CHAPITRE XIV

OBSERVATIONS DiTAGHÉES ^ INSTRUBf£NTS NOUVEAUX FONDÉS SUR LES PROPRIÉTÉS DES RATONS POLARISÉS

§ 1. — De la polarisation produite par les lames très-minces.

Nous avons vu précédemment que les deux parties d'un faisceau lumineux, transmises et réfléchies par un miroir de verre, sont polarisées Tune et Tautre, mais dans deux sens rectangulaires. Il n'en est pas ainsi de la lumière qui se décompose entre deux objectifs pour y former les anneaux colorés dont Newton s'est tant occupé. En analysant, à l'aide d'un rhomboïde, la lumière des anneaux transmis, on la trouve polarisée dans le même sens que celle des anneaux réfléchis.

Quelle que soit l'incidence , si la lumière directe ne traverse qu'une seule lame de verre, elle ne reçoit qu'une polarisation partielle, tandis que sous l'angle de SS"" environ, la lumière des anneaux transmis est complètement polarisée.

Ces phénomènes seraient très -difficiles à concilier dans le système de l'émission; ils sont, au contraire, une conséquence nécessaire de l'hypothèse qu'une onde deux fois réfléchie dans la lame mince , concourt à la formation des anneaux transmis ; ils semblent même pouvoir être considérés comme une preuve démonstrative de la doctrine des interférences : c'est particulièrement sous ce

1. Ce chapitre ne figure pas dans la traduction anglaise de Tarticle Polarisation Insérée dans V Encyclopédie britannique; les paragraphes 1, 2, 7 et 8 ont été écrits en 1826; les autres ont été ajoutés postérieurement à des époques différentes.

point de vue que j'ai pensé devoir leur consacrer ce paragraphe.

§ 2. — De la polarisation de la lumière dans l'atmosphère i.

La lumière atmosphérique, celle qui forme la teinle appelée Tazur du ciel, est partiellement polarisée.

Près du Soleil cette polarisation est à peiné sensible. Elle augmente graduellement à mesure qu'on s'éloigne de l'astre, et atteint son maximum quand la distance angulaire est de 90%

Quand un rayon réfléchi forme un angle de 90* avec le rayon direct, ce dernier rayon a dû rencontrer le miroir réfléchissant sous un angle demi -droit, 45' est donc, sur l'atmosphère, l'inclinaison qui correspond à la polarisation maximum.

Ce résultat a été présenté comme une preuve à l'appui de la loi que nous avons rapportée dans le chapitre vi, page 315 ; mais il aurait fallu remarquer,. d*une part, qu'il n'y a dans l'atmosphère que polarisation partielle, tandis que la loi en question est relative aux polarisations complètes, et de l'autre , que la réflexion qui amène les rayons du Soleil à l'œil , dans une direction formant un angle de 90° avec les rayons directs, a dû s'opérer sur les molécules et non pas sur les couches atmosphériques; dans l'ignorance où nous sommes sur la densité de ces molécules, le phénomène de la polarisation atmosphérique ne se rattache point à ceux que présentent les miroirs diaphanes et conserve un caractère spécial.

1. Voir l'Appendice pour l'époque de la découverte de quelquesuns des phénotnènes dont il est question dans ce paragraphe.

DE LA LUMIËRB. 395

Yoici , du reste , quelques particularités nouvelles qui me semblent bien dignes de remarque.

Imaginons que , sur le soir, on étudie la polarisation de la lumière atmosphérique dans toute l'étendue d'un plan vertical passant par le Soleil. Comme nous l'avons déjà dit, l'intensité de la polarisation ira graduellement en augmentant quand le point de mire s'éloignera de Tastre de l'occident à l'orient; le maximum sera à 90**; plus loin la polarisation deviendra de moins en moins apparente; bientôt, enfîn, on atteindra un point où l'on n'apercevra aucune trace de polarisation sensible. Au delà de ce point neutre, la lumière est de nouveau polarisée, mais négativement, ou, en d'autres termes, à angle droit avec le sens de la polarisation antérieure. Si l'image ordinaire fournie par un rhomboïde était la plus intense depuis le Soleil jusqu'au point neutre, ce sera , au delà de ce point , l'image extraordinaire qui jouira de la même propriété.

Tous ces phénomènes sont visibles même après le coucher du Soleil. A mesure que l'astre descend sous l'horizon, le point neutre s'élève au-dessus de ce plan et avec une telle régularité qu'en déterminant sa position, on peut en déduire assez bien celle du Soleil lui-même. C'est, il me semble, un résultat digne d'attention.

§ 3. — Horloge polaire.

L'horloge polaire est un instrument d'optique destine à indiquer l'heure par l'observation du plan de polarisation de la lumière du ciel bleu dans la direction du pôle.

Elle repose sur ce principe que j'ai découvert, quefc lumière, en un point quelconque du ciel bleu, estpol^ ristV? dans le plan qui passe par Tœil de T observateur éI du Soleil ; d'où il résulte que, si Tobservateur vise toojours au pôle nord , le plan de polarisation coïncidera l chaque instant avec le cercle horaire du lieu de l'obsa^ valion.

1/idoo de faire ser\ir les changements de couleur des lunules du polariscope, pointé dans une direction dooofe sur un oîol serein à la détermination de l'heure, Tidée de f;ûre un cadran chromatique remonte à 1816. A cette ô^wiiio • je m'en entretins plusieurs fois avec M. de Humlx>îdt : mais n^ax'ant , je crois, rien publié à ce sujet, Thonneur de la consînxction de Thorloge polaire, je le rtwr.îuùs avec empressement et sans résene, revîd c\:V,:>;\on^.e'.^î à M- Wh-:a*s:c^ne qui a présenté en 18JÎ, i "'V;.«i':r.ve A:<Si.\ç:>^?s de Paris, une horloge polairt K*\::.::>: rar M. S:'-:". Au resie, la méthode, inft :\ ••.;,f'':' :vr,: i-:< î^-•^:^::r-^ie^ Î!ihêr>?ntes à robservatid :•:■,: cc:^, t<: s^j-fr-? i des difficultés très-graves, ,:•£ "i --dri-jre d:::' îr?s réflexions mallipb

•\: ■»:•■:■: te< .:u5 <^ji:?'V-< 3e :i ];^>'arisatioD atmosplrf'

• :••. :-''•.: '-• r^-:*! -:îs: r.irôr'I^scseat couvert. V :.■..: ;c:,«sf:i >: n rœ' "erK ::n cas de changeflrf

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V' : .:r 5: rr-^s- .^'ir::^ "ji irczè îe movendetep • .^ * ■ :? ttl! :-^:r^ rrn rco±?fr du Soleil, Jtf v. i. c. i -s^i :»a':^i fîtcr; Je S:ù£ rîC le coochaot. û

corps sera, je suppose, vert. Il paraîtra vert également, si , sans rien changer aux positions relatives de Tœil et du corps, on se tourne vers le levant. Si , au même moment, tout restant dans le même élat quant à la position et à rinclinaison du rayon visuel , on regarde le corps dans la direction du sud ou dans celle du nord, il paraîtra d'un rouge vif. Dans les directions intermédiaires, les couleurs du corps sont des mélanges de rouge et de vert dans lesquels ces deux espèces de rayons prédominent chacune à leur tour.

§ I. — Des modifications que la polarisation apporte aux phénomènes

d'absorption.

La lumière éprouve en traversant tous les corps diaphanes connus une absorption plus ou moins considérable que les physiciens ont essayé de mesurer, mais dont ils n'ont donné jusqu'ici aucune théorie satisfaisante. Dans l'état actuel de nos connaissances, l'absorption est peut* être le fait le moins bien expliqué de toute l'optique.

Personne n'ignore que la lumière blanche se colore fortement en traversant un grand nombre de milieux so^ lides ou liquides. Il est clair, en ce cas, qu'une partie des rayons dont cette lumière était primitivement composée a du être arrêtée dans son trajet à travers les molécules du corps. Si les rayons qui manquent dans le faisceau transmis se trouvaient dans la lumière réfléchie, le phé* nomène pourrait aisément se rattacher à celui dés anneaux colorés; mais malheureusement il n'en est pas ainsi et il suffit pour s'en convaincre de remarquer que les milieux colorés sont souvent de la même teinte par

et par transmission. Il y a donc de la lumière perdae, mais comment? Dire qu'elle a été absorbée, c'est substituer un mot à un autre mot! La lumière perdue, suivant quelques auteurs, est celle qui a choqué les molécules matérîdies du corps; T autre portion a passé dans les interstices ; mais qu'on explique, dans ce système, comment il arrive, par exemple, que certains verres bleus absorbent simultanément des rayons qui dans le spectre occupent le milieu du rouge , Torangé , la plus grande partie du jaune , le milieu du bleu , l'indigo, tandis que toutes les nuances intermédiaires passent librement. Par quelle chance bizarre les points matériels auraient -ils obstrué la route d'un certain rayon rouge et nullement celle des rayons de même nuance , mais plus ou moins avancés seulement dans l'ordre de réfrangibiUté?

On ne rencontre pas de moindres difBcultés lorsqu'on suppose , avec plusieurs physiciens distingués, que l'absorption est un i^énomène chimique, dépendant comme tous les autres phénomènes de ce genre , de l'action plus ou moins forte que la matière du corps exercera sur les molécules de diverses espèces dont la lumière blanche est composée ; et , en effet , il existe des substances cristallines qui présentent telle couleur particulière quand les rayons la traversent dans une certaine direction et une couleur toute différente si le sens de la transmission est changé. Dans ce nombre, je citerai particulièrement le sel remarquable découvert par Wollaston en 180& et qui est du chlorure double de potassium- et de palladium ; il ^^^ le long de l'axe du prisme à quatre faces dans le-

quel il cristallise, un rouge intense, et dans une direction transversale un vert d'une grande vivacité. Je citerai aussi la dichrolteou iolite, silicate triple d'alumine, de magnésie et de protoxyde de fer, qui est d'un beau bleu dans la direction de l'axe, et d'un gris jaunâtre dans une direction perpendiculaire à cette ligne.

Les phénomènes dont je vais parler sont encore plus singuliers, et ils ne feront que compliquer davantage, s'il est possible, la question de l'absorption. Ici, en effet, la teinte du faisceau transmis changera quoique le corps se présente aux rayons incidents par les mêmes faces et sous les mêmes inclinaisons. Pour amener ce résultat, il nous suffira de changer l'orientation de la face d'entrée, de la faire tourner dans son propre plan, d'amener à droite l'arête qui était à gauche, etc.

On a découvert que dans quelques échantillons de cristaux doués de la double réfraction, l'absorption est notablement modifiée et par l'espèce de polarisation qu'a pu recevoir le faisceau incident et par la position de l'axe du cristal. Ce sont ces curieux phénomènes que je vais décrire ici aussi succinctement qu'il me sera possible.

Certains échantillons de sulfate de baryte ont une teinte violacée assez apparente. Taillons un de ces échantillons dans un certain sens et de manière que les faces opposées soient parallèles. Supposons maintenant qu'un faisceau blanc polarisé traverse le cristal dans une direction perpendiculaire aux deux faces artificielles. Le faisceau était blanc en entrant, il sortira peut-être avec une teinte violette ; jusqu'ici l'expérience ne présente rien de remarquable : tout verre violet aurait produit le même

effet. Mais si ce verre tournait dans son plan, il n^en résulterait aucun changement ni dans la nature de la teinte transmise ni dans sa vivacité ; tandis qu'un mouvement analogue du cristal , les faces d'entrée et de sortie demeurant toujours perpendiculaires au faisceau incident, pourra amener un changement total dans la couleur du faisceau transmis. Ainsi ce faisceau qui, par hypothèse, était d'abord violet, deviendra jaune verdâtre, quand le cristal aura tourné sur lui-même de 90%

On sentira toute la singularité de ce phénomène si Ton veut bien remarquer que, dans les deux positions rectangulaires du cristal , le faisceau lumineux en passant de la première à la seconde face, a rencontré les mêmes molécules matérielles; que l'orientation de ces molécules, relativement au plan primitif de polarisation, ayant seule varié, a dû seule aussi occasionner le changement de couleur dujaisceau transmis.

11 résulte de ces expériences qu'un faisceau de lumière directe auquel on a fait traverser certains cristaux de sulfate de baryte, ne doit plus se décomposer dans un rhomboïde de carbonate de chaux en deux images semblables et de même intensité; et, en effet. Tune des images est violacée et l'autre jaune verdâtre.

Puisque dans une position déterminée du sulfate de baryte, les rayons qui le traversent, s'ils sont polarisés dans divei^s plans , n'éprouvent pas des absorptions pareilles, les deux faisceaux ordinaire et extraordinaire eo lesquels la lumière directe se divise à l'instant ou elle pénètre dans le cristal, doivent quand ils en sortent avoir des intensités et des nuances dissemblables. Il n*est

OË LA LUMIËRË. 404

donc plus permis maintenant de dire que tout cristal doué de la double réfraction partage la lumière naturelle en deux images d'égale intensité.

Comme il n'y a que les cristaux colorés et doués de la double réfraction qui jouissent des propriétés singulières dont je viens de parler, il était naturel de penser qu'à travers des plans perpendiculaires à Taxe, on n'observerait rien de pareil : l'expérience a confirmé cette conjecture. On ne sait pas encore bien suivant quelles lois les teintes varient quand on passe graduellement des coupes parallèles à Taxe aux coupes perpendiculaires.

§ 5. — Polarisation par réfraction de la lumière qui fait vuir les corps. — Couleur propre des corps. — Cyanométrie.

Peu de temps après la découverte de la polarisation chromatique^ je reconnus que les rayons qui font voir les corps viennent de leur intérieur, car ils sont polarisés par réfraction ; ce fait a été, quelque vingtaine d'années après, publié comme une découverte par des physiciens allemands. Je n'ai pas réclamé, soit parce que je n'ai pas eu une connaissance suffisante de leurs Mémoires, soit, quoique mes observations fussent connues et professées dans tous les cours de physique de Paris, parce que je croyais que par négligence j'avais oublié de publier mon observation ; mais j'ai trouvé que la notoriété provenant d'une publication ne me manquait pas. En effet, dans les Annales de chimie^ année 1817, tome iv, page 98, j'ai écrit ce passage^ :

1. La Note du tome IV de la 2* série des Annales de ciiinue et de physique est insérée ci-après à l'Appendice.

« Les rayons qui forment la couleur propre des corps émanent de leur intérieur. Ce qui paraît surtout le prouver, c'est qu'ils sont polarisés sous toutes les inclinaisons, comme de la lumière transmise, ainsi que je l'ai reconnu même pour la couleur des métaux. »

Dans cette même Note des Annales de chimie et de physique, j'employai comme procédé cyanométrique la lumière réfléchie au lieu de la lumière transmise à travers une pile de plaques, comme je l'ai fait depuis.

J'insiste sur l'observation que j'avais faite que les rayons qui forment la couleur propre des corps, même celles des métaux, émanent de leur intérieur, puisque ces rayons sont polarisés par réfraction.

Tout cela est antérieur au Mémoire de M. Bénédict Prévost, dans lequel il soutient, mais sans le prouver, que la lumière qui fait voir les corps colorés vient de Tintérieur.

Dans cette même Note se trouve indiqué le moyen de rendre les observations de dispersion de diverses substances exactement comparables. Ce moyen consiste à viser avec un verre bleu aux bandes obscui'es que présente alors le spectre prismatique.

Les procès-verbaux des séances du Bureau des longitudes constatent que le 20 janvier 1839 , j'ai cité une expérience que j'avais faite au sujet de la lumière par laquelle on voit une plaque de porcelaine. La quantité de lumière polarisée est la même, quand on regarde en dehors de la direction du rayon réfléchi régulièrement, qu'on ait éclairé le corps soit par de la lumière neutre, soit par de la lumière polarisée dans un sens ou dans un autre.

J*en ai conclu que la lumière par laquelle on voit les corps s'est formée sous Tirifluence de la lumière incidente. C'est une sorte de phosphorescence instantanée qui disparaît avec la cause qui Ta fait naître. Telle était l'opinion d'Euler, qui n'avait pas donné de preuves à l'appui.

Je crois devoir prémunir les physiciens qui voudraient répéter mes expériences sur la lumière propre des corps, contre une cause particulière d'erreur qui me donnerait trop raison. Les verres opalins fabriqués dans nos verreries ont presque tous des axes de réfraction très-prononcés. Ils se comportent, relativement aux rayons polarisés qui les traversent, comme les lames douées de la double réfraction, et les dépolarisent dans les mêmes circonstances. Seulement, la dépolarisation, dans les positions les plus favorables de ces verres, ne paraît pas aller, comme avec les cristaux ordinaires, jusqu'à donner deux images d'intensités parfaitement égales dans le cristal analysateur primitif.

§ 6. — Sur la lumière des corps incandescents. — Application à la recherche de la constitution physique du Soleil.

Le 14 juin 1824 j'ai rendu compte à l'Académie des sciences des expériences que j'avais faites, il y avait déjà longtemps, sur la lumière des corps incandescents. J'ai reconnu que cette lumière, si les corps sont solides oii gazeux, est partiellement polarisée par réfraction quand les rayons observés forment avec la surface de sortie un angle d'un petit nombre de degrés. Quant à la lumière des gaz enflammés, elle ne présente sous aucune incli-»

404 NOTICE SUR LA POL ARISATIOxN

naison des traces de polarisation sensibles. J'ai tiré de ces expériences la conséquence qu'une portion notable de la lumière qui nous fait voir les corps incandescents, se forme dans leur intérieur et jusqu'à des profondeurs non encore complètement déterminées. Le même moyen d'observation peut être appliqué à l'étude de la constitution physique du Soleil ; les résultats que j'ai obtenus dans cette recherche confirment les conjectures de Bode, de Schrœter, d'Herschel.

Ce paragraphe est extrait textuellement du tome xxvu, p. 89, des Annales de chimie et de physique.

§ 7. — Des anneaux colorés qui se forment à l'aide de la lumière polarisée, autour des axes optiques des cristaux. — Cristaux <\ un seul axe.

Concevons qu'une plaque cristalline à un seul axe optique, comprise entre deux plans parallèles perpendiculaires à cet axe, soit traversée rectangulairement par un faisceau polarisé ; si l'on analyse la lumière émergente, soit par réflexion, à l'aide d'un miroir de verre, disposé de manière à se laisser traverser librement par les rayons qui conserveraient leur polarisation primitive, soit avec une lame de tourmaline dont l'orientation , au contraire, soit telle qu'elle doive arrêter ces mêmes rayons, on n'aperçoit qu'une seule nuance sensible et uniforme dans tous les points de la plaque, pourvu qu'à raison de sa petite étendue ou de sa distance à l'œil , les rayons polarisés qui la traversent puissent être considérés comme parallèles : mais il n'en est plus de même toutes les fois que les rayons menés de la pupille aux divers points de la plaque

ne LA LtIHlËRE. lOS

sont sensiblement inclinés à sa surface ; or, cela arrive nécessairement, quelle que soit l'étendue de la plaque, quand on l'observe de très-près. Alors celui de ses points que te rayon perpendiculaire rencontre paraît entouré d'un grand nombre d'anneaux colorés circulaires, séparés en quatre parties égales par une belle croix obscure dont les branches s'élargissent beaucoup à mesure qu'on s'éloigne du centre (fig. 10). Les anneaux s'arrêtent à la

polariii* lyint tnTSné

croix, ils n'en traversent pas les branches; ils vont tous seulement s'y perdre par une dégradation d'intensité fort rapide.

Si l'on emploie pour faire cette expérience de la lumière polarisée homogène, on voit encore une nombreuse série d'anneaux lumineux, mais alors ils n'offrent qu'une seule nuance, et ils sont séparés par une série intermédiaire d'anneaux obscurs.

Pour chaque espèce de lumière homogène et pour chaque nature de substance, les carrés des diamètres

des anneaux de même rang dans des plaques d'épaisseurs différentes, sont en raison inverse des racines carrées de ces épaisseurs.

D'habiles physiciens ont longtemps soutenu que les anneaux des lames cristallisées perpendiculaires à Taxe, quand ils sont produits avec de la lumière blanche, présentent le même ordre et la même dégradation de nuances que les anneaux ordinaires dont le point de contact de deux lentilles de verre superposées est entouré ; mais on trouve des exceptions à cette règle beaucoup trop frappantes pour qu'il ne faille pas en conclure que jamais elle n'est rigoureusement exacte, et qu'alors même qu'elle semble applicable, il suflQrait, pour trouver des anomalies, »,| de substituer à la simple inspection de la bande coloràl^j^ un moyen d'observation moins imparfait. Le cristal comii sous le nom d'apophylliie (silicate double hydraté (fe|p^/ chaux et de potasse) est celui qui montre peut-être ao plus haut degré à quel point il faut se garder d'ad-,^^ mettre l'assimilation proposée. Dans ce cristal, en effet, 1,.^^ les anneaux que la polarisation développe, au lieudepi^lj; senter les teintes vives et dégagées de ceux que Newtd a décrits avec tant de détails, sont alternativement blanc» et d'un violet très-sombre, presque noir. Aussi, comiM il fallait s'y attendre, quand on fait l'expérience avecà la lumière homogène, trouve-t-on que les diamètres fe anneaux sont à peu près les mêmes dans toutes les couleurs ; ajoutons que les très-petites différences qu'o^^ ï remarque ne suivent pas, en tous cas, l'ordre des réfra^ gibilités; les diamètres des anneaux rouges, parexefflp sont exactement égaux à ceux de la lumière placée «b^

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coufins du bleu et de Tindigo ; les diamètres des anneaux verts un tant soit peu plus petits, et ceux des anneaux violets légèrement plus grands. Dans certaines variétés assez rares d'apophyllite, les anneaux ne sont pas égaux, mais au lieu de diminuer quand on passe des rayons rouges aux rayons les plus réfrangibles, ils augmentent, au contraire, très-rapidement et de telle sorte que les anneaux correspondants aux rayons d'une moyenne réfrangibilité ont des diamètres infinis. Plus près de l'autre extrémité du spectre, les diamètres deviennent de nouveau finis, mais ceux des rayons violets surpassent toujours beaucoup les diamètres des anneaux rouges. Il résulte de là qu'en employant de la lumière blanche on devait trouver dans les anneaux composés de ces variétés d'apophyllite , un ordre de couleurs précisément inverse de celui que présentent les anneaux de Newton, comme l'expérience Ta montré.

Ceux que ce genre de recherches pourrait intéresser trouveront dans l'hyposulfate de chaux un cristal qui donne aussi naissance à des anneaux dont les teintes ne sauraient être assimilées à celles des anneaux newtoniens. Le carbonate de chaux , le béryl, la tourmaline et même la glace (eau congelée ) leur offriront, au contraire, une distribution des nuances prismatiques peu différente de celle des anneaux ordinaires.

A l'œil nu, la lame cristalline paraît tout à fait blanche; la tourmaline ou le miroir réfléchissant dont nous nous sommes servis pour analyser le faisceau transmis ne nous ont fait apercevoir des couleurs qu'en tamisant diversement deux séries d'anneaux de même diamètre dont les

sna

jaq

teintes étaient complémentaires et qui s'étaient jusque-li neutralisées.

Les deux séries étant polarisées dans deux plans rectangulaires, quand l'une traversait librement le miroir m la tourmaline, l'autre devait se réfléchir. Pour voir le» m deux séries simultanément, il faut examiner la plaque l îier l'aide d'un cristal doué de la double réfraction; alors» m Tune des suites forme l'image ordinaire, l'autre passe tout entière à l'image extraordinaire ; alors si la première offre une croix noire, la seconde présentera une croix blanche de mêmes dimensions, etc., etc.

J'ai supposé jusqu'ici que la lame en expérience avait ses faces rigoureusement perpendiculaires à l'axe do cristal et qu'elle était rencontrée rectangulairement parle faisceau polarisé ; c'est là ce qui donnait aux anneaux de toutes les nuancés une figure exactement circulaire; mais lorsqu'une de ces conditions ou toutes les deux à a fois cessent d'être satisfaites, les anneaux deviennent elliptiques.

Les phénomènes de coloration dont je viens de rendre compte, et qui se manifestent par une formation d'anneaux, n'apprennent rien de neuf concernant les modifications que la lumière polarisée éprouve en traversant les lames cristallisées; ils montrent seulement d'un coup } d'œil les elfets qui résultent des inclinaisons différentes sous lesquelles les rayons transmis se présentent à l'axe de i la lame, ce qui peut être commode dans quelques circonstances; car lorsque le cristal était coloré d'une seule nuance, à cause du parallélisme approché du faisceau éclairant, pour étudier Tordre de succession des couleurs

)risinatiques il fallait faire une expérience particulière i chaque inclinaison. La croix noire elle-même exige i peine une remarque spéciale : qui n'a vu, en effet, rju'elle n'est pas autre chose que la série de points du cristal dont la situation par rapport à l'œil se trouve telle que les rayons qui les traversent conservent leur polari-sation primitive ?

§ 8. — Cristaux à deux axes.

Les cristaux à un seul axe ne donnent jamais qu'une série d'anneaux ; deux séries distinctes existent dans les cristaux à deux axes, mais on ne peut pas toujours les voir simultanément.

Pour apercevoir les anneaux des cristaux dont nous venons de nous occuper, il suffit que, dans le faisceau polarisé transmis par la lame, un rayon ait suivi la direction de l'axe et qu'il soit au nombre de ceux qui entrent dans l'œil.

H faut précisément la même condition dans les cristaux à deux axes. Si parmi le faisceau de rayons transmis par la lame compris dans le champ de la vision, deux se sont mus dans la direction des deux axes, un système d'anneaux s'apercevra autour de chacun de ces rayons, ijuand on voudra comparer d'un coup d'œil les deux séries d'anneaux, il faudra donc, pour se soustraire à Tobligation de regarder très-obliquement dans l'appareil, choisir des cristaux dont les deux axes ne fassent pas entre eux de trop grands angles. Ceux de nitre, par exemple, sont dans ce cas.

tlO . NOTICE SUR LA POLARISATION

Ce sel cristallise sous la forme d'un prisme heisèdn régulier et il a deux axes optiques contenus dans un pli parallèle à Taxe géométrique du prisme. Coupons a cristal prismatique de nitre par deux plans perpeDdi» laires à son axe géométrique et éloignés l'un de l'ani» de 4 à 6 millimètres.

Plaçons la lame qui en résultera soit entre les den miroirs réfléchissants, soit entre les deux tourmallDn dont nous nous servions tout à l'heure, et à l'inslant

paliriié« ajant traTtn*

apercevrons deux séries d'anneaux de la plus grande beauté, autour des deux points de la plaque qu'on a appelés du nom de pâles et qui sont les points dans lesquels elle est rencontrée par les rayons visuels situés sur les prolongements des axes optiques. En examinant le phénomène avec attention, on verra d'abord autour de chaque pôle un certain nombre d'anneaux isolés; ensuite ou d('.couvrira un anneau de la première série qui croiser» (tur son contour un anneau de la série voisine, de mani^ ft former par lour réunion une espèce de 8 ; plus loin, un seul (-t mOine iuineau entourera les deux pôles; mais il

)frrira, vers le milieu de la ligne qui les sépare, une inlexion très-sensible.

Dans les anneaux suivants, la flexion paraîtra de moins en moins visible; enfln, bientôt, les anneaux n'auront qu'une seule courbure. La figure ci -jointe (fig. 11) rendra de plus amples explications inutiles.

Quand on fait tourner la lame de nitre dans son plan, les anneaux tournent uniformément ; ils conservent exactement la même forme et la même situation à l'égard des pôles ou des molécules du cristal : on n'observe de variation que sous le rapport de l'intensité. 11 n'en est pas de même des bandes noires.

Les anneaux provenant des cristaux à deux axes lors même qu'on n'en voit qu'une seule série, peuvent, au premier coup d'oeil, être distingués des anneaux auxquels les cristaux à un seul axe donnent naissance. Ceux-ci, en effet, sont toujours coupés par les quatre branches rectangulaires d'une croix noire ayant pour origine commune le centre des anneaux ; tandis que les autres sont traversés seulement dans leurs pôles par une bande obscure qui est droite ou courbe suivant la position du cristal.

§ 9 — Des anneaux colorés.

Le Mémoire que j'avais écrit au sujet des anneaux colorés en 1811 n'a été imprimé en partie que dans le m' volume des Mémoires iVArcueily en 1817 ^. Voici les faits principaux qu'il renferme :

1 . 11 est inséré au tome 1" des Mémoires scientifiques, t. X des OEuvrês.

Les rayons qui forment les anneaux colorés par réflexion, entre deux lentilles de verre commun, sont polarisés sous les mêmes inclinaisons que la lumière ordinaire; il n'en est pas ainsi des rayons dont se composent les anneaux transmis. Ces rayons, examinés sous une inclinaison convenable, paraissent aussi polarisés, mais dans le même sens que les rayons des anneaux réfléchis, tandis que la lumière ordinaire éprouve dans les mêmes circonstances une polarisation par réfraction ou perpendiculaire à celle du rayon réfléchi.

Sous l'angle de 35° des rayons polarisés perpendiculairement au plan de réflexion ne forment point d'anneaux. Si donc on voulait persister à admettre l'explication de Newton, on serait inévitablement amené à supposer que les rayons lumineux, dans certaines circonstances, perdent la propriété des accès. Les anneaux produits autour du point de contact d'une lentille de verre commun et d'un miroir métallique sont polarisés sous l'angle de 35% comme s'ils s'étaient formés autour du point de contact de deux lentilles de verre ; mais au-dessous de l'angle de polarisation les deux images visibles avec un cristal doublement réfringent sont dissemblables. Toutes les observations faites à ce point de vue montrent, en opposition complète avec les opinions newtoniennes, que les pouvoirs réfringents des corps entre lesquels la lame mince est contenue, exercent une grande influence sur le phénomène des anneaux.

J'avais établi la conformité de mes observations avec la théorie des anneaux de Young , fondée sur la doctrine des interférences, particulièrement en ce qui se rapporte

DE LA LUMIËRt:. 443

aux angles de polarisation ; mais la partie de mon Mémoire dans laquelle mes arguments étaient développés a servi aux Cosaques logés à l'imprimerie de Peronneau à allumer leurs pipes.

Le Mémoire en question renferme la démonstration mathématique de ce fait, de vérité nécessaire, dans le système de l'émission, mais moins facile à concevoir dans le système des ondes, que les anneaux transmis et réfléchis, quand ils se forment entre deux lentilles de verre commun, ont exactement la même intensité. Cette égalité peut servir de critérium pour juger de l'égale intensité des deux faisceaux de lumière blanche qui éclairent le système des deux lentilles. Ce Mémoire, qui ajoute incontestablement des faits nouveaux et curieux à ceux que Hooke et Newton avaient découverts, n'a pas été cité autant, je crois, qu'il aurait pu l'être. Il est vrai que je dois sans doute regarder comme une citation la reproduction textuelle de mes expériences par des auteurs célèbres (M. Airy, par exemple), qui n'ont pas jugé à propos de faire mention de la publication ancienne du m" volume des Mémoires d'ArcueiL

Depuis l'impression de mon Mémoire, en 1817, je n'ai presque rien ajouté d'essentiel à mes premiers résultats. Seulement, Thomas Young ayant montré que lorsque le liquide contenu entre deux lentilles de verre a une réfringence intermédiaire entre celle des deux lentilles, la tache centrale newtonienne devient blanche ; j'ai prouvé, en me servant de l'huile de cassia, que cette tache centrale redevient noire lorsque le milieu interposé a une réfringence supérieure à celle des deux lentilles.

§ 10. --La lumière des halos est polarisée par réfraction.

Dans la séance du 11 avril 1825, j'ai annoncé à l'Académie des sciences, et cette Note est consignée dans tome XXIX des Annale^ de chimie et de physique, qu' examinant avec un instrument de mon invention, an h qui entourait le Soleil vers les onze heures du mathii j'avais reconnu, dans la lumière dont ce halo était forraéj des traces non équivoques de polarisation par réfracte ^-'^ Cette expérience exclut toute explication du phénomène qui serait fondée sur l'hypothèse d'une réflexion.

J'ai ajouté que j'espérais pouvoir reconnaître, par les fc mêmes moyens d'observation, quand un nuage est gelé. y-

Pour faire cette observation je me suis servi de mon polariscope ordinaire décrit dans Y Astronomie populcin^^ (tu, p. 99 à 101).

§ 11. — iDstrument propre à faire voir les écueils.

Après tous les détails contenus dans cette Notice, le lecteur n'aura aucune difficulté à comprendre comment agit l'instrument que j'ai présenté au Bureau des longitudes le 2 décembre 1835 et qui est composé d'un tube !' et d'une tourmaline. Cette dernière élimine la lumière ! réfléchie à la surface de l'eau et permet de voir censéquemment les objets situés au fond. J'ai indiqué ailleurs '■ l'emploi qu'on peut faire de' cet instrument {Instiruclions, Rapports et Notices sur les questions à résoudre pendant les voyages scientifiques^ t. ix des Œuvres^ p. 79 et 552).

d2. ~ Emploi du polarimètre pour l'étude de Toptique atmosphérique

dans les ascensions aérostatiques.

tes ascensions aérostatiques peuvent servir à résoudre plus importants problèmes d'optique atmosphérique, qu'ici, dans les ascensions faites ou projetées, on L>ait guère songé qu'aux variations thermométriques, grométriques , électriques, magnétiques, eudiométriîs; avec des ballons captifs on aura le moyen d'étudier, -outre, les lois de la distribution de la lumière dans »inosphère, soit à l'état neutre, soit à l'état de polariîon,

La proportion de lumière polarisée contenue dans un sceau quelconque peut se déterminer à l'aide d'un iniment très-simple, très- maniable, très -portatif, que . fait construire et que je nomme un polarimètre ; cet trument est le polariscope que j'ai proposé en 1811, juel est adapté un appareil particulier. Le polariscope ^ient polarimètre par la seule addition d'une ou pluurs lames de verre à faces parallèles placées en avant l'ancien instrument. Ces lames sont mobiles. Un cercle idué fait connaître sous quelle inclinaison la lumière a traversées avant de pénétrer dans le polariscope iprement dit. La proportion de lumière polarisée contue dans le faisceau étudié se déduit de l'angle auquel aut arrêter les plaques de verre pour qu'on n'aperçoive is aucune trace de couleur à travers l'appareil total. La disposition dont il vient d'être parlé est la plus ivenable pour les polarimètres portatifs que les voya- [FS devront tenir à la main. L'instrument prendra , si

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Ton veut, une autre forme, lorsque destiné à servir d»| un observatoire, dans un cabinet de physique, on poim l'adapter à un pied solide et fixe. Alors la lame ou la lames de verre situées devant le polariscope conserverat une inclinaison constante relativement à la ligne visuelb; seulement il y aura, en avant de ces lames, une plaqi cristalline à faces parallèles, par exemple une plaquée cristal de roche avec sa section principale convenablfrÉ ment placée. En donnant à tout cet appareil un lOûi-i vement de rotation autour de l'axe du polariscope„M amènera la disparition des couleurs ; la quantité de ei mouvement de rotation , comme l'inclinaison des lam dans l'instrument portatif, sera liée à la proportion de lumière polarisée contenue dans le faisceau analysé.

Afin de montrer, par exemple, quels problèmes singuliers il sera possible de résoudre à l'aide du polarimètre et de diverses tables photométriques, je fera remarquer que dans les temps dits nuageux, un observ*teur muni de l'instrument arrivera, sans se déplacer,! déterminer la longueur de la couche d'air qui le sépare d'un nuage, ou, dans le cas le plus défavorable, aune limite que cette longueur ne saurait atteindre. Les éléments de la détermination sont : 1* le nombre qu'on obtient en divisant l'intensité de la lumière venant de l'atmosphère sereine indéfinie, dans une direction peu éloignée du bord du nuage, par l'intensité de la lumière provenant de ce même nuage et de la portion limitée d'atmosphère comprise entre sa surface inférieure et l'œil de l'observateur ; 2° le nombre indiquant la proportion (le rayons polarisés contenus dans la première de c^.

deux lumières (dans la lumière atmosphérique indéfmie); â° le nombre indiquant la proportion de rayons polarisés contenue dans la seconde ( dans l'ensemble de la lumière du nuage et de la lumière de la couche d'air qui le sépare de la terre) . Ces deux derniers nombres sont donnés par le polarimètre ; on déterminera le rapport des intensités à l'aide d'un photomètre. J'ai d'ailleurs reconnu que la lumière qui fait voir les nuages n'est pas sensiblement polarisée ; j'ai communiqué ce fait au Bureau des longitudes le 1" août 1838; il a été complètement vérifié en 1850 par M. Barrai dans les ascensions aérostatiques qu'il a faites avec M. Bixio *•

Les procédés que j'indique sont totalement indépendants de mesures de bases et de parallaxes ; ils pourront être appliqués à la détermination de la distance des montagnes , alors même que ces montagnes seront couvertes de neige. Néanmoins, avant de les mettre utilement en pratique , il faudra remplir de grandes lacunes dans la photométrie atmosphérique. C'est à cela surtout que serviront les ascensions de ballons captifs noirs et mes nouveaux instruments. Les ballons noirs , dans le plus grand nombre de ces expériences, n'auront pas besoin de porter des observateurs, puisqu'ils seront seulement destinés à faire office d'écrans, lesquels, placés successivement à différentes hauteurs , intercepteraient la vue de portions plus ou moins considérables de l'atmosphère totale. Les aéronautes ne deviendront indispensables que pour vérifier si les observations sur la lumière non polarisée