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Submitted on 1 Jan 1888
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Constantes optiques du gypse de Montmartre
H. Dufet
To cite this version:
H. Dufet. Constantes optiques du gypse de Montmartre. J. Phys. Theor. Appl., 1888, 7 (1), pp.292-
306. �10.1051/jphystap:018880070029200�. �jpa-00238840�
292
CONSTANTES OPTIQUES DU GYPSE DE MONTMARTRE;
PAR M. H. DUFET.
La variété de gypse dite fer de lance, la plus abondante aux
environs de Paris et la plus fréquemment utilisée, tout au moins
par les physiciens français, dans les recherches d’optique cristal- lographique, n’a pas encore été, que je sache, l’objet d’une étude
systématique et complète. Peut-être doit-on en chercher la raison dans la facilité particulière du clivage suivant gl, qui donne à la
matière une certaine â~j~eté dans d’autres directions que celle du
clivage facile, et a pu décourager les constructeurs. J’ai pu, grâce
à l’habileté de M. 1. iverlein, étudier des lames et des prismes
taillés dans un même fragment de gypse, se rapportant par consé- quent à un échantillon bien déterminé.
I.
-Détermination des indices principaux pour la raie D.
J’avais à ma disposition deux prismes, de 60° environ, le pre- mier ayant la base parallèle au clivage facile, et le plan bissecteur
très voisin de la section principale, le second ayant pour plan bis-
secteur le clivage facile.
Le premier prisme n’a été utilisé que pour fournir l’indice moyen, correspondant aux vibrations parallèles à l’arête, l’erreur provenant de la détermination imparfaite de l’angle du plan bis-
secteur du prisme et de la section principale pour une couleur déterminée, pouvant certainement affecter les décimales données
.par l’observation directe.
Le second prisme me donnait, sous la position de déviation mi-
nimum, les indices maximum et minimum. Je me suis assuré que
l’angle du plan bissecteur avec le plan du clivage facile n’était que de 12’, ce qui ne peut amener qu’une erreur complètement négligeable. L’arête du prisme était presque absolument dans le
clivage facile.
Pour la mesure des indices pour la raie D, les prismes dont les
faces bien planes étaient simplement amenées au douci furent
légèrement polis sur une lame de verre plane, de manière à pré-
senter de très bonnes images, soit par réflexion, soit par transmis-
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293 sion. Les indices ont été mesurés à l’aide d’un goniomètre de
Brunner donnant directement les io’~ et par estime les 5’~. L’ob- servation de la température est ici un des points les plus impor-
tants, et malheureusement un des problèmes les plus difficiles à résoudre avec quelque exactitude. J’ai dû me réduire à placer sur
la plate-forme du goniomètre, tout près du prisme, un tube rempli
d’eau où plongeait un thermomètre sensible et bien étudié. Les
mesures ont toutes été ramenées à la température de 1 gO C. à
l’aide des variations par la température que j’ai déterminées,
comme on le verra plus loin.
Les valeurs moyennes déduites des mesures sont, pour la tem-
pérature de 1 gO,
-~ ~Ces nombres conduisent, pour l’angle intérieur des axes, à la
valeur 58° i’.io" au lieu de 58° 5’ (observe).
L’écart des observations entre elles n’atteint que quelques unités
du cinquième ordre décimal. On peut donc croire, surtout en présence de la concordance entre la valeur calculée et la valeur mesurée de l’angle des axes, que ces nombres sont au moins exacts
à + 2 unités du cinquième ordre décimal.
II.
-Mesure de la dispersion.
Les prismes ainsi préparés pour la raie D ne présentaient pas pour d’autres raies spectrales une transparence suffisante,. J’ai
recouvert les faces de lames de verre, appliquées à l’aide de téré- benthine épaissie, et dont les déviations se compensaient. Ce pro-
cédé, insuffisant pour la détermination d’un indice isolé, suffit largement dans le cas actuel, où je relevais la distance, sous dé-
viation minimum, entre la raie du sudium et d’autres raies. J’ai
pris les raies du lithium et du thallium, et les trois raies C, F etc
de l’hydrogéne.
J’ai répété les mesures un grand nombre de fois de manière à n’avoir pas (sauf peut-être pour la raie ai de l’hydrogène) entre la
déviation minimum d’une raie et la déviation minimum de la raie D une erreur dépassant ~ o". A la première inspection des
chiffres obtenus, on voit qu’on ne saurait les représenter par une
294
formule à trois termes,
ytelle que la formule de Cauchy. Il faut employer la formule de dispersion de Briot, contenant un terme proportionnel au carré de la longueur d’onde. Pour chaque indice principal, les trois coefficients B, C, D, de la formule
ont été déterminés à l’aide des mesures relatives au lithium, au
thallium et à la raie F, l’indice pour la raie D (moyenne des raies
D, et D2) étant admis. Ce dernier indice servait ensuite à cal- culer A.
Les longueurs d’onde employées dans le calcul sont, d’après Angstrom,
f1,
J’obtiens ainsi, pour les trois indices principaux et pour les raies
précitées :
295 On sait que la courbe ayant les indices pour ordonnées et pour abscisses 1- ~ 2 est toujours voisine d’une droite. Dans le cas
actuel elle présente, pour les trois indices, un point d’inflexion situé dans le spectre visible, et un point sensiblement le même,.
C’est un résultat qu’on obtient déjà avec les indices de l’eau; je
renverrai sur ce point à un 1~’T~élnoire que j’ai publié il 3T a quelques années (1 ). La valeur des pour laquelle se produit le point d’in-
flexion s’obtient Immédiatement en é~alant à o cZ ’2 ~; on a ainsi :
flexIOn s obtIent ImmedIatement en egalant a 0
%~ I
on a alJ1SJ :
B )B2 Point d’inflexion.
III.
-Angle des axes optiques et dispersion des axes d’élasticité.
’
Les valeurs précédemment trouvées pour les indices donnent pour l’anble intérieur des axes optiques les nombres suivants,
relatifs à la température de 19° c. :
Ces valeurs concordent parfaitement avec celles tirées de l’ob- servation directe.
La plaque ayant servi aux mesures a été taillée dans le même
fragment de gypse que les prismes; elle a une épaisseur de 83
et est très sensiblement normale à la bissectrice aiguë vers ~o°C.
Je l’ai toujours observée dans l’eau, ce qui annihile l’erreur qui pourrait provenir d’une faible excentricité de la plaque.
e 1) H. DUFET, Recherches expérimentales sur la l’al’iation des indices de
réfraction sous l’influence de la chaleur (Bull. de la ,S’oc. n2irtéral., t. YIII,
p. 2 m-~, et Journal de Physique, a° série, t. IV, p. 389.
296
Je trouve ainsi, en faisant les corrections convenables relatives à la température, pour la température de ig’~ c. ,
On voit que l’angle des axes passe par un maximum pour une
longueur d’onde voisine de D (exactement À = o~, i’j5£ ) et que
toutes les bissectrices sont d’un même côté de celle de la raie D;
c’est un résultat obtenu déjà par 1‘~l, von Lang.
IV.
-Dispersion de double réfraction.
Les mesures par le prisme m’ont donné pour les différences des indices principaux des valeurs que j’ai cherché à appuyer
d’expériences plus directes. Les méthodes interférentielles con-
duisent, en effet, dans ce cas, à des résultats facilement exacts et
qui donnent un contrôle précieux.
Le prisme donnant les indices maximum et minimum m’a donné,
pour la raie D, la valeurs2013/~=o,ooc) 16, relative à la tempé-
rature de i g° C. Environ quinze mesures faites les unes sans lames de verre, les autres, ce qui est suffisant dans le cas actuel, avec
lames de verre, ni’ont conduit à des noinbres compris entre
o, oog 1;~ et o, oog I 5 .
Des lames de clivage, parfaitement nettes, me donnaient les
franges de Fizeau et Foucault, les lames étant plongées dans l’huile, pour pouvoir en connaître la température ; on pouvait dès
lors évaluer la fraction qu’il fallait ajouter au retard exprimé par
un nombre entier de longueurs d’onde, correspondant à la frange
immédiatement inférieure à la raie D.
Quant au retard lui-même, on l’obtient sans difficulté. On
-- --- - -- --- --- ---
( 1) Angle de la bissectrice relative à une couleur avec celle relaLive à la raie D.
297
peut employer le procédé du compensateur avec un quartz paral-
lèle à l’axe, taillé en prisme très aigu, et compter le nombre de
franges qui existent entre la frange centrale sans lame de gypse et la frange centrale avec lame. Un autre procédé plus simple, et
dont je recommande l’emploi, consiste à utiliser le microscope polarisant; une lame de spath donne les anneaux et la croix noire,
en lumière blanche; on interpose la lame de gypse au-dessus du
polariseur ou au-dessous de l’analyseur. Les anneaux disparaissent,
mais on les retrouve en tournant la lame de spath. Il n’y a jamais
d’hésitation sur la frange noire, malgré la différence des disper-
sions de double réfraction du spath et du gypse. Substituant alors à la lumière banche la flamme de la soude, on compte facilement
le nombre de franges passées depuis l’incidence normale. Ce pro- cédé s’applique sans difficulté jusque des retards de 40 à 5o franges.
Les épaisseurs mesurées au sphéromètre donnent constamment
des nombres trop grands, à cause de la difficulté des contacts. Je
me suis assuré qu’il vaut mieux, pour cette substance au moins, employer un Palmer donnant, à l’aide d’un vernier disposé le long
de la vis, le millième de millinlètre. Il serait assurément illiisoire de demander, pour des rmesures absolues, une telle approximation
à cet instrument ; mais, pour des mesures relatives, le contact est
mieux assuré, eL en général la vis de ces instruments, quand ils
sont t construits avec quelque soin, n’est pas sensiblement t infé- rieure à celle des sphéromètres ordinaires.
J’ai été conduit aux résultats suivants :
Ces résultats donnent comme moyenne o, oog 18 à 1 g° C.; pour
avoir le résul ta t des mesures di rec tes, il suffi t de supposer que le
pas de la vis du Palmer vaut 1 mm, oog- 2, ce qui est absolument dans
298
les limites acceptables. Ceci est, somme toute, une graduation de
la vis de l’instrument en longueur d’onde de la raie D, cette der-
nière étant admise égale à op., 5892.
Ceci fait, j’ai déterminé les différences de retard entre la raie D
et une autre raie. A la condition d’opérer sur une lame un peu
épaisse, et j’avais une lame de i omm, 88, les franges sont sensible-
ment équidistantes ; il est impossible de se tromper de plus d’un
dixième de frange, et avec un peu de soin on arrive facilement au
vingt-cinquième. Je crois que ce procédé, avec un prisme quel-
conque et des radiations bien déterminées, vaut mieux que le pro- cédé adopté d’ordinaire, consistant à se servir d’un réseau et à déterminer la longueur d’onde des franges obscures dont le nu-
méro d’ordre est alors exprimé en nombres entiers ; on opère en
effet sur des longueurs d’onde bien connues, déterminées par dif- férents expérimentateurs, précisément à l’aide de réseaux, mais mieux étudiés qu’on ne saurai t le faire dans une expérience isolée,
et sur des indices mesurés directement et non par interpolation.
Soient alors p le nombre de franges et de fractions de franges qui se trouvent entre une raie de longueur d’onde À et la raie D,
~,, la longueur d’onde de la raie D, (n - ri’», et (~2 - j2’)D la diffé-
rence des indices principaux pour ces deux longueurs d’onde,
e l’épaisseur de la lame, on a immédiatement, à l’aide des for- mules connues,
J’ai admis pour ( m~ - ~2 p ) D la valeur o, oog16, et je trouve
alors pour j2~~ - n~ :
Pour la différence des indices moyen et minimum, je me suis
servi d’al~ord de la lame servant à 1’observation de l’anble des axes optiques. En s’en servant pour l’obtention des franges de Fizeau
et Foucault, la lame étant plongée dans l’huile, on obtient le re-
299
Lard à une température connue et l’on en déduit le retard à Ig°.
L’épaisseur mesurée au Palmer est de 4-n,@ 818; avec la valeur
donnée pour le pas de la vis par les mesures sur nb - iîp, on a
4~~,82g, ce qui donne pour n"L - ~z~ ( à Igo) 0,0021~; § les me-
sures par le prisme donnent o, o0014 : i 1 ~r a donc un accord com-
plet entre ces difl’érentes déterminations.
Pour la variation de double réfraction, j’ai u tilisé un de mes prismes, dont une des faces est très sensiblement parallèle à la
bissectrice aiguë; j’ai taillé sur l’arête réfringente une petite face
d’à peu près 1 mm de large, qui m’a permis d’observer les franges
de Fizeau et Foucault, avec mon microscope polarisan t, le plan
des axes opticlues étant placé verticalement. Ou a des franges
tourbes qu’on amène à être tangentes au fil du réticule. C’est alors par les posi tions de la vis micrométrique déplaçant le colliniateur du spectroscope à vision directe que l’on apprécie la distance à
une-raie métallique des deux franges qui la comprennent et, par
conséquen t, la fraction de frange à ajouter au nombre entier qui
donne le retard. L’épaisseur de la lame a été mesurée à la machine à diviser et trouvée égale à 1 gmm, 8 1. J’ai répété les mesures avec
la lame de 4mm, 829, mais ici les franges sont un peu larges el
diffuses.
On voit qu’ici la différence des indices principaux présente dans
le vert un maximum, pen marqué à la vérité, mais qui suffit à
amener le maximum très net que l’anble des axes optiques présente
pour la raie D.
Ces résultats, comme on le verra plus loin, ne sont pas d’accord
avec ceux annoncés par 11~I. von Lang, et c’est en raison de cette
divergence clue j’ai multiplié sur ce point les mesures.
300
V.
-Variations des indices sur la température.
J’ai repris complètement, sur ce point important les mesures que j’avais publiées, il y a quelques années (1), en m’efforçant de
les rendre plus précises,
J’ai déterminé d’abord la variation avec la température d’un
des indices principaux par la méthode que j’ai employée pour le quartz et que j’ai décrite dans un Mémoire résumé dans ce
Journal ( 2 ~ . La lame de gypse de 10~~,88, placée au centre d’une
étuve de Gav-Lussac, servait à donner les franges de Talbot, grâce à la compensation produite par un quartz normal à l’axe
équivalent à une épaisseur un peu plus grande et placé en dehors
de l’étuve. La température de l’étuve pouvait être maintenue con-
stante grâce à un régulateur Benoît, et appréciée par un thermo- mètre bien étudié et dûment corrigé. L’effet produit par une élé- vation de température est une augmentation de retard : j’observais
les franges produites par l’indice maximum ; le sens de la variation
du retard montre que l’effet de la diminution d’indice l’ernporte
sur l’effet de l’augmentation d’épaisseur du gypse. En appelant n«
l’indice du gypse à o°, t’ - t la variation de température, pv le coef- ficient de dilatation du gypse pour la température moyenne ,, t ~ t ~
e son épaisseur, p le nombre de franges qui passent, et enfin, en représentant l’indice de l’air chaud par rapport à l’air froid par la formule
(l’indice de l’air à 0° étant pris égal à i , puisqu’on prend les lon-
gueurs d’onde dans l’air ~, on a la form ule
(1) Variation des indices de réfraction du gypse avec la température (Journal de Physique, Ire série, t. X, p. 5 13 ).
( 2 ) Journal de Physique, 2e série, t. III, p. 2W, et t. IV, p. 389.
30I
J’ai pris pour y la valeur donnée par 1~2. Fizeau, et j,ai obtenu :
Je prends comme valeur moyenne - 0,0000265.
La variation de n~ - nP a été obtenue par le déplacement dcs franges de Fizeau et Foucault, produites par la même lame de 1 omm, 88. Ici, pour une variation de température de 3~°, 8o C. et
une température moyenne de 24°, il passe ~fi~, 5, le retard dimi-
nuant quand la température augmente. On a, avec la formule
d’où
Enfin la variation du troisième indice s’obtient au moyen de la variation de l’angle des axes sous l’influence de la chaleur. La lame servant à l’observation des axes optiques est placée dans une
cuve pleine d’eau dont la température s’abaisse lentement. Du dé-
placement dans l’eau de chacun des systèmes d’anneamx on déduit
la variation des angles que fait chacun des axes intérieurs avec la normale à la plaque. La bissectrice aiguë coïncidait avec cette
normale pour la température de 20°. Je trouve ainsi pour le demi-
angle intérieur V des axes optiques la formule
les angles étant exprimes par des longueurs d’ares, et pour la va- riation de l’angle de la bissectrice aiguë, la valeur sensiblement
constante
302
Les coefficients de civ doivent certainement être fonctions de
dt
l’épaisseur de la plaque et de la vitesse de refroidissement; mais, quand la cuve est voisine de la température ambiante, sa tempé-
rature ne saurait être différente de celle du gypse. On peut donc
prendre pour dV dt la valeur donnée par la formule pour la trempé-
rature la plus basse des expériences; j’ai ainsi à 20" C.
En exprimant, dV cl ~ en fonction des trois indices principaux, on
obtient une équation entre leurs dérivées, d’OLl l’on tire la valeur de ~7~/~ Il vien t
de 7ît- Il vient
Les variations ainsi obtenues sont les variations des indices par rapport à l’air froid ; les variations par rapport à l’air chaud, qui
doivent servir, par exemple, dans le cas d’un prisme à la tempéra-
rature ambiante, s’obtiennent en en retranchant la dérivée de l’in- diee de l’air par rapport à la température. J’ai ainsi, en définitive :
J’avais été conduit, dans mes anciennes mesures, aux valeurs
~-- o, 000025, - o, 0000%4, - o, o00014, aussi concordantes que
possible, vu l’imperfection des procédés, avec les mesures ac-
tuelles.
VI. - Comparaison aux résultats antérieurs.
(X. ~1~Z~~le des axes. - Un certain nombre de mesures ont été
faites pour des radiations autres que la raie D et assez mal déter-
minées (rayons rOllg’es) rayons violets), et à des températures
303
trop différentes de celles de mes mesures pour qu’il y ait lieu à
comparaison. Je retiendrai d’abord les mesures de Neumann ( 1 ) qui donne, pour la raie D, les valeurs 61- 9-4’ à g°, 3$ C. et 5 ~ ° 3~
à 20°, 25 C. On en tire, en supposant l’angle une fonction linéaire de la température, ~ V
=58° 2’ à i g° C., et d’après ma formule 5 ~° 51 ~. J’ai trouvé à la même température 58" 5’.
M. von Lang (2 ) a mesuré l’anble des axes pour différentes raies
spectrales. Il trouve pour la raie D 5$° $’ à 18°, d’où l’on aurait
57° 57’ à 19°. Ses mesures, relatives aux raies du spectre solaire,
peuvent se comparer aux miennes pour les raies C, D et F; on a
pour le demi-angle V des axes optiques et pour l’angle y de la bis- sectrice avec celle de la raie D :
L’angle des axes semble donc être très sensiblement le même dans des gypses de différentes provenances; j’ai d’ailleurs observé que des lames de Bex me donnaient très sensiblement le même résultat que la lame de gypse de JB1IontmarLre. T’eut-être l’angle
des axes est-il un peu plus grand chez ce dernier.
~3. Indices.
-Quant aux indices, je laisserai de côté un cer- tain nombre de déterminations faites notamment t par MM. Quincke, Matthiesen, F. Kohlrausch, par la méthode de la réflexion totale,
et qui paraissent avoir eu pour but plutôt de vérifier la méthode à l’aide d’indices connus que de déterminer ces indices.
o