Polarisation (physique)

“ Un autre ordre de phénomènes, qu’on connaît en physique sous le nom de polarisation, a fourni au doyen de la physique et de l’astronomie française, à M. Biot, un moyen de faire ressortir des rapports saisissans entre les lois de la propagation de la lumière et les plus légères singularités de la texture cristalline dans les corps qu’elle traverse. Chose plus étonnante, il n’est même point nécessaire que les corps soient à l’état solide ”

“ En un mot, il n'y a pas seulement polarisation de la lumière, il y a polarisation des radiations en général, et ce fait vient corroborer l'hypothèse que nous avons admise sur l'unité de cause des effets lumineux, calorifiques et chimiques. ”

“ Mais, sous diverses influences, la lumière naturelle peut se transformer en une lumière dite polarisée, dans laquelle les vibrations, en tous les points du rayon, s'exécutent suivant une direction invariable perpendiculaire au rayon et que l'on appelle direction de vibration, le plan passant par le rayon et perpendiculaire à la vibration constituant ce qu'on appelle le plan de polarisation du rayon. ”

“ Les expériences de la polarisation dé la lumière conduisent à faire voir que cette modification du fluide lumineux fait que les molécules qui composent un même rayon échappent toutes ensemble à la réflexion, si on les présente aux surfaces réfringentes sous certains côtés et sous une incidence particulière, et l'analyse du phénomène fait conclure que les molécules lu-
mineuses ont des faces douées de propriétés physiques différentes, et que l'effet de la polarisation est de tourner d'un même côté les faces douées de la même propriété. ”

“ L'acte de la polarisation ne crée pas des vibrations transversales, mais les décompose suivant - deux directions rectangulaires constantes, et sépare les deux systèmes d'ondes ainsi produits, soit seulement par leur différence de vitesse, comme dans les lames cristallisées, soit aussi par une différ' nce d'inclinaison des ondes et des rayons comme <î ns les cristaux taillés en prismes, eu les plaquesépaisses de carbonate de chaux; car partout où il y a différence de vitesse entre les rayons, la réfraction peut les faire diverger. ”

“ La polarisation des électrodes qui affaiblit le courant étant due à l'existence de l'hydrogène libre comme conséquence de l'action chimique qui prend naissance dans un élément, on a cherché à éviter cet inconvénient en en supprimant la cause et l'on a obtenu des éléments dits à courant constant.
Il y a deux procédés généraux d'éviter l'action nuisible de la polarisation: l'un consiste à choisir les corps qui doivent réagir l'un sur l'autre de manière qu'ils ne dégagent ni hydrogène, ni d'autres corps qui seraient capables de produire le même effet. ”

“ En traversant une lame de quartz taillée de manière que les faces d'entrée et de sortie soient perpendiculaires à l'axe optique du cristal, la vibration lumineuse, aussi bien d'ailleurs que le plan de polarisation qui lui est perpendiculaire, tournent d'un certain angle proportionnel à l'épaisseur du cristal. La rotation peut, suivant les échantillons utilisés,
se produire, pour l'observateur qui reçoit le rayon, soit dans le sens des aiguilles d'une montre, soit en sens inverse ”

“ La symétrie du cylindre circulaire droit est du type tenseur. Toute la physique cristalline peut être mise sous une forme telle que les phénomènes particuliers dont il s’agit ne sont pas spécifiés, mais que seules sont étudiées les relations géométriques et analytiques entre les types de grandeurs dont les unes sont considérées comme causes et les autres comme effets.
Ainsi, étudier la polarisation électrique par l’application d’un champ électrique, revient à étudier la relation entre deux systèmes de vecteurs et à écrire un système d’équations linéaires comportant neuf coefficients ”

“ Polarisation diélectrique. — Voir Colloïdes. Polarisation rotatoire. — Influence de la température et des solvants sur les pouvoirs rotatoires des corps actifs ; par M. R. Lucas et Mlle D. Biquard 1077 — Voir Photochimie, Synthèse asymétrique. Polarisation rotatoire magnétique. — Mesure du pouvoir rotatoire magnétique des gaz et des vapeurs ; par M. R. de Mallemann et P. Gabiano 281 Polymérisation. — Voir Carbures. Polynomes. — Voir Fonctions. Potassium. — Voir Chimie physique. Potentiel (théorie du) . — Sur une application des intégrales de Stieljes au problème de Neumann ”

“ Mais si deux rayons actuellement polarisés dans deux sens rectangulaires, et qui dès lors ne sauraient agir l’un sur l’autre, avaient d’abord reçu des polarisations parallèles, en sortant de l’état naturel, il suffira, pour qu’ils puissent de nouveau s’anéantir, de leur faire reprendre, comme on voudra, le genre de polarisation dont ils avaient été primitivement doués.
On ne saurait se défendre de quelque étonnement, quand on apprend, pour la première fois, que deux rayons lumineux sont susceptibles de s’entre-détruire ; que l’obscurité peut résulter de la superposition de deux lumières ”

“ Les phénomènes de la polarisation sont toujours compliqués par des phénomènes d'interférence, auxquels l'œil est toujours sensible et qui peuvent être plus facilement évoqués qu'évités, puisqu'il suffit de très peu pour altérer en grandeur et en direction les vibrations des rayons polarisés à angle droit. ”

“ Tous les cristaux des cinq derniers groupes, et eux seuls, ont une réfraction double, c'est-à-dire que si l'on regarde un objet à travers l'un d'eux, on en aperçoit deux images. Le fait est parfaitement observable avec le spath d'Islande. La première image est l'image ou le rayon ordinaire; la seconde, l'image ou le rayon extraordinaire.
Polarisation. La polarisation est la propriété que possèdent, les minéraux de rendre le rayon lumineux, une fois réfléchi ou réfracté par eux, incapable de se réfléchir ou de se réfracter de, nouveau dans certaines directions. ”

“ C'est cette dissymétrie que nous appelons polarisation.
L'état de polarisation est beaucoup plus fréquent qu'on ne le croit d'habitude : un homme sur 80 et une femme sur 120 environ le possèdent (c'est le résultat de milliers d'expériences) .
Disons tout de suite cependant que l'homme peut être polarisé positivement ou négativement, c'est-à-dire que les influences d'un même objet ressenties, à l'aide d'un même instrument, par deux observateurs différemment polarisés, sont exactement semblables, mais de signe contraire. ”

“ Quand cette équation est satisfaite, les équations (8) se réduisent aux équations (5) . Nous retrouvons donc ainsi les équations (4) et (5) obtenues en supposant l’éther incompressible.
Une autre conséquence de l’équation (9) est que la normale au plan de l’onde est perpendiculaire aux directions de vibration satisfaisant aux équations du mouvement. Comme, d’une manière générale, ces vibrations ont pour directions les axes de l’ellipsoïde de polarisation, le plan de l’onde est un plan de symétrie de l’ellipsoïde de polarisation déterminé par l’équation (7) . ”

“ La polarisation par diffraction est dans les expériences qui nous occupent beaucoup plus intense que la polarisation par réflexion. La théorie qui précède, quelque grossière qu’elle soit, nous permet de nous rendre compte de ce fait. ”

“ La lumière qui traverse un cristal se divise en général en deux faisceaux ; elle présente des propriétés particulières ; on exprime ce fait en disant que le passage à travers un cristal la polarise. M. Röntgen n’a rien constaté de semblable ; on pouvait s’y attendre : la polarisation est la conséquence du fait que le cristal ne peut laisser se propager, dans une direction déterminée, que des rayons dont la vibration à une orientation déterminée ; si des rayons ne se réfractent pas, toute direction leur est indifférente ”

“ Ainsi la réflexion, la réfraction, tous les cas de la diffraction, les anneaux colorés dans les incidences obliques comme dans les incidences perpendiculaires, le rapport remarquable entre les épaisseurs de l’air et de l’eau qui produisent les mêmes anneaux, tous ces phénomènes, qui nécessitaient autant d’hypothèses particulières dans le système de Newton, sont réunis et expliqués par la même théorie des vibrations et de l’influence des rayons les uns sur les autres. Il est probable qu’elle doit conduire aussi à une explication satisfaisante de la double réfraction et de la polarisation. ”

“ L’ellipsoïde de polarisation se réduisant à un cylindre de révolution, l’un des axes de cet ellipsoïde devient infini, et la vitesse de propagation correspondante, qui est l’inverse de la longueur de cet axe, devient nulle. ”

“ Voici ma réponse : suivant les seules explications qu’on ait données de la polarisation anormale que présentent les rayons émis sous des angles aigus, tout doit se passer de même, sauf la quantité, quel que soit le liquide, pourvu que la surface d’émergence ait un pouvoir réfléchissant sensible. ”

“ Supposons, en effet, que la lumière blanchâtre de la couronne bien observée offre des traces sensibles de polarisation. La polarisation ne pouvant procéder de la diffraction, il sera indispensable de l’attribuer à la lumière provenant, par voie de réflexion, de la lumière diaphane dont le Soleil serait alors indubitablement entouré. ”

“ Un corps solide ou liquide lumineux donne de la lumière polarisée, en prenant les rayons sur les bords..
Un gaz lumineux ne donne aucune trace de polarisation.
Des nuages lumineux, solides ou liquides, dans une atmosphère gazeuse lumineuse ou non, ne donnent aucune trace de polarisation.
Or, le spectre solaire est un spectre continu, traversé par de nombreuses raies noires; c'est un spectre interverti. De plus, les bords ne donnent aucune trace de polarisation. ”

“ Ce faisceau donne de brillantes couleurs en se réfléchissant sur les miroirs diaphanes ; il fournit deux images ayant des teintes complémentaires, quand on l’étudie au moyen d’un prisme biréfringent. Ce genre de phénomènes appartient aujourd’hui à une branche de l’optique qui a pris le nom de polarisation colorée ou chromatique et qu’a fondée M. Arago ; il a suggéré à l’illustre physicien l’idée de construire le polariscope et le polarimètre, instruments à l’aide desquels il est facile de découvrir la polarisation de toute lumière et de mesurer son intensité. ”

“ Une des difficultés principales provient de ce que toutes les substances connues sont assez peu biréfringentes ; il en résulte que le plan de polarisation diffère peu en général de ce qu’il serait avec une substance isotrope. On a tourné cette difficulté en prenant comme premier milieu un liquide dont l’indice de réfraction diffère peu de l’indice moyen du cristal. ”

“ Nous allons montrer, en nous plaçant dans des conditions particulières pour éviter des calculs trop longs, que la présence des dérivées du troisième ordre suffit pour rendre compte des phénomènes de polarisation rotatoire que présente le quartz.
Considérons une onde dont le plan est perpendiculaire à l’axe du cristal. En prenant pour plan des un plan parallèle au plan de l’onde, les déplacements des molécules d’éther ne dépendront que de et du temps et, par suite, les dérivées partielles des divers ordres de par rapport à et à seront nulles. ”

“ On sait aussi que ces même rayons ne sont polarisés par aucun des milieux polarisants ordinaires; mais ce fait peut se rattacher au précédent, la polarisation comportant nécessairement une double réfraction de la lumière à travers les corps biréfringents.
Les rayons ultra-violets et les rayons Rontgen ont la propriété d'opérer la décharge des corps électrisés sur lesquels ils sont projetés. Cette action paraît être la conséquence directe de l'ionisation du gaz ambiant dissocié par le passage des ondes à très courtes périodes, par lesquelles se propagent ces rayons. ”

“ Quand on fait tomber un rayon de lumière déjà polarisé sur une pile de glaces, la transmission en est très difficile si le plan de polarisation du rayon incident coïncide avec le plan de réfraction, c'est-à-dire avec le plan passant par le point lumineux, le rayon incident et le rayon réfracté. ”

“ Du reste, la pile C est divisée de telle sorte que la polarisation qu'y éprouve le rayon estopposée à celle que lui donnerait la pile B. Si l'on fait passer le second rayon normalement à travers C, il arrive sans polarisation en B, où il est polarisé m sens opposé, du premier rayon réfléchi, avec lequel il se réunit pour continuer son trajet. Si l'on incline de plus en plus la pile C, la quantité de lumière polarisée diminue de plus en plus dans le second rayon, et cela dans un rapport que l'on peut calculer après avoir mesuré l'angle d'incidence. ”

“ Ni moi, ni mes collaborateurs, nous ne parvînmes à saisir aucune trace de polarisation le 19 mars 1843, soit dans la lumière zodiacale, soit dans la lumière de la queue de la comète placée en son voisinage. On s’est servi, dans ce genre de recherches, de polariscopes procédant simplement par variation d’intensité, c’est-à-dire n’ayant pas pour objectif une lame mince de mica ou une plaque de cristal de roche, comme de polariscopes procédant par phénomènes de coloration (liv. xiv, chap. vi) . ”

“ En conservant les termes du premier degré on trouve l’explication de la polarisation rotatoire et nous avons montré qu’en conservant ceux du second degré on explique le phénomène de la dispersion. Dans la théorie de la double réfraction on peut négliger toutes les puissances de Cherchons ce que donnent dans cette hypothèse, les équations (1) quand on y remplace et par leurs valeurs (2) en admettant, puisque est une fonction périodique des coordonnées, que sont également des fonctions périodiques. ”

“ La propriété de polariser plus ou moins la lumière étant une propriété spécifique, et la détermination de l’angle de polarisation complète ou de polarisation maximum étant une chose facile d’après les expériences de M. Arago, l’illustre physicien a proposé de s’en servir pour reconnaître la nature des corps réfléchissants. C’est à un tel essai qu’ont été soumis des diamants présentés en 1843 à l’Académie des sciences ; la Note qui concerne cette application de la polarisation est placée dans l’Appendice sous le numéro xliii. ”