Nouvelles mesures de la dépolarisation de la diffusion Rayleigh dans les gaz et les vapeurs

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Submitted on 1 Jan 1963

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Nouvelles mesures de la dépolarisation de la diffusion Rayleigh dans les gaz et les vapeurs

André Massoulier

To cite this version:

André Massoulier. Nouvelles mesures de la dépolarisation de la diffusion Rayleigh dans les gaz et les

vapeurs. Journal de Physique, 1963, 24 (5), pp.342-344. �10.1051/jphys:01963002405034201�. �jpa-

00205479�

342

FIG. 3.

axe parallèle ^{au sens de} propagation modifie la permit-

tivité :

a) Lorsque les feuilles restent // à E, ^il y a, ^en effet,

variation d’orientation des fibres.

b) Lorsque les feuilles sont primitivement ^{1 à E,}

cette rotation modifierait généralement ^{à la fois}

l’orientation des fibres et celle des feuilles par rapport

à E ; ^{mais dans le cas} précis ^où les fibres sont /1 ^{à oz}

elles restent 1 à E et il _y a quand même variation de

permittivité : sj_ E//1 alors que chacune des fibres de cellulose, qui ^{sont uniaxes} [3], donnerait la même

permittivité ^{suivant l’un} quelconque ^{de ses diamètres.}

C’est donc la variation d’orientation des feuilles par rapport ^à E, ^à orientation de fibres déterminée, qui

introduit cette différence. On voit que ^la stratification

joue ^{un rôle} important.

Lettre reçue le 2 février 1963.

BIBLIOGRAPHIE

[1] ^SERVANT (R.), ^{P. V.} de la Société des Sciences Phys. ^et

Nat. de Bordeaux, 1961, ^44.

[2] ^{LE PETIT} (J. P.), ^{Thèse de 3e} cycle, Bordeaux, 1963.

[3] ^HERMANNS (P. H.), Contribution à l’étude physique ^des

fibres cellulosiques, Dunod, éd., 1952.

NOUVELLES MESURES DE LA DÉPOLARISATION

DE LA DIFFUSION RAYLEIGH DANS LES GAZ ET LES VAPEURS

Par André MASSOULIER,

Laboratoire d’Optique Moléculaire de la Faculté des Sciences de Bordeaux.

Les premières ^mesures du facteur de dépolarisation

de la diffusion Rayleigh ^{dans les} gaz ^{ont été} faites pour ^la plupart ^{entre 1918 et 1927} par ^un petit ^nombre d’expérimentateurs [1] (dont Rayleigh, Cabannes, Martin, ^{Gans) ; elles ont} donné des résultats assez dis-

persés, ^{et les valeurs trouvées} paraissaient ^{dans cer-}

tains cas, trop élevées, ^en contradiction avec l’isotropie probable ^{de la molécule (argon, méthane). De nou-}

velles mesures [2] ^{ont été faites entre 1929 et} 1937 ;

elles conduisirent en général ^à des valeurs plus faibles ;

c’est le cas principalement ^{des mesures de H. Volk-}

mann [3] ^et de A. Rousset [4].

La recherche de valeurs correctes du facteur de

dépolarisation p dans les gaz ^et vapeurs présente, ^en

dehors de ^son intérêt expérimental, ^un intérêt théo-

rique : ^{la seule mesure de} p conduit en effet à la valeur de l’anisotropie moléculaire ; ^on peut définir d’autre

part ^une anisotropie ^à l’état condensé (liquide ^{ou solu-} tion) ^{et la calculer à} partir du facteur de dépolarisation

et de l’intensité de la lumière diffusée par ^le liquide ^ou

la solution. Les valeurs habituellement admises pour p et pour la ^constante de Rayleigh ^des liquides ^étalons

conduisent à des anisotropies moléculaires à l’état de vapeur supérieures ^à celles de l’état liquide. ^{Or les}

valeurs de _p que ^{nous trouvons} après avoir éliminé autant que possible ^{les causes d’erreurs sont} générale-

ment plus ^{faibles [5] ; d’autre} part, ^les anisotropies

moléculaires relatives à l’état liquide, proportionnelles

au produit ^{de la constante de} Rayleigh par le facteur de dépolarisation (relatifs ^au liquide), ^{se trouvent} multipliées par 1,5 ^{si l’on} adopte les nouvelles valeurs des constantes de Rayleigh ^des liquides ^étalons [6].

L’écart entre les deux anisotropies ^va donc diminuer considérablement et pourra même s’inverser.

Montage: ^{Le schéma de} l’appareil ^{est donné} figure ^1.

Sur le socle ^en L, ^en acier, ^on distingue ^le montage

d’illumination A, ^le montage ^de Cornu suivi de l’objec-

tif photographique ^{et du} porte-chassis, ^{enfin la cuve}

contenant le tube en croix.

Le montage ^{A est} équipé ^d’une lampe SP 500 Phi-

lips, ^à rayonnement dirigé ^{dont un} premier ^condenseur L,L, ^{donne une} image ^{de l’arc sur} la fente F qui per- met de délimiter ^nettement une partie ^{de la source ;}

le condenseur L4L5 ^{donne une} image définitive dans le tube ^en croix ; ^{une lentille} L3 ^{form,e sur} L4 l’image ^de L2. ^Des diaphragmes ^{tendent à} éviter la lumière para- site. Entre les lentilles Li ^et L2 d’une part, L4 ^et L.

d’autre part, ^on peut ^{placer des écrans ou des cuves}

absorbantes sans avoir à modifier la mise au point ;

un polariseur ^{P peut être} placé ^aussitôt api ès ^la

fente F, ^{mais son} introduction oblige ^à refaire la mise

au point ^en déplaçant Lj.

L’ensemble B est un montage ^{de Cornu} comprenant

un biréfringent (Wollaston ^en quartz), ^un analyseur (glazebrook) ^{monté sur un} cercle divisé et un objectif qui ^{donne du} volume diffusant deux images ^{sur la}

c’est le cas principalement ^{des mesures de H. Volk-}

mann [3] ^et de A. Rousset [4].

La recherche de valeurs correctes du facteur de

dépolarisation 03C1 dans les gaz ^et vapeurs présente, ^en

dehors de ^son intérêt expérimental, ^un intérêt théo-

rique : ^{la seule mesure de} 03C1 conduit en effet à la valeur de l’anisotropie moléculaire ; ^on peut définir d’autre

part ^une anisotropie ^à l’état condensé (liquide ^{ou solu-} tion) ^{et la calculer à} partir du facteur de dépolarisation

et de l’intensité de la lumière diffusée par ^le liquide ^ou

la solution. Les valeurs habituellement admises pour p et pour la ^constante de Rayleigh ^des liquides ^étalons

conduisent à des anisotropies moléculaires à l’état de vapeur supérieures ^à celles de l’état liquide. ^{Or les}

valeurs de _03C1 que ^{nous trouvons} après avoir éliminé autant que possible ^{les causes d’erreurs sont} générale-

ment plus ^{faibles [5] ; d’autre} part, ^les anisotropies

moléculaires relatives à l’état liquide, proportionnelles

au produit ^{de la constante de} Rayleigh par le facteur de dépolarisation (relatifs ^au liquide), ^{se trouvent} multipliées par 1,5 ^{si l’on} adopte les nouvelles valeurs des constantes de Rayleigh ^des liquides ^étalons [6].

L’écart entre les deux anisotropies ^va donc diminuer considérablement et pourra même s’inverser.

Montage: ^{Le schéma de} l’appareil ^{est donné} figure ^1.

Sur le socle ^en L, ^en acier, ^on distingue ^le montage

d’illumination A, ^le montage ^de Cornu suivi de l’objec-

tif photographique ^{et du} porte-chassis, ^{enfin la cuve}

contenant le tube en croix.

Le montage ^{A est} équipé ^d’une lampe SP 500 Phi-

lips, ^à rayonnement dirigé ^{dont un} premier ^condenseur L1L2 ^{donne une} image ^{de l’arc sur} la fente F qui per- met de délimiter ^nettement une partie ^{de la source ;}

le condenseur L4L5 ^{donne une} image définitive dans le tube ^en croix ; ^{une lentille} L3 ^{forme sur} L4 l’image ^de L2. ^Des diaphragmes ^{tendent à} éviter la lumière para- site. Entre les lentilles L1 ^et L2 d’une part, L4 ^et L5

d’autre part, ^on peut ^{placer des écrans ou des cuves}

absorbantes sans avoir à modifier la mise au point ;

un polariseur ^{P peut être} placé ^aussitôt après ^la

fente F, ^{mais son} introduction oblige ^à refaire la mise

au point ^en déplaçant L1.

L’ensemble B est un montage ^{de Cornu} comprenant

un biréfringent (Wollaston ^en quartz), ^un analyseur (glazebrook) ^{monté sur un} cercle divisé et un objectif qui ^{donne du} volume diffusant deux images ^{sur la}

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01963002405034201

343

FIG. 1.

plaque photographique. ^Le faisceau diffusé utile est limité par ^un diaphragme d placé juste devant le

glazebrook.

La cuve C ^en aluminium, garnie ^{d’un revêtement} isolant, ^est percée de hublots destinés à laisser passer les faisceaux incident et diffusé; ^{ces hublots sont obturés}

par des disques ^{de verre} exempts ^de biréfringence.

Un thermostat permet de maintenir la température ^à

la valeur choisie.

On ^a d’abord utilisé des tubes en croix classiques ^en

verre (fig. 2) ^{avec des} disques d’obturations amovibles

FIG. 2.

en verre non biréfringent ; par la suite ^{on a} construit

un tube métallique (fig. 3), plus satisfaisant en ce qui

concerne l’étanchéité, ^et pouvant supporter des pres- sions élevées.

Précision des mesures.

Toutes corrections faites, ^en prenant d’ailleurs plu-

sieurs clichés pour ^diminuer l’effet des irrégularités ^de

la plaque photographique, ^{on arrive à :}

FIG. 3.

La précision ^{est un peu meilleure en lumière} pola- risée, ^dont l’emploi présente par ^contre l’inconvénient

d’augmenter la durée des poses. Le véritable avantage

de la lumière polarisée réside dans la diminution du fond sur lequel ^se détachent les images ^{du volume}

diffusant et son emploi ^{nous a été} indispensable pour

l’argon (produit Rp ^très faible).

Résultats.

^-

Les expériences ^ont porté sur des gaz

et des vapeurs : air, azote, hydrogène, argon, gaz

carbonique, ^{méthane, éthane, propane,} butane, pen-

tane, hexane, benzène, cyclohexane, acétone, ^alcools propylique ^et butylique.

Les tableaux ci-dessous donnent les résultats rela.

344

(1) Mesures de Volkmann (1935).

tifs à quelques-uns ^{de ces} corps, ainsi que les valeurs trouvées antérieurement.

On voit que les nouvelles valeurs ^sont sensiblement

plus petites que les anciennes (à l’exception ^{de celles} proposées ^par Volkmann) ^{au moins} pour ^{les faibles} valeurs de p ; déjà pour le sulfure de carbone, ^les

valeurs coïncident avec de légers ^écarts relatifs, ^dans

les deux _sens, et qui ^ne proviennent probablement pas de la ^mesure proprement dite. Les valeurs trouvées par Volkmann sont cependant plus faibles que les nôtres ;

comme la suite le confirmera, ^{cet auteur à fait des}

corrections excessives.

Étude ^de l’argon [7].

^-

La molécule d’argon parait

bien isotrope ; ^{sa diffusion} Rayleigh ^ne doit pas être

perturbée par la fluorescence ni l’effet Raman, ^{et il}

semble que l’on doive trouver p =0 . Cependant ^les

valeurs anciennes de 104 _p s’échelonnent de 42 à 55,

mais M. Rousset [4] ^{avait conclu en 1937 à} 104 p 10.

Unie expérience ^sur l’argon pur pouvait donc constituer

un test de la validité des corrections apportées ^{à nos}

mesures brutes.

Nous avons utilisé de l’argon très pur, ^sous la pres- sion atmosphérique. ^La petitesse ^du produit Rp (il s’agit ici de la valeur ^non nulle de _p qui ^{résulte de}

toutes façons de l’effet de convergence) ^{entraine des}

poses très longues ^{et l’on ne} peut obtenir de très bons clichés qu’en ^lumière polarisée. Les valeurs corrigées

de 104 p s’échelonnent de

^-

5,8 ^à + 5,4 ^résultat qui

est bien en accord ^avec la valeur nulle, ^{au moins très} petite de p ; c’est d’ailleurs le seul corps pour lequel ^les

valeurs corrigées de p ^{se trouvent} parfois négatives.

Étude du méthane [7]. -- La molécule de méthane

parait isotrope ; cependant ^{les mesures} antérieures à 1935 avaient donné des valeurs de 104 p comprises

entre 34 et 150 [1, 2]. ^En 1935, ^Volkmann [3] ^fait

une étude poussée de diverses causes d’erreurs et il trouve pour le méthane : 104 _p ⁼ 17 ; ^{mais il ne dis-}

pose pas de méthane pur ^et il fait une correction assez

imprécise d’impuretés qui ^{le conduit à} p ⁼ 0. Cepen-

dant un effet Kerr avait été décelé [8], ^ce qui impli- quait ^une anisotropie optique.

Rien n’étant changé ^à l’appareil, nous avons rem-

placé l’argon par le méthane pur (99, ⁶⁸ %). ^{Les clichés}

sont utilisables en lumière naturelle et parfaits ^en

lumière polarisée. De nombreuses ^mesures ont donné des valeurs de 104 p comprises ^entre 16,6 ^et 27,6, ^avec

une accumulation entre 19 et 21 ; ^c’est pourquoi ^nous

avons adopté : 104 p ^{= 20 ± 4.} Nous voyons donc

que la lumière diffusée par le méthane ^est plus dépo-

larisée que celle diffusée par l’argon, ^donc qu’elle ^est

sûrement dépolarisée ; le résultat de Volkman est

inexact ; c’est la preuve que cet auteur a fait des corrections excessives ce qui explique ^{le nombre, beau-}

coup plus faible que le nôtre, qu’il donne pour l’hydro- gène.

Toutefois, ^{comme le} résultat, bien que la valeur trouvée soit très petite, ^{était en désaccord avec l’iso-} tropie probable ^{de la} molécule, nous avons soigneu-

sement recherché des causes possibles ^d’erreur.

L’influence des poussières doit être éliminée puisqu’elle

ne s’était pas manifestée dans le ^cas de l’argon ; ^la

fluorescence d’une impureté, dans les conditions ou nous avons opéré (passage du gaz dans ^un tube à basse

température, filtre éliminant l’IJ. V.) paraît peu pro-

bable. Par contre l’effet Raman (3 ^raies importantes dépolarisées) peut ^{avoir une} influence. L’ayant ^éliminé

en illuminant en lumière monochromatique ^{nous avons}

effectivement observé une légère diminution de p : 104 _p ⁼ 16 _± 4. Enfin Volkmann [3] ^avait signalé

un léger ^{effet de} pression. ^{Nous avons} effectivement trouvé cet effet [7], ^{mais avec} des valeurs assez diffé- rentes, ^et les résultats ne permettent pas de conclure que p tend ^vers 0 avec la pression. ^{Cet effet de} pression

se retrouve aussi, ^avec des valeurs comparables, pour

l’argon, alors que ^nous n’avons pas pu le déceler sur

l’azote et l’hydrogène dans les mêmes conditions expé- rimentales, ^{et même sous des} pressions plus fortes, ^ce qui paraît ^exclure une erreur provenant ^{de la défor-}

mation des obturateurs de tube.

Lettre reçue le ² février 1963.

BIBLIOGRAPHIE

[1] ^CABANNES (J.), ^La diffusion moléculaire de la lumière,

Les Presses Universitaires, Paris, 1929.

[2] BHAGAVANTAM, Scattering ^of Light and the Raman effect, ^Chemical Publishing Company ^inc. Brooklyn,

New York, ^1942.

[3] ^VOLKMANN (H.), ^Ann. Phyzik, 1935, 24, 457.

[4] ^ROUSSET (A.), ^{C. R. Acad.} Sc., 1937, 204, 1725.

[5] MASSOULIER (A.), ^{C. R. Acad.} Sc., 1960, 251, ^358.

[6] ^CARR (C. I.) ^{et ZIMM} (B. H.), ^{J. Chem.} Physics, 1950, 18, ^1616.

CHOLLOT (B.) ^{et MORLOT} (G.), ^{J. Chimie} Physique, 1958, 55, ^515.

[7] MASSOULIER (A.), ^{C. R. Acad.} Sc., 1962, 255, ^1093.

[8] BREAZEALE, Phys. Rev., 1936, 49, ^625.