Polarisation rotatoire.
Les lames de certains matériaux
, dits "optiquement actifs", font tourner le plan de polarisation
de la lumière. L'angle de rotation est proportionnel à l'épaisseur de la lame (a
= k.L). Dans le modèle de Fresnel, on peut décomposer une rectiligne en une
somme de deux circulaires droite et gauche. Si les vitesses de propagation de
ces circulaires sont différentes, en sortie on récupère une rectiligne qui a
tourné. Si la rotation a lieu dans le sens des aiguilles d'une montre le milieu
est dit dextrogyre et lévogyre dans le cas contraire.
La polarisation rotatoire
des solides est liée à une dissymétrie structurale (absence de plan de symétrie).
Celle des liquides résulte d'une dissymétrie des molécules. De nombreux composés
en solution vérifient la loi de Biot qui dit que l'angle de rotation
est proportionnel à la concentration.
Pouvoir rotatoire du quartz. (Trigonal : SiO2)
Le
pouvoir rotatoire du quartz est lié à une dissymétrie de l'édifice cristallin.
Le quartz est constitué par des hélices de tétraèdres SiO4. Comme
l'hélice peut s'enrouler à droite ou à gauche, il existe deux groupes (énantiomorphes)
possibles P3121 et P3221 comme groupe d'espace. Il existe
des quartz gauches et des quartz droits.
Comme le quartz est aussi biréfrigent,
pour pouvoir observer son seul pouvoir rotatoire, il faut utiliser des lames à faces
parallèles taillées normalement à l'axe optique (axe 3) et travailler en lumière
parallèle à cet axe. Le quartz provoque
une rotation de 21,72° par mm.
Saccharimètre.
Les sucres possédant un
carbone asymétrique présentent une polarisation rotatoire. Cette propriété est
utilisée pour déterminer rapidement la pureté des solutions de saccharose.
On règle le polariseur et l'analyseur à vide pour avoir l'obscurité. Dans
un tube de longueur L, on introduit une solution de concentration donnée de
saccharose. Cette solution fait tourner le plan de polarisation vers la
droite. Pour rétablir l'obscurité, il faut tourner l'analyseur vers la droite.
On
peut aussi laisser l'analyseur fixe et introduire dans le faisceau une lame
de quartz gauche d'une épaisse telle que l'on compense exactement la rotation
due au sucre. Pour pouvoir faire des mesures, il faut disposer d'une lame
d'épaisseur variable. En pratique, dans le compensateur de Soleil*, on
utilise deux coins de quartz gauche de même angle. L'un des coins peut
se déplacer normalement au faisceau. On constitue ainsi une lame à épaisseur
variable. Comme cette lame possède une épaisseur minimale et pour pouvoir compenser
des rotations plus faibles, on ajoute une lame fixe de quartz droit
dont l'épaisseur est supérieure à l'épaisseur minimale du coin. L'ensemble est
équivalent à une lame unique de quartz gauche dont l'épaisseur est variable
entre a (négatif) et b (positif).
Le hasard fait que les sucres et le quartz
ont une variation identique du pouvoir rotatoire avec la longueur d'onde : Il
est possible de travailler en lumière blanche.
Pour améliorer la précision
des mesures, il est possible d'utiliser un analyseur à pénombre mais ceci impose
de travailler en lumière monochromatique.
Jean-Baptiste SOLEIL (1778-1878) Constructeur de matériel scientifique français.