Voir tome IX des Œuvres, p. 511 et

YH.— IV. 27

transmise par des nuages artificiels sont applicables de tout point aux nuages naturels ; si , dans la lumière d'one atmosphère sereine, la proportion de rayons polarisés est la même quelles que soient les hauteurs , et en tout cas comment cette proportion varie.

§ 13. — Sur les interférences de la lumière considérées comme moyen de résoudre diverses questions très-délicates de physique et oomine servant de base à la construction de nouveaux instruments de météo* rologie *.

Si deux faisceaux de lumière blanche, sortis d'une source commune, se sont propagés dans un même miliea homogène et ont parcouru des chemins à peu près . égaux, ils forment partout où ils se croisent sous de petits angles un système composé de quelques franges obscures et brillantes parfaitement visibles. La frange centrale esth Imoins irisée de toutes, et ce caractère suffit pour la faire | reconnaître. Dans la place qu'elle occupe, les rayons iu- i terférents ont parcouru des chemins exactement égaux. ! Tout est pareil de forme, d'intensité et de coloration (te' part et d'autre de cette frange centrale.

J'ai reconnu, il y a déjà bien des années, que les conditions de chemins parcourus ne déterminent pas seules -. la place des franges formées ainsi à l'aide de l'interférence de deux faisceaux de lumière. En plaçant dansTa^-une lame de verre excessivement mince sur le trajet d'at des faisceaux , je vis les bandes marcher du côté de I» lame. Cette expérience, répétée un grand nombre de fo» avec toute sorte de milieux, solides, liquides, gazeux^

i. Note communiquée à TAcadémie des sciences le 25 mai i^^

DE LA LUMIÈRE. 4f9

conduisit à une loi qui lie tfune manière trè&-sîmple le déplacement que les franges éprouvent à la puissance réfringente et à l'épaisseur du corps diaphane qui est traversé ainsi par un seul des deux faisceaux.

Dès que j'eus découvert ce moyen , entièrement nouveau , de mesurer la puissance réfractive des corps diaphanes, je songeai à l'appliquer à l'étude de cette puissance dans l'air humide. 11 y avait, en effet, un grand intérêt à savoir définitivement si l'hygromètre devait figurer dans le calcul des réfractions astronomiques. C'était une question déj?» traitée par deux membres de l'Académie : d'abord par Laplace, à l'aide de la supposition générale que les vapeurs et les liquides dont elles proviennent ont le même pouvoir réfringent , supposition très-plausible dans le système de l'émission , mais que des recherches postérieures n'ont point confirmée; ensuite par M. Biot d'après des expériences tout aussi exactes que la méthode employée pouvait le comporter. Fresnel se joignit à moi pour exécuter l'expérience que j'avais projetée. Voici comment elle fut réalisée :

Deux tubes en verre mince, d'environ un mètre de long, furent soudés l'un à l'autre comme les deux canons d'un fusil à deux coups. A chaque extrémité , ces deux tubes étaient fermés par une seule et même plaque de verre à faces parallèles. Des robinets donnaient passage aux substances dont on voulait étudier les effets. Quand les deux tubes renfermaient de l'air de même densité, de même température et de même degré d'humidité, le faisceau qui traversait le tube de droite produisait, en se mêlant à sa sortie au faisceau provenant du tube de

gauche, des franges irisées dont la place coïncidait pre que exactement avec celle des franges qui résultaient c l'action de ces mêmes faisceaux se propageant à Ta libre. Si , la force élastique étant toujours égale dans I( deux tubes, Tun renfermait du chlorure de calcium i l'autre de l'eau; si, dès lors, le premier tube était rerap d'air complètement sec, et le second d'air saturé d'hu midité, les bandes formées par l'interférence du faisceai qui , dans sa course, traversait un mètre d'air humide, et du faisceau qui traversait un mètre d'air sec, n'occupaient plus la place des franges engendrées à l'air libre; l'interposition des tubes produisait un déplacement notable : un déplacement d'une frange et demie. Ce déplacement se faisait toujours du côté de l'air sec.

Le sens du déplacement des franges prouvait d'abord, d'une manière incontestable, que l'air sec avait plus de puissance réfringente que l'air humide. Restait à assigner la différence.

De la loi dont il a été question plus haut, ou biefl d'expériences faites sur l'affaiblissement de pression que l'air devait subir dans l'un des tubes, pour que les frangea se déplaçassent d'une frange et demie du côté opposé, on concluait directement la différence des pouvoirs réfractlÊ des deux airs; mais il était possible qu'une légère couche d'humidité se fût précipitée à la surface intérieure de^ deux verres , dans les portions correspondant au tube I air humide ; or une pareille couche, quelque mince quoi la supposât, jouerait dans le phénomène un rôle important : elle masquerait la plus grande partie de Tefii cherché. Telle est la difficulté qui détourna Fresoelfe

mcun chiffre à Tappui de la conclusion que nous de notre expérience commune.

diflSculté je Tai depuis complètement levée en l'ancienne expérience à Taîde de deux autres 'un sec et l'autre humide , fermés à leurs deux es par les deux mêmes verres dont nous nous 'abord servis ; mais cette fois les tubes , au lieu Hre, n'avaient plus qu'un centimètre de long, ice de la différence de puissance réfringente des s se trouvant ainsi à peu près éliminée, il ne lus guère rester que l'effet de la couche d'hurécipitée à la surface intérieure des deux plaques , du côté du tube humide ; cet effet fut constamappréciable. Le mouvement d'une frange et )bservé avec les tubes d'un mètre de long , dédonc exclusivement des propriétés réfringentes tives de l'air sec et de l'air saturé d'humidité, rence était telle, à + 27* centigrades , que si , r sec, on prenait comme rapport du sinus d'inau sinus de réfraction, pour le passage de la du vide dans l'air, le nombre

)rt devenait pour le passage du vide dans l'air

singulière! une différence sur la sixième dé-

es indices de réfraction se trouva ainsi constatée

d'expériences dans lesquelles aucun rayon ne

s'était réfracté. Ajoutons que l'exactitude de la méthode h^ étant proportionnelle à la longueur des tubes employés ^ \ rien n'aurait empêché d'aller beaucoup plus loin.

Cette expérience doit avoir un complément. Il s'a^^ de savoir si la chaleur exerce sur la réfraction de L ^^ une influence qui puisse, qui doive être distinguée d propriété dilatante. Le doute mérite d'autant plus d' levé, que le verre chaud réfracte plus que le verre fr

11 faudra encore, pour ne rien laisser dans le v sur la question si importante et si délicate des réfracP- c:^ astronomiques, étudier l'influence de l'électricité en et de l'électricité en mouvement. Tout cela est au d'hui accessible et peut être promptement éclairci.

Nous allons maintenant indiquer brièvement que^Hgi autres applications dont la méthode est susceptible...

Concevons un seul tube d'une certaine longueur, û d'air, bouché à ses deux extrémités par des plaque=^s ( verre et hermétiquement fermé. En choisissant con^i^eni blement ces deux premières plaques de verre etzi^ ui troisième plaque mobile destinée à être placée à cô ~ tè tube, sur la route du faisceau extérieur, on peut t^ en sorte que, par un effet de compensation , des fr^ '^^ se forment par l'interférence des rayons propa travers le vide et de ceux qui ont traversé l'air extéi tout comme si les uns et les autres s'étaient mus da

milieu homogène. Seulement, si l'atmosphère extér:^: — jchange de puissance réfractive, les franges se dép^:^ ^ ront. Leur mouvement se fera vers le tube vide le pouvoir réfractif diminuera, et en sens inverse le pouvoir réfractif augmentera. Un pareil instru

DE LA LUMIÈRE. i23

pourrait donc, dans les observatoires, être employé au lieu du baromètre et du thermomètre, à la détermination de la force réfractive de l'atmosphère. L'observation s'exécuterait à la hauteur de l'objectif de l'instrument astronomique, et ainsi finiraient d'interminables disputes sur la convenance de faire usage, dans le calcul des réfractions, du thermomètre extérieur ou du thermomètre intérieur.

La réfraction de l'air est fonction de sa pression et de sa température. La pression restant constante, si la température varie d'un seul degré centigrade, les franges, dans un instrument de onze décimètres de long, se déplacent de plus de deux franges entières. Ce mouvement, on le mesure à la précision d'un dixième de frange. L'instrument dont il vient d'être question , combiné avec le baromètre, peut donc servir à déterminer la température de l'air à 1/20' de degré près.

Cette extrême sensibilité pourrait être accrue indéfiniment en augmentant la longueur du tube vide, et cependant c'est là un des moindres avantages de la méthode. Un thermomètre étant influencé par le rayonnement du ciel , par le rayonnement du sol , par le rayonnement de tous les autres objets qui l'entourent, ne donne jamais la température de l'air. Au contraire, le résultat déduit d'une propriété de l'atmosphère fonction de sa température est complètement à l'abri de toutes ces causes d'erreurs.

Dans les voyages, si l'on voulait se contenter des températures atmosphériques, telles qu'on les détermine aujourd'hui avec le thermomètre, le tube vide pourrait

iU NOTICE SUR LA POLARISATION

servir de baromètre. Une longueur de tube d'un mètw I ^ permettrait d'apprécier des variations de pression dewp à deux dixièmes de millimètre. Un baromètre sans liquide semblerait assurément une chose assez curieuse; ïàc mais les voyageurs remarqueraient surtout son peude|i^i fragilité.

Ma méthode pour déterminer les réfractions pourra servir à saisir l'état des atmosphères à toutes les distances des corps échauffés ou non échauffés ; à poursuivre les intéressantes expériences de M. Faraday sur les atmosphères limitées de mercure et sur leur diminution de densité à mesure qu'on s'éloigne de ce liquide ; peut-être même à rendre sensible avec des tubes suffisamment ï> longs, l'influence des odeurs.

L'instantanéité de l'observation permet encore de concevoir l'espérance qu'en orientant le tube vide d'une manière convenable par rapport à un fort centre d'ébranlement, on rendra sensibles à l'œil plusieurs propriétés des ondes sonores.

Quant aux liquides , il résulte d'expériences déjà faites que par l'observation des franges on peut saisir, même près du maximum de densité, les changements de réfraction de l'eau correspondant à 1/40' de degré centigrade. Qui ne voit là un moyen nouveau et d'une précision extrême d'étudier la propagation de la chaleur dans cette nature de corps, sans qu'il faille désormais briser leur continuité en introduisant dans la masse la boule et la tige d'un thermomètre ? La même remarque s'applique à l'étude de la propagation de la chaleur à travers les corps solides diaphanes.

Il n^est pas, enfin, jusqu'aux augmentations du pouvoir ■riéfractif de l'eau et du verre, résultant de la corapressiftnlité de ces substances , qui ne puissent être aperçues à l^aide des nouveaux instruments. Avec un tube d'un mètre ^e long, la compressibilité de l'eau sera visible pour chaque deux-centième d'atmosphère. Sur un tube de ^erre de même longueur, 1/10* d'atmosphère deviendra sensible.

Le baromètre, thermomètre ou réfracteur optique, a déjà toute la commodité désirable quand il doit être employé dans une chambre obscure. Comme instrument usuel et de voyage, il recevra encore, sans doute, diverses améliorations. Au verre compensateur, mobile autour, du centre d'un cercle gradué, dont je faisais usage dès mes premières expériences d'interférences, on substituera peutêtre avec avantage une sorte de verre à faces parallèles ,et à épaisseur variable, imaginé par M. Babinet. Ce verre se composera de deux prismes de même angle placés en sens contraires ; les rayons lumineux le traverseront toujours perpendiculairement et son épaisseur totale ira graduellement en diminuant, à mesure que, par un mouvement rectiligne, les deux prismes ajustés d'abord de manière que l'angle de l'un répondît à la base de l'autre, se rapprocheront de la position où les angles eux-mêmes se correspondraient. Il reste aussi à trouver une méthode simple dont les artistes constructeurs puissent faire usage sans de trop longs tâtonnements pour amener à des conditions d'interférences utiles, des rayons lumineux qui , avant d'atteindre la loupe au foyer de laquelle les franges se forment , étaient séparés les uns des

autres de plusieurs centimètres. Quant au moyen d'opérer sur les liquides , les tubes destinés à les contenir, doiveot d'après leur construction conserver les mêmes longueoR à toutes les températures. Ajoutons, enfin, que la pos-L sibilité de substituer la lumière diffuse atmosphérique à la lumière solaire ou à des lumières artificielles, poar la production des franges , était déjà constatée par les nombreux appareils de diffraction qu'un habile constructeur, M. Soleil , fournit depuis longtemps aux cabinets de physique.

Je me suis abstenu de rattacher par aucun point la théorie des nouveaux instruments au système des ondes; mais je dois dire que les expériences d'interférences faites avec mes appareils, sont en contradiction manifeste avec la théorie de l'émission et la renversent de fond ea comble.

§ 14. — Sur Faction que les rayons de lumière polarisés exercent

les uns sur les autres.

En 1819, Fresnel et moi, nous avons publié dans les Annales de chimie et de physique un Mémoire sur cette question très-importante. Il résulte des expériences rapportées dans ce Mémoire, qui a été déjà cité précédemment (p. 380), les conséquences suivantes :

1° Les rayons de lumière polarisés dans un seul sens agissent l'un sur l'autre comme les rayons naturels : en sorte que, dans ces deux espèces de lumières, les phénomènes d'interférence sont absolument les mêmes;

2** Dans les mômes circonstances où deux rayons de lumière ordinaire paraissent mutuellement se détruire,

DE LA LUMIERE. 4t7

L«ux rayons polarisés en sens contraires n'exercent l'un or l'autre aucune action appréciable ;

3* Deux rayons primitivement polarisés en sens conraîres peuvent ensuite être ramenés à un même plan de K)Iarisation, sans néanmoins acquérir par là la faculté de •^influencer ;

4* Deux rayons polarisés en sens contraires, et ramenés Mîsuite à des polarisations analogues, s'influencent comme es rayons naturels s'ils provieïment d'un faisceau primiîvement polarisé dans un seul sens ;

5* Dans les phénomènes d'interférence produits par les rayons qui ont éprouvé la double réfraction, la place les franges n'est pas déterminée uniquement par la iiflîérence des chemins et par celle des vitesses, et dans quelques circonstances, il faut tenir compte, de plus, l'une différence égale à une demi-ondulation.

On voit donc par cette suite de conséquences que, pour savoir si deux rayons lumineux polarisés dans le même sens sont susceptibles d'interférer, il ne suffit pas de considérer leur état actuel, mais il faut connaître par juelle série de transformations et dans quel ordre ils 5ont arrivés à cet état.

Les propriétés de la lumière mentionnées ici sont indispensables pour expliquer les couleurs qui se développent ians les lames cristallines douées de la double réfracdon. Elles conduisent aussi directement à la solution de :ette question : comment les ondulations de la lumière s'effectuent-elles? Est-ce dans le sens de la ligne suivant laquelle les rayons se propagent, ou perpendiculairement k cette ligne ? Ce dernier mode de propagation semble

438 NOTICe SUR LA POLARISATION.

résulter de nos expériences ; cependant il me paraissait si difficile à admettre que je pris le parti de laisser à mon collaborateur seul la hardiesse de cette déduction. En lisant le Mémoire, on remarquera que nous avons fait avec le plus grand soin, Fresnel et moi, la part de chacun de nous dans ce travail commun.