INSTRUMENTS D'OPTIQUE

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GONIOMETRE ET SPECTROSCOPE ANCIENS

 

Ce troisième chapitre des instruments d''optique aurait pu s'appeler "Prismomètres" puisque goniomètre et spectroscope font intervenir un prisme. Dans le premier cas, c'est pour l'étudier ; dans le deuxième, c'est pour utiliser ses propriétés. Mais ce serait un néologisme que l'Académie française a, jusqu'à présent, refusé d'adopter.

Ces appareils ne se trouvent pas facilement. Nous vous proposons un modèle de chaque catégorie. Nous essayerons de donner quelques explications sur la théorie et le fonctionnement. Toute critique sera la bienvenue.

 

GONIOMETRE BECKER HATTON-WALL LONDON

La société Becker Hatton-Wall est créée en 1872 par F.E. Becker. Spécialisée dans la fabrication des appareils de laboratoire, et, plus généralement, dans la fabrication d'instruments scientifiques, elle est reprise en 1897 par W.J. George. La dénomination originelle est conservée jusqu'en dans les années 1940. A partir de 1950, la société devient W. & J. George & Becker Ltd. Après sa fusion avec Griffin & Tatlock, elle prend pour dénomination Griffin & George.

 

Un goniomètre sert à étudier la déviation d'un faisceau lumineux par un prisme, à calculer la déviation minimale et à mesurer l'indice de réfraction de ce prisme. Il est composé de trois parties :

- un collimateur qui donne un faisceau parallèle d'une lumière monochromatique après passage dans une fente verticale de largeur variable ;

- ce faisceau lumineux traverse ensuite le prisme à étudier qui a été fixé sur une platine ronde ;

- après déviation, le faisceau arrive dans la lunette, solidaire d'un disque gradué indiquant la position angulaire de la lunette.

 

     

 

   
 

                         Goniomètre BECKER HATTON WALL LONDON
                         Doubs
                         h 20   piètement 19,5 x 19,5 x 17  
                         diam. platine 9   diam. disque gradué 13
                         lunette 19,3 / 22,5   collimateur 16,5 x 19,7

 

 

A l'opposé de la lunette, un contre-poids permet d'équilibrer l'ensemble (photographie de droite).

 

Le collimateur

 

   

 

Solidaire du piètement, le collimateur est fixe. La vis moletée 1 permet de régler la largeur de la fente verticale et donc celle du faisceau lumineux. La vis 2 permet le déplacement longitudinal de la fente dans le tube.

 

La platine

 

 

 

   

 

La platine tourne sur son axe central. Elle est réglable en hauteur grâce à 3 coussinets sur ressort.

 

Le disque gradué

 

     

 

 

 

Le disque gradué est fixe. Les graduations correspondent à 360°. Le vernier va de 0 à 30.

 

La lunette

 

         

La lunette tourne autour de l'axe central de la platine. L'observation à travers l'oculaire permet de voir un réticule.

La vis moletée 1 permet de déplacement longitudinal de l'oculaire. La vis 2 provoque le déplacement latéral lent et précis : son action est interrompue si l'on dévisse 3.

Collimateur et lunette peuvent être réglées en hauteur par l'intermédiaire de petites vis en laiton :

 

     

 

L'utilisation du goniomètre est simple, a priori ! Successivement :

- régler l'oculaire de la lunette sur le réticule ;

- source lumineuse en place, régler le collimateur de telle façon que l'image de la fente se confonde avec le trait vertical du réticule ;

- régler verticalement la lunette pour que le centre du réticule et celui de la fente coïncident ;

- vérifier que la platine est horizontale : agir éventuellement sur les coussinets ;

- nettoyer le prisme à étudier et le poser sur la platine, l'arête en face du collimateur : le faisceau lumineux va venir traverser les faces adjacentes à l'arête ;

- mesurer l'angle du prisme en prenant l'angle entre deux positions de visée sur les deux faces adjacentes ;

- mesurer l'angle de déviation minimale : en faisant tourner le prisme, on observe avec la lunette la déviation minimale. On note la position angulaire de la lunette. On tourne le prisme de façon symétrique et l'on note, de même, la position angulaire.

 

Moyennant des formules mathématiques qui n'ont pas leur place dans cet article, les positions angulaires définies expérimentalement vont permettre de calculer l'angle du prisme, l'angle de déviation minimale et l'indice du prisme.

Au terme de l'expérience, on obtient la carte d'identité du prisme étudié.

Le goniomètre sert donc à mesurer des angles. Nous verrons dans le métier de géomètre d'autres goniomètres très différents qui permettent aussi de calculer des angles dans l'espace.

 

 

SPECTROSCOPE

Un spectroscope permet de décomposer un faisceau lumineux en ses éléments constitutifs que sont les ondes électromagnétiques. Cette "décomposition" aboutit à des longueurs d'ondes dont l'ensemble constitue le spectre, caractéristique du faisceau lumineux étudié et donc de la substance à l'origine de ce faisceau. Ce spectre permet d'identifier la composition de la lumière source. Il est lié à la structure électronique du sel étudié. C'est un véritable ADN du règne minéral.

On distingue différents types de spectres : d'absorption, d'émission …C'est cette dernière qui nous intéresse ici. Notre modèle ne porte aucun nom de fabricant.

 

     
 

                               Spectroscope
                               Doubs
                               h 40   écart. pièt. 29   poids 8 kg
                               Collimateur (1) l 12/14   Tambour prisme (2) diam. 9,5   h 6
                               Collimateur annexe (3) l 28,5   Lunette (4) l 24,5/28
 

 

 

 

Le collimateur

 

     

 

Le collimateur est composé de 5 éléments :

- la fente (1) de 2 mm de largeur (détail photographie de droite) ;

- une vis (2) permettant le déplacement longitudinal dans le tube ;

- une vis (3) permettant le déplacement vertical ;

- une vis (4) permettant le déplacement latéral ;

- une lentille, à l'autre extrémité du tube, donnant un faisceau de rayons parallèles.

 

Le tambour et le prisme               

 

         

 

(1)  le tambour, protecteur du prisme et "chambre noire" ;

(2)  le prisme  h 5  l de chaque face 4 ;

(3)  le levier d'entrainement du prisme ;

(4)  deux vis de blocage du tambour.

 

Le collimateur secondaire

 

     

 

 

     
 

                    Fente (3) : ouverture minimale                                                     Fente (3) : ouverture maximale

 

 

Le collimateur secondaire est protégé par un cache (1). Après avoir enlevé celui-ci, la lumière pénètre dans le tube par le biais d'un prisme (2) à travers la fente (3) dont la largeur est réglée par la vis (4). A l'intérieur se trouve le micromètre et, à l'autre extrémité, une lentille.

 

La lunette

 

   

 

Le spectre est visible dans l'oculaire (1). Le tube est réglé verticalement par la vis (2) et longitudinalement par la vis (3).

 

Sur un plan pratique, le faisceau lumineux, provenant d'un brûleur à gaz dans lequel on place un sel minéral, pénètre dans le collimateur, à travers la fente verticale et arrive à la lentille. Il est, alors, constitué de rayons parallèles. Ces rayons traversent, ensuite, un prisme qui provoque leur réfraction. Ce prisme est éclairé par le collimateur secondaire qui contient un micromètre dont l'image est projetée au point de sortie du prisme du rayon lumineux. La réfraction est d'autant plus importante que la longueur d'onde est plus courte. Les rayons arrivent, enfin, dans l'oculaire, en même temps que l'image du micromètre qui permet de déterminer la longueur d'onde des rayons transmis.

 

Ces deux instruments sont difficiles à trouver. C'est pourquoi nous nous sommes permis de vous les montrer. Ils sont toujours utilisés. Les modèles d'aujourd'hui sont beaucoup plus petits et ont intégré des pièces électroniques. Par contre, le principe général est resté le même.

Le géomètre possède de nombreux instruments d'optique : niveaux, goniomètres, théodolites…Le sujet est traité au niveau des métiers et des outils d'antan. Une copie sera placée en quatrième partie des instruments d'optique.

 

FIN

 

A.R.C.O.M.A.   NOS INSTRUMENTS DE MESURE ANCIENS   OPTIQUE