Dépolarisation de la lumière par les suspensions grossières

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Dépolarisation de la lumière par les suspensions

grossières

A. Boutaric, J. Breton

To cite this version:

DÉPOLIRISATION

DE LA

LUMIÈRE

PAR LES SUSPENSIONS

GROSSIÈRES

Par M. A. BOUTARIC et Mlle J. BRETON.

Faculté des Sciences de

_Dijon.

Laboratoire de

_Physique

_générale.

Sommaire. 2014 Les auteurs ont étudié la _{dépolarisation qui} se _{produit lorsqu’un} faisceau de lumière _polarisée

traverse une _{suspension grossière (phénomène} de _Procopiu). Les expériences ont porté sur des _suspensions de bentonite, d’amidon, d’albumine, de gélatine, de gomme arabique, de _{cellulosé, d’ambre,} de chlorure de sodium, de _carbone, sur des émulsions de benzène dans _l’eau, etc. Sauf _pour des _suspensions de _particules opaques comme le carbone, ils ont constaté dans tous les cas une dépolarisation notable, le coefficient de dépolarisation apparaissant, dans la limite des expériences réalisées, comme une fonction du _produit cl de la concentration de la _suspension par l’épaisseur de la cuve. Il ne paraît pas nécessaire que la matière constituant les _particules soit _{biréfringente :} une _{dépolarisation} nette se manifeste dans le cas de particules non absorbantes dès que leur densité optique atteint une valeur suffisante.

Objet

des recherches. - Si on

_dispose

une

sus-pension grossière (liqueur

mixte)

dans une cuve à faces

_parallèles

sur

_laquelle

on

reçoit

normalement aux

faces un faisceau de lumière

_{polarisée rectilignement,}

on constate

_qu’après

avoir traversé la _{cuve, le faisceau} n’est

_{plus complètement polarisé.}

La

_{dépolarisation}

produite

sur la lumière par des

_liquides

tenant en

suspension

des

_particules

solides a fait

_l’objet

d’impor-tantes recherches de la

_part

de

_Procopiu

et de ses

élèves

_(1).

Il nous a _paru intéressant de

_reprendre

llétude de ce

_phénomène

_pour en

_{préciser quelques}

particularités

relatives notamment au rôle

_important

joué

par le coefficient

d’absorption

lumineuse de la

suspension.

Mode

_opératoire.

- Le mode

opératoire

que nous avons utilisé est

_identique

à celui de

_Procopiu.

La

suspension

est

_disposée

dans une cuve de verre sur

laquelle

on

_reçoit

normalement un faisceau de lumière

parallèle

produit

par une

_{lampe pointolite}

située au

foyer

d’une

_{lentille convergente}

de 30 cm de distance

focale;

le faisceau est

_polarisé

_par un nicol et rendu sensiblement

_{monochromatique}

_par

_{interposition}

d’une

gélatine

colorée. A l’aide d’un

_{photopolarimètre}

de

Cornu,

on détermine le coefficient de

_{dépolarisation :}

de la lumière

_transmise,

I

_désignant

l’intensité de la

composante

parallèle

à la vibration incidente et 1 celle de la

_composante

_{perpendiculaire.}

Le nicol

_polariseur

étant

_disposé

sur le

_trajet

du faisceau de rayons

parallèles

provenant

de la _source,

on installe dans le

_prolongement

de ce faisceau le

photopolarimètre

de Cornu

_privé

de son

_prisme

biré-fringent

et on

_règle

le nicol

_analyseur

de

_l’appareil

de

manière à l’amener à l’extinction avec le nicol servant (’) S. PROCOPIU. C. _{R., 1921, 173,} p. 409 et 1935, 201, p. 56 ;

An-nales de _Physique, 19~4, 1, p. 2 î0 ; Annales _{Scientifiques} de l’Uni-versité de Jassy, 1931, 17, p. 111 ; C. R. de l’Académie des Sciences de Roumanie, 1938, 2, No 2, p. 137.

V. PETRESCU. Annales _{scientifiques} de l’ Université de _Jassy

1931, 17, p. 15 et 1933, 18, p. 318.

-CALIB’iCE~,’C0. Ibid., 1934, 20, p. 3~?.

à

_polariser

le faisceau incident. Introduisant le

_prisme

biréfringent

du

_{photopolarimètre}

de Cornu dans la lunette servant de monture à

_{l’appareil,}

on le fait

tourner dans son

_support

_jusqu’à

ce _que l’observation

du faisceau

_émergent

à travers le nicol

_analyseur

du

photopolarimètre

permette

de constater la

_disparition

des deux

_images.

Dans ces

_conditions,

les deux

sec-tions

_principales

du

_{biréfringent}

sont

_parallèles

res-pectivement

aux sections

_principales

des nicols

pola-riseur et

_analyseur

et le

_dispositif

se trouve

_réglé.

Si

on introduit une

_{suspension grossière}

sur le

_trajet

du faisceau

_compris

entre le nicol

_polariseur

et le

photopo-larimètre de

_Cornu,

on

_constate,

en

_regardant

à travers

l’appareil, l’apparition

d’une des deux

_images

du

biréfringent.

En faisant tourner le nicol

_analyseur,

on

provoque

l’apparition

de l’autre

image

et,

pour une

position

convenable de ce

_nicol,

on réalise

l’égalité

d’intensité des deux

_images.

En

_désignant

_par x

l’angle

dont a tourné la section

_principale

du

_nicol,

on .

voit _{aisément que} l’on a :

ce

_qui

fournit _{pour le} coefficient de

_{dépolarisation (1),}

la valeur :

Afin de

_préciser

la relation existant entre le coef fi-cient de

_{dépolarisation}

relatif à une

_suspension

et

l’opacité

de

_celle-ci,

nous avons déterminé dans tous les cas la densité

_{optique 8}

de la

_suspension,

à l’aide d’un

_photomètre

de

_Vernes,

_Bricq

et Yvon _pour la même radiation que celle utilisée dans les

expériences

de

_{dépolarisation.}

z

Suspensions

de bentonite. - En

_projetant

dans de l’eau de la bentonite en

_poudre

_{préalablement}

tamisée,

soumettant le

_mélange

à une

_agitation

régu-lière

_pendant

deux heures et _{éliminant par} une brève (1) Dans son travail, Procopiu désigne, sous le nom de dépola-risation, la proportion de lumière naturelle contenue dans le faisceau _émergent, soit :

177

centrifugation

les

_plus

_grosses

_particules,

on obtient

une

_{suspension homogène}

d’une très

_grande

stabilité.

Le tableau I

donne,

pour X

= 520

mp, les coefficients de

_{dépolarisation}

p relatifs à des

suspensions

de

diver-ses concentrations c

_(en

_{gramme pour 100}

_cm3)

observées sous un certain

_nombre

_{d’épaisseurs}

1

(en cm)

et les densités

_optiques

de ces

_suspensions

pour la même

longueur

d’onde. TABLEAU T . -

Suspensions

de bentonite.

Si on

_représente

les coefficients de

_{dépolarisation}

_p en fonction du

_produit

cl de la concentration par

l’épaisseur

de la cuve, on constate _{que, pour les}

concen-trations et les

_{épaisseurs envisagées,}

tous les

_points

se

disposent

sur une même

_courbe,

_quelles

_{que soient les}

épaisseurs

des cuves et les

_{concentrations,}

_{ainsi que} le montre la courbe A de la

_figure

1 : la

_courbe,

d’abord très voisine de l’axe des

_abscisses,

s’élève ensuite

rapi-dement à mesure

_{qu’augmente}

le

_produit

cl. Les

résultats obtenus sont moins

_{simples lorsqu’on}

repré-sente les coefficients de

_{dépolarisation}

en fonction du

produit

1 1 de la densité

_optique

de la

_suspension

_par

l’épaisseur

de la cuve. Sur la

_figure

_2,

les

_points

relatifs

Fig. 1.

aux trois cuves

_{d’épaisseurs}

différentes se

_placent

sur

trois courbes distinctes

_{s’étageant}

dans l’ordre inverse des

_épaisseurs.

Suspensions

d’amidon. - Nous avons

_préparé

des

suspensions

d’amidon

_(amidon

de

_blé)

de diverses

Fig. 2.

concentrations dans un

_{mélange hydroalcoolique}

à 50 pour 100

d’alcool ;

les

suspensions

ne sont _{pas très}

stables,

mais à condition

_{d’agiter fréquemment}

les

cuves servant aux

_{expériences,}

on

_peut

obtenir des

valeurs

_{reproductibles}

_{pour la}

_{dépolarisation}

p et

pour la densité

optique

8. Le tableau II donne les valeurs

de p

à travers une cuve de

_1,02

cm

_{d’épaisseur}

et _{de 8 pour} a = 520

mp., fournies par des

suspensions

de concentration c. Il donne

_également

les valeurs de p

relatives à une concentration c =

0,4

g pour 100 cm3 mesurées à travers des cuves de diverses

_épaisseurs

l.

TABLEAU II. -

Suspensions

d’amidon.

Comme pour la

bentonite,

si on

_représente

les valeurs

_{de p}

en fonction du

_produit

_cl,

on _{constate que,}

quelles

que soient les concentrations et

_{l’épaisseur}

de la _cuve, les

_points

se

_placent

sur la même courbe

(courbe B,

fig.

1) ;

les

_{points représentant}

_p en

tion du

_{produit a}

L se

_disposent,

au

_contraire,

suivant

l’épaisseur

des cuves, sur des courbes différentes

qui

s’étagent

dans l’ordre inverse des

_épaisseurs.

Suspensions

d’albumine. - Nous avons introduit

de l’albumine d’oeuf

officinale,

préalablement

dessé-chée

_{jusqu’à poids}

constant et finement

_{pulvérisée,}

dans l’alcool absolu. La

_suspension

ainsi obtenue sédimente

_rapidement.

On

_peut

en

_augmenter

la sta-bilité _par addition d’eau. Nous avons obtenu des

sus-pensions

relativement stables en

_ajoutant

de l’eau à la

_suspension

d’albumine dans l’alcool de manière à réaliser un

mélange hydroalcoolique

à 40 _pour 100

d’alcool. Le tableau _{III donne pour} a == 520 _rny les

valeurs de p

(à

travers une cuve de

_1,02

cm

d’épais-seur)

et de 8 _{fournies par des}

_suspensions

de

concen-tration c. Il donne

_également

les valeurs de p

rela-tives à une concentration c = 1 g pour 100 cm3

mesu-rées à travers des cuves

_{d’épaisseurs}

différentes l.

TABLEAU III. -

Suspensions

d’albumine.

Comme _pour la bentonite et

_l’amidon,

si on

repré-sente les valeurs de p en fonction du

_produit

_cl,

on

constate _que,

_quelles

_que soient les concentrations et

l’épaisseur

de la _cuve, les

_points

se

_placent

sur une

même courbe

_{(courbe C,}

_fig.1).

Suspensions

de

_gélatine.

- Nous _avons

préparé

par le même mode

opératoire

que pour l’albumine des

suspensions

de

_gélatine

dans un

liquide

hydroalcoo-lique

à 50 _{pour 100 d’alcool.} La

_gélatine

en

_poudre

TABLEAU IV. -

Suspensions

de

_gélatine.

du commerce était desséchée et finement

_{pulvérisée.}

Les résultats obtenus sont

_consignés

dans le tableau

_IV,

les mesures de

_{dépolarisation}

à concentration variable

,

étant _{faites pour} une cuve

_{d’épaisseur}

=

_2,38

cm et les mesures à

_épaisseur

_{variable pour} une concentra-tion c =

0,4

_{g pour 100 cm3.}

Les valeurs de p en fonction du

_produit

cl sont

représentées

sur la courbe D de la

_figure

1.

Suspensions

de gomme

arabique. - Le

tableau V

reproduit

les résultats _{fournis par} des

_suspensions

dans l’alcool absolu de gomme

arabique,

en

_poudre,

des-séchée

_{jusqu’à poids}

_constant,

dans le vide sec.

Les valeurs de p en fonction de cl sont

_{représentées}

sur la courbe E de la

_figure

1. TABLEAU V. -

Suspensions

de gomme

arabique.

Suspensions

de cellulose. - En

broyant

au

mortier de la «

_pâte

à filtrer »

_{(marque Durieux)}

en

présence

d’eau

_bouillante,

on obtient une

suspension

stable de

_cellulose,

dont on

_peut

modifier la

concen-tration en la diluant avec de l’eau distillée. La

con-centration a été déterminée en

_pesant

le résidu laissé

par la

suspension

initiale

évaporée

dans l’étuve à

_700,

puis

dans le vide sec

_{jusqu’à poids}

constant. Les résul-tats obtenus sont

_consignés

dans le tableau

_VI,

_qui

fournit les valeurs de p à travers une cuve

_{d’épaisseur}

égale

à

_3,40

cm. Les valeurs de p en _{fonction du}

pro-duit cl sont

_{représentées}

sur la courbe F de la

_figure

1.

TABLEAU VI. -

Suspensions

de cellulose.

Suspensions

d’ambre. -LetableauVII

_reproduit

les résultats _{fournis par de l’ambre}

_{pulvérisée,}

mise

179

50 pour 100 d’alcool. Les valeurs de p en fonction du

produit

çl

sont

_{représentées}

sur la courbe G de la

figure 1.

TABLEAU VII. -

Suspensions

d’ambre.

Suspensions

de chlorure de sodium. - Le

chlo-rure de

_sodium,

_{préalablement}

desséché et finement

broyé,

donne des

_suspensions

relativement stables dans la

_glycérine.

Le tableau VII I

_reproduit

les résul-tats des mesures faites.

TABLEAU VIII. -

Suspensions

de chlorure de sodium.

Emulsion de benzène dans l’eau. - En

ajoutant

18 cm3 d’eau à la solution de 1 cm3 de benzène dans 1 cm3 d’alcool absolu et

_agitant

_fortement,

on obtient une émulsion de benzène dans

l’eau, susceptible

de

tenir environ un

_quart

d’heure. A travers une cuve

de

_1,02

cm

_{d’épaisseur,}

cette

_émulsion,

_{qui possède}

une densité

_{optique 8}

=

4,5’f, dépolarise

nettement la lumière

_{polarisée qui}

la

_{traverse ;}

on a : 100 p

=11,2.

Nous avons

_également

observé _que les floculats

obtenus par dilution de sérum

_sanguin

dans l’eau dis-tillée ou mieux dans l’eau

_légèrement

acidulée,

pro-duisent une

_{dépolarisation}

très nette de la lumière transmise.

Suspensions

de

_particules

_{opaques. - Les} résul-tats des

_expériences

faites sur des

_suspensions

de

TABLEAU IX. -

Suspensions

de

_graphite

colloïdal.

graphite (aquadag)

de diverses

_{concentrations,}

sont

consignés

dans le tableau IX. A cause de la

_grande

opacité

de la

_suspension,

les mesures ont été faites en

lumière blanche.

Nous avons

_également

étudié une

_suspension

de

noir animal dans une solution _{aqueuse de} Cl Na

contenant _{2 g de carbone pour 100}

_{cm3 ;}

_disposée

dans

une cuve de

_0,55

cm

_{d’épaisseur,}

elle n’a

_produit

sur

la lumière

_{qu’une dépolarisation}

tout à fait

insigni-fiante

₍₁₀₀

p =

0,03).

Ces deux séries

_{d’expériences}

_permettent

de

con-clure _{que les}

_suspensions

dans

_lesquelles

la matière

dispersée

est fortement absorbante ne

_produisent

qu’une dépolarisation

très faible de la lumière trans-mise.

Interprétation

des résultats. - Au _cours de

nos recherches nous avons retrouvé un certain nombre

de résultats établis antérieurement _par

_Procopiu

sur

la

_{dépolarisation}

_{de la lumière par des}

_liquides

tenant

en

_suspension

des

_particules

_solides,

_phénomène

qu’il

a découvert et étudié le

_premier.

Ainsi nous avons

h~ig, 3.

constaté comme lui _{que la}

_{dépolarisation}

est

prati-quement

nulle _{pour les}

_liquides

_purs et les

_solutions,

même de substances à molécules fortement

aniso-tropes,

et

_qu’elle

est extrêmement faible dans le cas de

suspensions

à

_{particules métalliques.}

Mais il ne semble

pas que la

biréfringence

de la matière en

_suspension,

si elle est

_susceptible

d’accentuer le

_phénomène,

soit nécessaire à sa

_production.

Déjà,

les résultats relatifs aux

_suspensions

d’albu-mine,

de

_gélatine

et d’amidon

_paraissent

difficiles à rattacher à une

_{biréfringence}

de la matière en

suspen-sion ; cependant,

on

pourrait

faire remarquer que

l’albumine se

_présente

souvent à l’état

_{cristallisé,}

et que les

parcelles

de

gélatine

aussi bien que les

grains.

d’amidon en

_suspension

dans l’eau rétablissent la

les

_grains

d’amidon

_présentant

même très nettement dans ces conditions le

_phénomène

de la croix noire.

Mais les résultats fournis _{par les}

_suspensions

_d’ambre,

de _gomme

_arabique,

de

_cellulose,

les émulsions de benzène dans _{l’eau ainsi que} les floculations obtenues par dilution des sérums dans l’eau ne semblent

_plus

permettre

de rattacher la

_{dépolarisation, parfois}

très

forte,

qui

a été observée à la

_{biréfringence}

de la matière

constituant les

_particules.

_Enfin,

les

_suspensions

de chlorure de sodium

_produisent

une

_{dépolarisation}

très

nette bien _que le chlorure de

sodium,

cristallisé dans le

_système

_cubique,

soit

_{monoréfringent.}

Il nous a _paru

_{intéressant,}

_pour

_{l’interprétation}

du

phénomène,

de chercher comment varient les coeffi-cients de

_{dépolarisation,}

relatifs aux divers milieux

envisagés,

en fonction de la densité

_optique

de ces

milieux. Les courbes de la

_figure

3

_{représentent}

pour ces

milieux la variation de la

_{dépolarisation}

p à travers

une"euve

de

2,38

cm

d’épaisseur,

en fonction de la

den-sité optique

0,

les coefficients de

_{dépolarisation}

et la densité

_optique

_{étant mesurés pour} la même

_longueur

d’onde x =

520

_mpL. Dans tous les cas on constate _que,

quelle

que soit la nature des

_particules

en

_suspension,

à _{condition que celles-ci} ne soient _pas fortement

absor-bantes,

la

_{dépolarisation}

est très faible et même à _peu

près

nulle tant _que la densité

_optique

_~este inférieure à une valeur voisine de

_2,

la

dépolarisation

crois-sant ensuite

_rapidement.

Les courbes

_qui

repré-sentent p en fonction de 8 ont la même allure _pour toutes les

_suspensions

et s’écartent assez _{peu l’une de}

l’autre.

Lorsque

la matière constituant les

_particules

ne

présente

pas

d’absorption

sélective notable pour la radiation du faisceau

_qui

traverse la _cuve, on est conduit à _{admettre que}

_{l’absorption}

exercée _{par la}

suspension

sur ce faisceau

_{provient principalement}

de la diffusion

_produite

_{par les}

_particules,

la lumière diffusée en tous sens diminuant d’autant la lumière

transmise.

_Or,

la lumière diffusée par des

particules

de

suspensions grossières

est

_toujours

fortement

dépola-risée,

ainsi que nous l’avons constaté sur les

_suspensions

étudiées,

en mesurant le coefficient de

dépolarisa-tion _p~ de la lumière _{diffusée par la} cuve contenant la

suspension,

à 900 d’un faisceau incident constitué par de la lumière

polarisée

à vecteur

_électrique

verti-cal ;

les valeurs de P v sont

toujours

voisines de l’unité dans le cas de

_{suspensions qui dépolarisent}

fortement

la lumière

_transmise,

ainsi _que le montrent les résul-tats

_consignés

dans le tableau

X,

qui

donne pour

quelques suspensions

(X

= 520

mp.)

les valeurs de _pv

(dépolarisation

du faisceau

_diffusé),

_{de p}

(dépolarisa-tion du faisceau transmis à travers une cuve de

_2,38

cm

d’épaisseur)

et de 8

_(densité

_optique).

TABLEAU X.

Lorsqu’on dispose

sur le

_trajet

d’un faisceau de

lumière

_polarisée

une cuve renfermant une

suspen-sion

_grossière,

le faisceau

_{qui émerge}

de la cuve est

composé

non seulement du faisceau transmis

directe-ment,

mais encore de la lumière que les

_particules

diffusent dans toutes les directions. Même en admet-tant _{que la lumière transmise directement} reste

com-plètement polarisée,

comme la lumière diffusée

_est,

au

_contraire,

à

_{peu,près complètement dépolarisée,}

on

conçoit

que, conformément à ce

_{qu’indiquent}

les

mesures

_rapportées

_ci-dessus,

le faisceau

_émergent

comprenne une

_proportion

de lumière

_{dépolarisée}

d’autant

_{plus grande}

que la diffusion est

_plus

intense. Bien

_entendu,

_{l’interprétation précédente}

n’est

_plus

valable

_lorsque

les

_particules

sont _{constituées par} une

matière fortement

_absorbante,

car alors la lumière

absorbée par la cuve ne donne lieu à aucune

diffusion

et est définitivement

_perdue.

Ainsi

_s’explique

la

cons-tatation de

_Procopiu

sur l’absence de

_{dépolarisation}

de la lumière transmise _par les

_suspensions

de

parti-cules

_métalliques

et la constatation

_analogue

que nous

avons faite sur les

_suspensions

de carbone : les métaux

et le carbone

_sont,

en

_effet,

des _corps très

_absorbants,

en _{sorte que la}

_{plus grande partie}

de la lumière absor-bée _par la

_suspension

doit être attribuée non à la

diffusion,

mais à

_{l’absorption}

_{propre de la} matière des

particules.

Dans la lumière

_transmise,

la

_part

_qui

revient à la diffusion est certainement très

_{faible ;}

cette lumière est _{presque entièrement} constituée _par le faisceau transmis directement et l’on

_conçoit

_qu’elle

puisse

être

_{complètement polarisée.}

C’est sans doute

également

à

_{l’absorption}

sélective

_qu’il

convient de rattacher les écarts constatés entre les courbes

repré-sentant comment varie le coefficient de

dépolarisa-tion en fonction de la densité

_optique,

_pour les

suspen-sions de nature différente.