas celui du verre, il suffit d'en coller les fragments sur les faces d'un prisme.

Dans le cas où l'indice de réfraction du corps dont on n'a qu'une portion est plus grand que le verre, pour le déterminer, on cherche l'angle de polarisation du corps. On déduit facilement l'indice de réfraction au moyen de la loi de Brewster, savoir, que la tangente de Vangle qui forme le rayon polarisé avec la normale, est égale à V indice de réfraction.

On a vu précédemment que MM, Biot et Arago avalent déterminé l'indice de réfraction des gaz, pour remonter à la cause du grand pouvoir réfringent des substances combustibles. Mais ce n'était pas là leur but unique; ils avaient l'intention de faire im travail complet sur l'indice de réfraction des gaz , leur puissance réfractive et leur pouvoir réfringent. Ce travail a été exécuté en 1805. Après avoir déter-

INTRODUCTION HISTOBIQUE. — OPTIQUE. M!»

rainé l'indice de réfraction de l'air, ils ont procédé à la détermination des indices des autres gaz pour des températures et des pressions connues , ce qui les a mis à même d'établir ce principe fondamental :

Les puissances réfrac tives d'un gaz sont proportionnelles à sa densité, c'est-à-dire, que le jjouvoir réfringent d'un gaz est constant à toute température et à foute pression.

On entend par puissance réfractive d'une substance, le carré de son indice diminué de l'unité ; et par pouvoir réfringent , le quotient de la puissance réfractive par la densité du corps.

Le principe précédent s'applique encore au mélange des gaz, c'està-dire, que la puissance réfractive d'un gaz est égale à la puissance réfractive de ses éléments. Mais il n'en est pas de même quand les gaz se combinent, ainsi que 4e reconnut Dulong dans les expériences qu'il entreprit, en 1825, pour comparer entre elles les puissances réfractives des gaz , à la même température et sous la même pression. Il employa à cet effet un moyen très-ingénieux qui lui permit d'obtenir des résultats de la plus grande exactitude. Ce moyen consiste à donner aux différents gaz une densité telle , qu'ils imprimassent tous exactement la même déviation à la lumière. Voici les conséquences auxquelles ont conduit les expériences de Dulong :

« 1" Il n'y a aucun rapport entre les nombres qui représentent les « puissances réfractives des gaz, et ceu\ qui représentent leurs den- « sites ; car ces nombres croissent tantôt dans un sens, tantôt dans un « autre.

« 2" La puissance réfractive d'un mélange est égale à la somme des « puissances réfractives de ses éléments. L'air étant dans ce cas, on « en a conclu que ses principes étaient à l'état de mélange et non de « combinaison.

« 3" La puissance réfractive d'un composé gazeux est tantôt plus « grande, tantôt plus petite que la somme des puissances réfractives « des composants.

« 4" Le pouvoir réfringent d'une substance à l'état liquide est plus « grand que le pouvoir réfringent de la même substance à l'état « gazeux, u

Ce dernier résultat avait été trouvé en 1815, par AL>L Arago et Petit (/i/?w, de p/iys. et chim., t. 1).

Jusqu'ici il n'a été question que de l'indice de refraction des substances transparentes ; mais Wollaston parvint à cette même détermination dans les corps opaques, au moyen du phénomène de la réllexion totale, qui a lieu quand la lumière, pour sortir de l'eau

dans Tair, se présente sous un angle plus grand que l'angle limite.

J.e mirage que Ton observe si fréquemment en Egypte et sur mer , est un phénomène de réfraction; en effet, toutes les fois que la lumière passe d'un milieu plus dense dans un milieu qui l'est moins, il y a un angle d'incidence pour lequel l'angle de réfraction est droit, c'est-à-dire parallèle à la surface. Au delà de cette incidence, les rayons incidents ne sont plus réfractés, mais réfléchis intérieurement; telle est la cause du mirage dont, le premier, Monge donna l'explication.

L'étude de la réfraction a particulièrement occupé et occupe encore les astronomes , attendu que les rayons émanés des astres éprouvent une déviation telle, en passant dans notre atmosphère , que ces astres paraissent plus élevés au-dessus de l'horizon qu'ils ne le sont en effet. L'angle de déviation qui nous les fait voir dans une position qui n'est pas la leur , est appelé réfraction astronomique.

Tycho-Brahé est le premier qui ait déduit de l'observation la réfraction du soleil , de la lune et de quelques étoiles fixes ; il trouva, pour le premier, des valeurs plus grandes que pour les étoiles; et pour la seconde, des valeurs quelquefois plus grandes, quelquefois plus petites que celles des étoiles.

On doit à Snellius une théorie de la réfraction astronomique ; à la Hire, une table de ces réfractions fondée sur des observations précises, qui fut modifiée par Bouguer, et subira de nouvelles modifications, tant que l'on n'aura pas déterminé avec la dernière exactitude tous les éléments qui concourent à la production de la réfraction astronomique. Il faut, pour cela, savoir comment la température, la densité et l'état hygrométrique de l'air interviennent dans la production du phénomène.

Laplace, qui s'est occupé de ces diverses questions dans sa Mécanique céleste , a été conduit à des i-ésultats tellement importants, que nous ne pouvons nous dispenser de les mentionner ici ; savoir, que l'influence de l'humidité sur la réfraction est tout à fait insensible; que toutes les lois proposées jusqu'ici pour déterminer la diminution qu'éprouve la chaleur, à mesure que l'on s'élève dans l'atmosphère, sont inexactes. L'illustre géomètre leur en substitua une autre, dans laquelle il s'assujettit à représenter à la fois des observations de réfraction ; celle du baromètre sur les montagnes, et les expériences faites directement sur cette diminution , dans les ascensions aérostatiques.

Laplace considéra d'abord la réfraction, lorsque la hauteur

apparente des asti'es excédait 12°, et prouva qu'elle ne dépendait alors que de l'état du baromètre et du thermomètre dans le lieu de l'observation, d'où il déduisit une méthode simple pour construire une table de réfraction , depuis 1 2° de hauteur apparente jusqu'au zénith; enfin, il fit voir qu'au-dessous de 12" de hauteur apparente, il était nécessaire d'avoir égard aux variations de densité et de température des diverses couches atmosphériques que le rayon traverse.

Des lentilles.

On a déjà vu que Roger Bacon était un des premiers qui aient parlé des propriétés des verres terminés par des surfaces sphériques ; propriétés qui nous montrent les corps avec des dimensions plus petites ou plus grandes que celles qu'ils ont en réalité. Ces verres , depuis nommés lentilles, à cause de leur forme, servent à la construction des lunettes , des microscopes et de divers instruments d'optique.

Suivant les surfaces qui les terminent, les lentilles sont sphériques, elliptiques , paraboliques , cylindriques ; mais les physiciens se sont particulièrement occupés des premières , attendu qu'elles sont les seules qui entrent dans la composition des instruments d'optique les plus utiles. En combinant de toutes les manières possibles les surfaces planes et sphériques, on forme six lentilles différentes, employées à divers usages.

Dans l'étude que l'on a faite des lentilles , on distingue , entre autres choses, les parties suivantes : l'axe, ou ligne mathématique qui joint les deux centres de courbure des deux surfaces; le centre optique, qui jouit de la propriété que tous les rayons lumineux qui en émanent, prennent, en sortîint de la lentille, après avoir été réfractés , une direction parallèle à celle qu'ils avaient en y entrant. Dans les courbures sphériques , les rayons partis d'un point quelconque ne forment pas tous un foyer au même point; de là résulte l'aberration de sphéricité; inconvénient que l'on évite avec des lentilles à courbure elliptique ou parabolique, puisque les rayons émanés d'un point lumineux sont parallèles. Cette condition se trouve remplie dans les lentilles à échelons, composées chacune d'une lentille ordinaire plan-convexe et de pièces sphéio-prismaiiques annulaires.

Buffon voulut construire des lentilles à échelons ; mais il ne put obtenir des résultats bien satisfaisants, parce qu'il avait fait tailler les lentilles partielles dans un seul morceau de verre. Fresnel reprit la question, et la résolut complètement; il calcula d'abord les courbures de chacun des anneaux , puis fit connaître comment on pou-

vaitles travailler avec exactitude. M. Arago s'est réuni à lui à l'effet de faiie tles expériences pour trouA er les meilleurs moyens de produire une vive lumière au foyer de ces lentilles, qui permettent de substituer aux pliares par réflexion , les phares par réfraction qui ont une grande supériorité sur eux. Au foyer de ce système de lumière, on a placé une lampe à quatre mèches concentriques, dont la lumière est visible à une distance de dix à douze lieues eu mer. Ce système d'éclairage est en usage aujourd'hui sur les côtes de France.

Que de recherches ont déjà été exécutées sur la réfraction de la lumière! Elles démontrent que la réfraction est une des parties les plus importantes de l'optique , en raison de ses applications et des conséquences qu'on peut en tirer pour la théorie de la lumière. La preuve en est que la théorie de l'émission et celle des ondulations ont toujours cherché à rattacher la loi de la réfraction à l'hypothèse qui leur servait de point de départ.

YI. DE LA DÉCOMPOSITION ET DE LA RECOMPOSITION DE LA lumière; DE LA DISPERSION; — DE l' ACHROMATISME.

Suivant Aristote et ses partisans, la couleur dépendait d'une propriété inhérente aux corps colorés et indépendante de la lumière. Les Cartésiens admettaient , de leur côté , la présence d'un milieu mis en mouvement par l'action des corps colorés, et qui transmettait cette action à l'organe de la vue. Mais Newton donna une explication exacte des couleurs , en analysant les phénomènes qui ont lieu dans la décomposition de la lumière à l'aide du prisme. Ce grand physicien commença par démontrer qu'un rayon de lumière blanche est composé de sept ordres de rayons différents produisant chacun une sensation particulière sur la rétine. Ces rayons sont ainsi rangés d'après leur réfrangibilité , rouge, orangé, jaune, vert, bleu, indigo, violet ; ce dernier étant le plus réfrangible.

Pour obtenir la décomposition de la lumière, il suffit de réfracter un rayon solaire à travers un prisme , et de recevoir l'image sur une feuille de carton blanc, dans une chambre noire. Au lieu de l'image du soleil qui est circulaire, on voit une image allongée perpendiculairement aux arêtes parallèles du prisme , composée des diverses couleurs indiquées ci-dessus, et dont l'ensemble compose ce que l'on appelle le spectre solaire. En expérimentant avec des prismes de différentes substances incolores, ayant le même angle et la même position, les couleurs se succèdent toujours dans le même ordre, mais elles n'occupent pas dans le spectre des espaces proportionnels. La

IXTRODUCTION HISTORIQUE. — OPTIQUE. 123

décomposition de la lumière est due à l'inégale réfrangibilité des différents ordres de rayons lumineux.

Newton avait admis en principe que chaque rayon avait une réfrangibilité qui lui était propre ; il résultait naturellement de là que des rayons également réfrauyibles devaient produire sur nous la même sensation de couleur ; mais nous verrons plus loin que Brewster a montré qu'il n'en était pas toujours ainsi. Newton, après avoir décomposé la lumière blanche en divers rayons colorés , recomposa cette même lumière en reportant sur un même point les rayons diversement colorés. Au moyen des lois de la dispersion de la lumière, on peut expliquer les couleurs irisées d'un corps vu à travers un prisme. Newton donna une règle empirique à l'aide de laquelle il détermma la couleur composée produite par la superposition de plusieurs couleurs prismatiques. Cette règle, qui a été véiifiée par un grand nombre d'expériences, consiste à partager un cercle en sept secteurs différents, dont il donna les angles. Si l'on suppose que chacun de ces secteurs possède une des couleurs du spectre , le rapport des grandeurs de ces secteurs représente le rapport des espaces colorés du spectre. En faisant tourner rapidement un tel spectre autoia* de son centre , il paraît sensiblement blanc.

La réfraction d'un rayon de lumière blanche à travers une substance quelconque, doit donner naissance à plusieurs rayons l'èfractés, en raison de sa composition et d£ la différence de réfrangibilité des rayons colorés. On a donc à déterminer les indices de réfraction de chaque rayon coloré; Frauenhoffer a pris pour li^'ue fixe dans chaque rayon du spectre, la raie principale qui lui correspond, et dont il va être question.

La lumière blanche étant formée de toutes les couleurs simples prises dans la proportion que donne le spectre, il s'ensuit que si l'on supprime l'une de ces couleurs , ou que l'on en altère la proportion , la lumière n'est plus blanche. Dans ce cas , la lumière blanche est donc censée formée et de la lumière enlevée et de la lumière restant au corps; ces deux couleurs sont dites complémentaires l'une de l'autre. La question des couleurs complémentaires a beaucoup occupé Newton , qui a donné une règle à l'aide de laquelle on peut obtenir la couleur complémentaire d'une teinte quelconque.

Di\ erses théories ont été données pour expliquer la couleur des corps. Newton pensait que les couleurs des corps ne leur étaient pas inhérentes, et qu'elles résultaient de la disposition particvdière des molécules qui les rend propres a réilèclùr en plus grande abon-

124 TBAITÉ BE PHYSIQUE.

dance les rayons d'une même couleur , et à transmettre , à éteindre ou absorber les autres.

Pour expliquer les couleurs des corps, Ma ver n'a admis que trois couleurs primitives, le rouge, le jaune et le bleu, sans y comprendre le noir, qui résulte de l'absence de la lumière.

Young choisit pour les trois couleurs fondamentales, le rouge, le vert et le violet; enfin M, Bre>Aster donna aussi une autre analyse du spectre. Ce physicien prend les trois couleurs de ÎNIayer, et pose ensuite en principe que le spectre solaire est formé par la superposition de trois spectres , chacun de couleur homogène , de même étendue , mais dans lesquels le maximum d'intensité n'est pas placé de la même manière. D'après cela, une couleur quelconque du spectre serait donc composée de trois couleurs fondamentales en diverses proportions. M. BreA\ ster a fonde sa théorie sur ce fait, que lorsque l'on fait passer des rayons lumineux dans des dissolutions de même couleur , celles-ci laissent passer un mélange de rayons de cette couleur et de rayons d'une autre couleur. L'hypothèse du physicien anglais peut rendre compte des phénomènes comme celle de \ewton 5 nous reviendrons sur ces théories.

Le spectre solaire présente encore di^•erses propriétés, mais une entre autres que Wollaston paraît avoir aperçue le premier, et dont Frauenhoffer a donné une description complète. Voici en quoi consiste cette propriété : lorsqu'on observe Un spectre avec une lunette, on le voit sillonné transversalement par un grand nombre de raies ou bandes noires très- étroites ; ces raies sont illégalement réparties dans l'intérieur du spectre, et on n'en compte pas moins de six cents, parmi lesquelles on en distingue sept plus faciles à reconnaître , une dans chaque couleur. Frauenhoffer a observé que, pour chaque prisme différent, la position relative des raies change un peu, et que chaque lumière ne donne pas les mêmes résultats. Cette propriété a permis de comparer entre elles les différentes lumières.

Frauenhoffer, qui a fait un grand nombre d'expériences sur les raies, a recomui que, pour la même espèce de lumière, le nombre de raies, leur forme et leur disposition sont tout à fait indépendants de l'angle réfringent du prisme; que les raies de la lumière directe du soleil sont les mêmes que celles de la lumière des planètes , de la lune, des nuages, de l'atmosphère, tandis que la lumière des étoiles, des flammes , de l'électricité , donne des raies disposées d'une autre manière; et que la lumière électrique, celle des lampes, de la flamme de l'alcool, donnent des raies brillantes au lieu de raies obs-

IiNTBODUCTION HISTORIQUE. — OPTIQUE. 125

cures. La lumière qui passe dans le gaz iiitreux ou dans d'autres o-az colorés produit un spectre dans lequel on aperçoit des raies noires irrégulièrement disposées, et dépendantes de la nature de ces gaz.

Sans que l'on puisse encore assigner quelle est la véritable cause de ces raies , on est porté à croire qu'elles sont dues à l'absorption de certains rayons dans le passage de la lumière à travers l'air ou divers milieux.

On voit maintenant pourquoi les raies du spectre peuvent servir de points fixes pour déterminer a's ce une grande précision les indices de réfraction des principaux rayons colorés; car elles permettent de séparer très-exactement diverses parties du spectre sur lesquelles on veut opérer.

De Pair-en-ciel, des halos et des parhélies.

La décomposition de la lumière, sa réflexion et sa réfraction, sont la cause de la production de l'arc-en-ciel, des halos et des parhélies, dont nous ne pouvons nous dispenser de dire quelques mots, bien que nous ayons l'intention d'exposer ces phénomènes dans cet ouvrage avec de grands développemeuts , car nous ne devons rien omettre de ce qui concerne la lumière. On sait que Tarc-en-ciel se produit toutes les fois qu'un spectateur, tournant le dos au soleil, regarde un nuage placé en face de lui et qui se résout en pluie. Assez ordinairement on voit deux arcs ; l'un intérieur, dont les couleurs sont plus vives, l'autre extérieur, plus pâle, et présentant les couleurs du prisme, mais avec cette différence toutefois que dans l'arc intérieur, le rouge est le plus élevé, tandis que dans l'autre, c'est le violet. Ces deux arcs sont dus aux actions combinées de la réfraction , de la décomposition et de la réflexion de la lumière dans les gouttes de pluie; ils ne se montrent que lorsque les rayons incidents font un certain angle avec les rayons émergents.

Antoine de Lominis est le premier qui ait essayé de donner une théorie rationnelle de l'arc-en-ciel. Il indiqua de quelle manière les différentes inflexions de la lumière devaient avoir lieu dans les gouttes de pluie; mais sa détermination n'étant pas exacte relativement à l'are extérieur. Descartes fit voir l'erreur, et traça d'une manière plus précise la marche des rayons. Newton, ayant repris l'explication du phénomène, y ajouta le degré de perfection dont elle manquait pour être complète. Nous n'entrerons dans aucun détail à cet égard , en raison des développements étendus que nous serions obligé de donner pour nous faire comprendre ; nous dirons seulement que les

causes de l'arc-en-ciel sont tellement connues , que l'on peut déterminer par le calcul , la position et l'étendue de chacune des bandes colorées dont il se compose; que toutes les couleurs se trouvent sur des surfaces coniques plus ou moins ouvertes, qui ont toutes pour axe commun la ligne menée par le centre du soleil et l'œil de l'observateur; que le cône du violet est à l'intérieur, faisant avec l'axe un angle de 40" 17'; le cône du rouge à l'extérieur, faisant avec l'axe un angle de 42" 1' ; que l'étendue de l'arc coloré dépend de la hauteur du soleil au-dessus de l'horizon.

Les halos sont des couronnes brillantes et ordinairement colorées qui entourent quelquefois le disque du soleil ou de la lune , qui en est le centre. L'espace compris entre les bords de l'astre et l'intérieur des cercles lumineux , est d'un gris plus intense ou d'un bleu plus foncé . que la couleur de l'atmosphère. Quelquefois on observe un second halo extérieur au premier; ce phénomène a attiré l'attention d'un grand nombre de physiciens, et en particulier de Descartes , d'Huyghens, Mariotte, etc., etc. Descartes pensait qu'il était dû au passage des rayons lumineux dans certaines petites étoiles qui existent dans la neige et deviennent transparentes quand la chaleur commence à les fondre. La lumière, en traversant deux rangées de petites étoiles, produirait la seconde couronne. Huyghens substitua aux petites étoiles des globules d'eau ou de glace ayant au centre un noyau opaque formé d'une espèce de grésil.

Mariotte supposa que le halo devait être attribué à la forme des petites aiguilles transparentes et prismatiques de la neige; cette hypothèse gagne à l'examen , comme nous le verrons. Enfin , M. Arago a fait une observation qui doit être prise en considération dans l'explication que l'on veut donner des halos; cette observation prouve eu effet que la lumière des halos est de la lumière réfractée , ce qui conduit à admettre que le phénomène est dû à la présence de particules glacées dans les hautes régions de l'atmosphère.

Les parhélies sont des faux soleils, images du soleil véritable, qui se montrent quelquefois sur l'horizon à la même hauteur que cet astre, et qui sont toujours unis les uns aux autres par un cercle blanc pareillement horizontal, dont le pôle est au zénith. Ce cercle suit le mouvement apparent du soleil. Les images du soleil qui paraissent sur le cercle, du même côté que le soleil, présentent les couleurs de l'arc-en-ciel, et quelquefois le cercle lui-même est coloré dans la partie qui les avoisine; les images situées du côté opposé sont toujours incolores; celles-ci doivent être produites par réilexion, ainsi que le

grand cercle et les autres par réfraction. Pour compléter la description du phénomène, nous dirons que lorsqu'il se produit, on voit ordinairement autour du soleil une ou plusieurs couronnes circulaires concentriques, qui offrent les couleurs de larc-en-ciel, et quelquefois sur ces couronnes ou sur les points du grand cercle, d'autres linéaments dorés pareils, et même des arcs tout entiers.

Huyghens a essayé de donner une explication des parhélies en s'appuyant sur l'existence dans l'atmosphère de cylindres de grêle, renfermant un noyau intérieur neigeux, opaque, pareillement cylindrique, et dont les extrémités sont arrondies; nous ne pouvons suivre la marche de la lumière dans ces corpuscules de forme déterminée, sans entrer dans des détails qui donneraient trop d'étendue à cette analyse.

Propriétés calorifiques , chimiques et phosphorogéniques de la

lumière.

Nous avons encore à mentionner quatre propriétés importantes que ne possèdent pas au même degré toutes les parties du spectre : les propriétés éclairantes , les propriétés calorifiques , les propriétés chimiques et les propriétés phosphorogéniques.

Herschel a reconnu que le maximum de lumière se trouvait dans les rayons jaunes et verts, et qu'il diminuait jusqu'au rouge et au violet , où se trouve le minimum. Newton avait trouvé des résultats à peu près semhlahles.

Les propriétés calorifiques du spectre solaire paraissent avoir été étudiées la première fois par Leslie, qui annonça que faction calorifique allait en augmentant du violet au rouge. M. Bérard fixa le maximum dans le rouge; Herschel dans la bande obscure qui le suit. M. Seebeck, en 1828, observa que la position du maximum variait avec la nature du prisme réfringent; M. Melloni annonça que ce maximum était d'autant plus écarté du jaune vers le rouge, que la matière du prisme était plus diathermane, et qu'il y avait un spectre calorifique comme un spectre lumineux.

Quant aux propriétés chinn'ques des rayons colorés, elles ont attiré depuis longtemps l'attention des physiciens et des chimistes. On connaissait, dès 15.56, la propriété que possède la lumière solaire de réagir chimiquement stir di\ers composés, car on avait remarqué que l'argent corné naturel (ciilorure d'argent) extrait de la ferre brunissait à la lumière; mais ce fut Schèele qui, le premier, analysa cette action en étudiant l'action des différentes parties du spectre sur un

128 TBAITÉ DE PHYSIQUE.

papier enduit de chlorure d'argent; il reconnut que l'effet était plus marqué dans les rayons violets que dans les autres.

En 1722, Petit montra que les dissolutions de salpêtre et de sel ammoniac exposées au soleil donnaient, en s'évaporant, des végétations plus belles qu'à l'ombre; Beckman reconnut qu'en exposant du phosphore à la lumière solaire, dans l'azote ou d'autres gaz, il se déposait, sur les parois du vase, une poudre variant de couleur d'un milieu à l'autre, tandis qu'à l'ombre il ne se produisait aucun effet.

Wollaston et Ritter, en reprenant l'expérience de Schèele, montrèrent que la partie impressionnée s'étendait non-seulement a travers l'espace occupé par le violet, mais encore à un degré égal , à pareille distance environ au delà du spectre visible : Wollaston en tira la conséquence que les effets produits devaient être attribués non à des rayons perceptibles à la rétine , mais à d'autres rayons invisibles qui les accompagnent et qui sont plus réfrangibles qu'eux. Diverses substances impressionnables, soumises à l'action des rayons chimiques du spectre, ont conduit à des résultats intéressants. jMM. Gay-Lussac et Thénard découvrirent l'action bien remarquable de la lumière solaire de l'hydrogène sur le chlore; un grand nombre d'autres faits que nous ne mentionnerons pas ici , avaient démontré que la lumière solaire , dans certains cas , agissait comme force chimique.

Lorsqu'on examine l'action du spectre solaire sur différentes substances impressionnables , on reconnaît que ce ne sont pas les mêmes portions du spectre dans lesquelles s'exercent les actions chimiques , ou du moins que l'étendue du spectre chimique; pour chaque substance, est différente. Pour une même substance impressionnable, il change peu avec la nature du prisme ; mais si l'on considère le spectre formé par la réfraction d'un faisceau de rayons solaires à travers un prisme de flint-glass, on remarque que, pour le bromure d'argent, le chlorure d'argent, Tiodure d'argent, et, en général, pour la plupart des sels d'argent, l'action s'étend du bleu jusqu'au delà du violet, à une distance au moins égale à la moitié du spectre. Si l'on emploie l'action chimique de l'acide chromique sur les matières organiques, le spectre chimique s'étend depuis le milieu du vert jusqu'à quelque distance de l'extrême violet.

Dans quelques circonstances, la lumière est accompagnée de deux sortes de rayons, les uns produisant une réaction, et les autres détruisant cette réaction : l'action de la lumière sur la résine de gaiac en est un exemple. Cette résine bleuit par l'action de rayons chimiques

INTBODUCTION HISTORIQUE. — OPTIQUE. 129

situés dans la partie la plus réfrangible du spectre lumineux, et même au delà; redevient jaunâtre , une fois qu'elle a été bleuie, dans les rayons les moins réfrangibles ou dans le rouge. On avait pensé d'abord que, dans ce cas, la chaleur agissait seule; mais M. Herschel a montré que le maximum d'action ne correspondait point au maximum de température ; différents oxydes se comportent comme la résine de gaiac. Il en est de même de l'action d'un iodure alcalin sur un sel d'argent noirci ; on sait que lorsqu'une solution d'iodure contient beaucoup de ce sel , tout le sel d'argent noirci, ou du moins tout l'argent réduit, se change promptement en iodure , même sans le secours des rayons chimiques. Mais quand la solution d'iodure est faible , le papier ne blanchit que sous l'action de la lumière ; et on peut voir , d'après M. Herschel , que , quand la couche d'iodure est très-faible sur un papier préparé avec un sel d'argent et noirci antérieurement , le papier blanchit dans les rayons les plus réfrangibles, et noircit davantage dans la partie la moins réfrangible du spectre solaire.

M. Edmond Becquerel a découvert une autre action qui met en évidence une nouvelle propriété de la lumière sur les sels d'argent en général.

« A partir de la limite d'action du spectre chimique ordinaire qui « agit sur ce sel , jusqu'au rouge , il existe des rayons chimiques dont '( la seule fonction est de continuer une réaction chimique com- « mencée. Si, par exemple, on opère avec l'iodure ou le bromure « d'argent, on a un spectre chimique qui s'étend , en général, depuis «' le milieu du bleu jusqu'au delà du violet. " Ce spectre particulier est dû à l'action dfe rayons que M. Edmond a nommés contimiateurs y attendu que leur action ne se manifeste que lorsque le sel a été soumis préalablement à l'action des premiers.

D'après ce qui précède , on voit que les effets chimiques sont produits par des rayons qui accompagnent les rayons lumineux et qui, comme ces derniers , sont soumis aux mêmes lois physiques de réflexion , de réfraction , de polarisation et d'interférence. Ces rayons, que l'on a nommés rayons chimiques, sont répartis dans tout le spectre; et, suivant telle ou telle substance impressionnable, le spectre chimique s'étend depuis telle partie réfrangible jusqu'à telle autre.

M. Edmond Becquerel a publié tout récemment un travail , dans lequel il établit que les différents spectres chimiques qui agissent sur diverses substances impressionnables, ont les mêmes raies que le I. 9

spectre lumineux, et qu'au delà de l'extrémité du violet, où Ton ne peut en distinguer que très-peu dans le spectre lumineux, le spectre chimique présente un grand nombre de raies ; la partie occupée par ces dernières est d'une étendue d'environ moitié de la longueur du spectre. Ces raies ont été dessinées par M. Ed. Becquerel, qui a déterminé leurs rapports. On doit conclure de là que la même cause qui produit l'absorption de certains espaces lumineux, produit également l'absorption des espaces correspondants des rayons chimiques.

La lumière renferme aussi des rayons qui possèdent le pouvoir phosphorogénique. M. Ed. Becquerel, en analysant l'action du spectre sur les phosphores de Bologne et de Canton (sulfures de barium et de calcium) qui deviennent lumineux dans l'obscurité, après leur exposition préalable à la lumière solaire, a reconnu que pour le sulfure de calcium, le spectre phosphorogénique qui s'étend depuis l'indigo jusque bien au delà du violet, avait deux maxima d'intensité, l'un dans le violet, l'autre au delà : le spectre qui agit sur le sulfure de barium, a la même étendue à peu près, mais il n'a qu'un maximum situé au delà du violet. M. Ed. Becquerel a trouvé, en outre, qu'à partir de l'indigo jusqu'au delà du rouge, il y avait des rayons qui détruisaient la phosphorescence , lesquels n'avaient pas encore été observés : il a démontré aussi que le spectre phosphorogénique avait les mêmes raies que les spectres des autres rayonnements.

De la, duper sion.

Quand on réfracte la lumière dans des prismes de nature différente, on trouve que les diverses couleurs, quoique disposées dans le même ordre, n'occupent pas les mêmes longueurs proportionnelles. Ce phénomène se rattache aux grandeurs des indices de réfraction correspondant à chaque couleur. On a appelé dispersion la différence des indices de réfraction du violet et du rouge pour un prisme de même substance. Ainsi , une substance est d'autant plus dispersive que cette différence est plus grande. On a appelé pouvoir dispersij le quotient de la division de la dispersion par l'indice moyen de réfraction, celui du rayon jaune, diminué de l'unité.

De Vachromaiisme,

Quand un faisceau de rayons solaires tombe sur une lentille, les rayons diversement colorés, à cause de la différence de réfrangibilité, convergent vers des points différents de l'axe, et produisent ainsi des foyers colorés. C'est à cette diffusion de couleurs, dans les

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images formées par les lentilles, qu'on a donné le nom ^'aberration de réfrangibilité, que l'on corrige au moyen de l'achromatisme ; ainsi, des lentilles sont achromatiques quand elles forment à leur foyer des images incolores.

Newton n'avait mesuré la dispersion que dans le cas du passage de la lumière, de l'air, dans le \erre et dans l'eau ; et comme, dans ces deux cas, le rapport de réfrangibilité des rayons extrêmes était sensiblement le même, il en avait conclu que ce rapport existait également pour toutes les substances, et que, dès lors, le problème de l'achromatisme était impossible à résoudre. Euler répondit qu'il ne pouvait en être ainsi, attendu que le cristallin était achromatique. Clairaut et d'Alerabert s'occupèrent également de la question. En 1733, Hall construisit des lunettes achromatiques sans faire connaître son procédé; tandis que Jean Dollond, en 17.57, fit la même découverte qu'il rendit publique. Il construisit une lentille à peu près achromatique avec une lentille biconvexe en crown-glass, et une lentille biconcave en flint-glass; par cet arrangement, l'achromatisme était imparfait, puisque l'application de deux verres n'ayant pas le même pouvoir réfringent, rend seulement parallèles deux des rayons du spectre. Si l'on voulait obtenir une image complètement blanche, il faudrait avoir une lentille composée de sept verres^ ayant des indices de réfraction différents. Mais comme les variations de réfrangibilité présentent peu de différence, il s'ensuit qu'en rendant parallèles, après leur émergence, les rayons qui se trouvent à la limite du spectre, les autres le sont sensiblement.

M. Amici a voulu construire des lentilles composées de plusieurs autres superposées ; mais il n'a obtenu que des images peu distinctes.

Rochon a construit un appareil nommé diasporatnètre , qui sert à achromatiser un prisme quelconque, en déterminant l'angle qu'il faut donner à un second prisme, ayant un autre indice de réfraction et que l'on fait coïncider avec le premier.