Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
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Claude VÉRET : Ingénieur diplômé de l’École supérieure d’optique - Docteur-ingénieur de la faculté des sciences de Paris
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans le vide, le rayonnement électromagnétique, quelle que soit sa fréquence (ou sa longueur d’onde), se propage à vitesse constante.
Mais, lorsqu’il doit traverser un milieu matériel, il subit des interactions de diverses natures qui entraînent des modifications à sa propagation telles que :
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atténuation en fonction de la distance traversée : absorption ;
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modification de sa répartition spatiale : diffusion ;
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réduction ou dédoublement de sa vitesse de propagation : réfraction, polarisation ;
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variation de la vitesse de propagation avec la fréquence : dispersion ;
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changement de fréquence : fluorescence ;
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et autres effets secondaires.
Dans les domaines de fréquence du rayonnement pour lesquels l’absorption est peu importante, les modifications de la vitesse de propagation d’un rayonnement sont susceptibles d’apporter des informations sur la nature et/ou les conditions physiques (pression, température) d’un milieu traversé, quel qu’en soit son état (gazeux, liquide ou solide).
C’est ainsi que l’indice de réfraction absolu n d’un milieu par rapport au vide est défini comme le rapport c/v de la vitesse de propagation c d’un rayonnement électromagnétique monochromatique dans le vide à sa vitesse v dans ce milieu.
La réfractométrie photonique (domaines des radiations ultraviolettes, visibles et infrarouges) est l’ensemble des techniques de mesure des indices de réfraction, susceptibles de jouer un rôle en analyse chimique.
Les mesures réfractométriques ne sont applicables qu’à des milieux optiquement transparents. Cependant, les gels et les liquides opaques ou fortement teintés peuvent être analysés par certaines méthodes ne nécessitant qu’une très petite quantité de produit.
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Utilisation en analyse chimique
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2. Métrologie des indices de réfraction
2.1 Méthodes de réfraction
L’étude de l’optique géométrique conduit à la notion de rayons lumineux se propageant en ligne droite, à vitesse constante, dans la traversée de milieux homogènes. Elle a permis d’établir les lois simples de réflexion et de réfraction dites de Snell-Descartes.
Considérons un rayon lumineux incident à l’interface de deux milieux d’indices respectifs n 1 et n 2 (figure 1) :
-
en réflexion : un rayon lumineux incident sous l’angle i 1 , par rapport à la normale à la surface de séparation, est réfléchi sous un angle r 1 égal à i 1 de l’autre côté de la normale ;
-
en réfraction : le rayon lumineux pénétrant dans le second milieu s’y propage sous un angle i 2 par rapport à la normale, dont la valeur est déterminée en appliquant la relation :
n1 sin i1 = n2 sin i2( 2 )
En réalité, une partie de la lumière est réfléchie et une autre partie est transmise, les intensités respectives de chacune de ces deux parties dépendant de la valeur de l’angle d’incidence et de l’état de polarisation de la lumière incidente.
La figure 2 montre les deux cas qui peuvent se présenter.
-
n2 > n1(figure 2a )
L’indice n 1 du milieu d’incidence est inférieur à celui n 2 du milieu de réfraction. Au domaine d’incidence i 1 entre 0 et 90o correspond un domaine de réflexion partielle aussi entre 0 et 90 o, mais situé de l’autre côté de la normale NN’ et un domaine de réfraction partielle i 2 entre 0 et λ...
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Métrologie des indices de réfraction
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
1 Constructeurs - Distributeurs
Le tableau 1 contient une liste d’entreprises assurant la distribution en France d’instruments scientifiques et, en particulier, de réfractomètres.
À côté des noms de ces entreprises est indiqué le type de matériel mis sur le marché, sous la forme suivante.
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A : réfractomètres d’Abbe
Ces appareils, à visée dans un oculaire, permettent des mesures d’indices de réfraction entre 1,3 et plus de 1,8 avec une incertitude de 1 à 2 unités de la quatrième décimale, l’échantillon étant placé dans une enceinte thermostatée à température ajustable au degré près. Les mesures de concentration d’un composant s’y effectuent à quelques dixièmes de pour-cent près.
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B : réfractomètres à main
La plupart des entreprises proposent toute une gamme d’instruments, chacun d’eux adapté à la mesure d’un composant dans un mélange donné comme :
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le sucre dans du jus de fruit, du miel, de la confiture ou des sauces ;
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le chlorure de sodium dans des préparations culinaires, dans l’eau de mer naturelle ou artificielle utilisée dans des aquariums ;
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ou encore pour déterminer la pureté d’une huile ou la charge d’un accumulateur d’après la densité de l’électrolyte ainsi que pour les analyses médicales, la détermination de teneur en protéines d’un sérum ou de la densité de l’urine…
Les appareils, à visée dans un oculaire, contiennent des échelles de mesure adaptées à chacun des cas, la précision dépendant de l’étendue de la gamme de mesure de l’appareil, mais étant toujours meilleure que...
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