SEPTIEME PARTIE

LEÇONS

298. Considérations générales. — Lorsque, par l'action de diverses forces , la constitution homogène des corps uniréfringents se trouve altérée, il peut se produire dans ces corps une double réfraction artificielle, cpie nous désignerons d'une manière générale sous le nom de double réfraction accidentelle.

Il y a, dans la production de la double réfraction accidentelle, deux classes de phénomènes à distinguer :

i" Les phénomènes provenant des changements permanents ou temporaires produisant des inégalités d'élasticité et des modifications de l'arrangement moléculaire dans la matière pondérable. Tels sont ceux qui naissent de l'application de forces mécanicjues aux corps , c'est-à-dire de la pression ; tels sont encore ceux qui ont pour origine la trempe ou la cristallisation s'opérant d'une façon irrégulière. La double réfraction due aux forces mécaniques est passagère; la trempe ou la cristallisation irrégulière donne lieu à une double réfraction permanente. Nous réunirons néanmoins ces deux espèces de phénomènes dans une même classe, parce qu'ils sont accompagnés les uns et les autres d'une modification de la matière pondérable au point de vue de son arrangement moléculaire et de

''' Ces leçons, de même que les leçons sur la polarisation chromatique et les leçons sur la polarisation rotatoire, ont été professées en 18G1 dans le cours de troisième année, à l'Ecole Normale, et rédigées par M. Mascart.

360 DOUBLE REFRACTION ACCIDENTELLE.

son élasticité. Les phénomènes de la polarisation chromatique sont évidemment propres à révéler l'existence d'une double réfraction même très-faible, qui se développe dans les corps uniréfringents sous l'action des forces que nous venons d'indiquer. C'est ainsi que Biot, en excitant des vibrations longitudinales dans une lame de verre de 2 mètres de longueur, placée entre un polariseur et un analyseur, s'assura que cette lame, à chaque friction, présentait des propriétés biréfringentes dans le voisinage des lignes nodales : il voyait reparaître celle des images de l'analyseur qui était éteinte lorsque la lame était en repos.

2° Les phénomènes provenant de l'inlluence de l'électricité ou du magnétisme. Ces phénomènes, découverts par Faraday, diffèrent des précédents en ce que la matière pondérable paraît ne subir aucune modification sensible; car les expériences réussissent également avec les liquides et avec les solides. Il en résulte que l'électricité et le magnétisme doivent, soit agir directement et uniquement sur les molécules d'éther, soit agir sur la matière pondérable sans qu'il y ait dans celle-ci aucun dérangement de symétrie, et cette hypothèse est presque impossible à concevoir.

Nous ne nous occuperons, dans ce chapitre, que de la première classe des phénomènes de la double réfraction accidentelle '^^

PHÉISOMÈNES EXPÉRIMEISTAUX DE LA DOUBLE RÉFRACTIOiS ACCIDEINTELLE.

A. — Double rkfraction produite par la pression.

299. Expériences de Brewster. — Les premières observations sur la double réfraction produite par la pression sont dues à

(') Les iois cxpc'rimentales et la théorie de la polarisation rotaloire magnétique sont f'xposées tout au lonjj dans les mémoires originaux de A erdet contenus dans le tome I" du présent ouvrage.

PHÉNOMÈNES EXPERIMENTAUX. 361

Brevvster: il les communiqua à la Société Royale de Londre;» le ] () janvier 181 5'". Le procédé qu'il employa d'abord est assez ffrossier : il consiste à exercer des pressions faibles sur des matières gélatineuses, comme la gelée de pied de veau ou la colle de poisson. Ces matières, pâteuses et transparentes, solidifiées dans des conditions régulières, ne présentent aucune propriété biréfringente. Mais, si on les taille en fragments réguliers que l'on comprime ensuite entre les doigts, cette légère compression suffit pour y développer une double réfraction très-énergique. Si on place ces fragments entre un polariseur et un analyseur, et si on les fait traverser par un rayon lumineux, il se manifeste dans l'analyseur des images vivement colorées et dont les teintes s'élèvent rapidement dans l'échelle des couleurs de Newton à mesure que la compression augmente.

La compression produite par les doigts rapproche les molécules dans le sens où elle s'exerce, et tout porte à croire que les molécules s'éloignent dans le sens perpendiculaire à celui de la com- ])ression. On doit donc présumer que le corps devient analogue à un cristal à un axe, dont l'axe serait situé dans la direction de la compression.

Il était utile de rechercher si les phénomènes dont nous nous occupons ne seraient pas sensibles dans des corps plus résistants. Brewster a abordé cette question, et les résultats de ses expériences sur la conq^ression et la dilatation du verre furent publiés le 2 9 février i8i()'-l Toutefois, la méthode dont il se servait comportait peu de précision. Il employait une simple pince, dans laquelle il pouvait saisir et comprimer les morceaux de verre. En portant ces fragments ainsi comprimés sur le trajet d'un faisceau de rayons polarisés, et en faisant tomber la lumière émergente sur un analyseur, il voyait se produire des colorations variant d'une façon tout à fait irrégulière et correspondant aux différents points du fragment de verre. Cette irrégularité^ qui ne permet d'arriver à aucune loi précise, provient de la manière dont Brewster effectuait la compression.

'') Phil. Traits., i(Siô, p. 29, 60.

(" Phil. Trans., 1816, p. Zi 6.

Verdet, VI. — Optique, If. ai

DOUBLE REFRACTION ACCIDENTELLE.

Supposons maintenant qu'on opère d'une manière plus régulière, que l'on exerce sur un parallélipipède rectangle en verre P(fig. ^lu). à l'aide d'une vis V, une pression normale aux deux bases et que l'on peut faire varier à volonté. Si l'on interpose le parallélipipède ainsi comprniié sur le trajet d'un faisceau lumineux polarisé, et si l'on reçoit la lumière émergente sur un ÎXicol dont la section principale est parallèle au plan primitif de polarisation, on voit dans l'image fournie jtar le Nicol une série de lignes colorées parmi lesquelles se trouvent des lignes noires qui correspondent aux points où la structure moléculaire n'a pas été altérée. Ces points séparent des régions qui ont subi des altérations différentes; d'un côté des points qui correspondent dans le verre à une ligne noire il v a eu contraction; de l'autre côté, dilatation. Or, si l'on compare les lignes colorées avec celles que produiraient des plaques cristallines, on reconnaît que la double réfraction change de signe quand on passe d'un côté à l'autre d'une ligne noire. D'où il faut conclure cette

première loi, que la compression et la dilatation produisent des effets opposés de double réfraction. Les lignes qui séparent les régions comprimées et les régions dilatées et qui correspondent aux lignes noires doivent d'ailleurs évidemment être parallèles ou perpendiculaires à la direction suivant laquelle s'exerce la compres- ''"• ^9- sion. Brewster a fait une seconde ex-

périence, qui est demeurée célèbre, et dans lacpielle l'inllexion d'une lame de verre permet d'établir une relation entre la compression ou la dilatation exercée et l'espèce de double réfraction produite. Dans cette expérience, une lame de verre AB ( fig. 5o) est maintenue dans une mâchoire métallique M; au milieu de la partie inférieure de cette mâchoire passe une vis V qui vient s'appuyer sur la lame AB et peut l'infléchir plus ou moins. Suivant les lois générales de l'inflexion, si la courliure de la lame est peu considérable, il y a dans l'intérieur de la lame une ligne, une file de molécules qui n'éprouve ni allongement ni raccourcissement; cette ligne s'ap-

PHENOMENES EXPERIMENTAUX.

pelle ligne moyenne, et elle passe sensiblement par les centres de gravité des sections de la lame. Les files de molécules situées au-des-

l'i:'. âo.

sous de la ligne moyenne se contractent, celles qui sont placées au-dessus s'allongent : c'est ce que montre la figure 3i.

En faisant traverser cette lame infléchie par un faisceau de rayons parallèles polarisés qu'on reçoit ensuite sur un Nicol dont la section principale est parallèle au plan primitif de polarisation, on remarque dans l'image fournie par le Nicol une ligne noire parallèle aux côtés infléchis et présentant la même courbure. Cette ligne correspond à la file des molécules qui n'ont subi ni allongement ni raccourcissement. De part et d'autre de cette ligne noire on voit dans l'image des lignes colorées de formes diff'érentes et courbées de part et d'autre.

Considérons une file de molécules correspondant à une ligne isochromatique de l'image : ces molécules éprouvent un rapprochement ou un écartement analogues à ceux, qui seraient occasionnés par une compression ou une traction. Chacune de ces files peut donc être assimilée à un cristal à un axe, dont l'axe serait parallèle à la direction suivant laquelle s'exerce la compression ou la traction, c'est-à-dire à la tangente à la courbe, et l'on peut, par l'interposition d'une lame cristalline à un axe dont le signe est connu, reconnaître le signe de la double réfraction produite dans le verre suivant la file de molécules considérée.

C'est en opérant de cette manière que Brewster a pu démontrer que la compression développe dans le verre, et en général dans les corps uniréfringents, une double réfraction analogue à celle de. cristaux répulsifs dont l'axe serait parallèle à la direction de la compression. Une dilatation produit des effets opposés aux précédents ^ c'est-à-dire une double réfraction attractive.

36i DOUBLE REFRACTION ACCIDENTELLE.

Dans la théorie des ondulations, cette loi peut s'énoncer d'une autre manière. Dans un cristal à un axe la surface de l'onde extraordinaire est représentée par un ellipsoïde de révolution dont i'axo de révolution a pour longueur 26 et l'axe équatorial perpendiculaire à l'axe de cristallisation 9«. De plus, b et a sont proportionnels aux forces élastiques qui se développent dans le cristal, Ir à la force élastique développée par les vibrations perpendiculaires à l'axe du cristal, et a- à la force élastique produite par les vibrations parallèles à cet axe.

Pour les cristaux répulsifs on a b-<:.a', c'est-à-dire que l'élasticité optique est plus petite dans le sens perpendiculaire à l'axe que dans la direction qui est parallèle à cet axe. Il résulte de là, d'après ce que nous avons dit plus haut, que l'élasticité optique est augmentée dans la direction d'une compression et diminuée dans la direction d'une dilatation. C'est là la seconde loi démontrée par Brew^ster.

Brevvster est d'ailleurs allé plus loin. En mesurant la courbure de la lame et sa longueur, il a pu estimer la dilatation ou la compression d'une fde de molécules correspondant à une ligne isochromatique donnée. Comparant ensuite les teintes de ces lignes isochromatiques avec les compressions ou les dilatations, il a reconnu que ces teintes correspondent, dans la série des anneaux de Aewton, à des épaisseurs proportionnelles aux compressions ou aux dilatations, ce qui veut dire que la diflférence de marche établie entre les deux rayons réfractés dans le verre, ou généralement dans le corps comprimé ou dilaté, est proportionnelle à la compression ou à la dilatation. Toutefois il ne faut admettre cette loi que comme approximative, parce qu'il est impossible de l'établir avec une rigueur bien grande.

Brewster a signalé cette loi comme pouvant donner lieu à des applications dynamométriques dans lesquelles on j)ourrait mesurer l'intensité de la compression ou de la dilatation appliquée à un corps par la nature des teintes produites par ce corps dans la lumière polarisée ; mais il n'a donné aucune suite à cette idée.