Léon Foucault : c'est un physicien Français né à Paris en 1819 et mort au même endroit en 1868. Parmis ses grands travaux il détermina en 1850, la vitesse de la lumière dans l'air, dans l'eau et dans divers milieux transparents. Les résultats qu'il obtint confortèrent d'ailleurs la théorie ondulatoire de la lumière et contribuèrent à ruiner la théorie de l'émission. A la même époque il montra l'existence, dans les masses métalliques, de courants induits, nommés depuis courant de Foucault. En 1851 il mit en évidence le mouvement de rotation de la Terre grâce à une expérience restée célèbre, qui consistait à observer la rotation du plan d'oscillation d'un pendule suspendu sous la coupole du Panthéon. L'année suivant il inventa le gyroscope et en établit la théorie. Pour en arriver à nos miroir et télescopes, en 1857 il eut l'idée de substituer, dans les télescopes, des miroirs de verre argenté aux miroirs métalliques traditionnellement utilisés. Enfin, en 1858, il inventa une méthode de retouches locales pour la fabrication des miroirs paraboliques, dont l'emploi est devenu classique dans la réalisation des télescopes... Nous y voilà, il s'agit du test de foucault.

Le test de foucault : Ce test permet de détecter à la surface d'un miroir, des défauts de l'ordre du 1/20 à 1/2000 de micromètres. Ensuite il est possible de déterminer la forme des défauts (creux ou bosse) et leur amplitude. C'est donc un moyen de contrôle de grande précision adapté à l'examen des défauts de forme de l'ensemble des miroirs concaves polis.
Pour pouvoir pratiquer ce test, il est nécessaire de construire un appareil que l'on nomme Foucaultoir et qui ressemble à tout et n'importe quoi (certains sont même particulièrement sobre mais tout aussi efficaces >>exemple<<). Le mien est présenté ci-dessous mais il ne faut en aucun cas essayer de le copier. D'une part parce qu'à mon avis il est améliorable, bien qu'apparemment efficace, et d'autre part parce que le plus important est de comprendre le principe du foucaultoir, vous verrez ensuite que votre imagination vous amènera à créer un Foucaultoir dont vous serez fier. En cliquant sur l'image vous pourrez visualiser le foucaultoir sous plusieurs angles.


Cliquez sur le foucaultoir

Maintenant que les présentations sont faites, qu'est donc le Foucaultoir et surtout à quoi sert-il ??? Le Foucaultoir est tout simplement un porte couteau. Sur la photo le rectangle en haut du foucaultoir est percé. Ce trou est partiellement recouvert par une lame de cutter dont le tranchant est placé au milieu du trou. Et que va t-on couper avec ce tranchant : un faiceau lumineux. Etant donné la précision que la foucaultage requiert, vous vous doutez donc bien que les mouvements du couteau doivent être lents, souples et précis. Et bien ceci explique celà. C'est la raison pour laquelle mon foucaultoir est si compliqué, le couteau peut bouger d'avant en arrière en agissant sur une molette et se déplace de droite à gauche en agissant sur l'autre molette. Un fois que le Foucaultoir est prêt, le foucaultage peut presque commencer, encore faut-il en avoir compris le principe.

 

Principe du Foucaultage : ce test est tout simple à comprendre, parfois un peu plus compliqué à mettre en oeuvre mais reste un véritable plaisir à pratiquer surtout pour vérifier son futur piège à photons personnel. Le principe est de projeter sur le miroir une fente lumineuse qui va se réfléchir sur le miroir et être renvoyée si possible au niveau du couteau du foucaultoir.

>> Dans un premier temps il est nécessaire de placer la fente et le foucaultoir approximativement au centre de courbure du miroir (2x la longueur focale). Il faut que la fente soit au niveau du centre du miroir et que le couteau du foucaultoir soit au même niveau que la fente. Quand tout ceci est en place, il faut trouver l'image de la fente et la ramener sur le couteau. Pour ce faire on éteind tout simplement la lumière du local et à l'aide d'une feuille blanche dont on se sert comme écran, on essaie de trouver la fameuse fente. Lorsque celle-ci est enfin située, en inclinant plus ou moins le miroir la fente doit venir éclairer le couteau sur le foucaultoir. C'est relativement simple à comprendre mais plus difficile à mettre en oeuvre... patience, bientôt vous découvrirez la forme de votre miroir fait maison.

 

>> Conseil : le local dans lequel vous "foucaulterez" doit absolument être calme, dépourvu de courants d'air et pas trop
sujet aux vibrations sinon votre miroir va passer son temps à vibrer ce qui rend les mesures particulièrement fastidieuses.
De plus la fente peut être assez large lorsque vous chercher son image afin d'ajuster l'orientation du miroir. Mais lors des
mesures il sera nécessaire d'avoir une fente la plus fine possible, lorsque le couteau coupe le faisceau lumineux, des franges
d'interférences apparaissent alors le long de la zone d'ombre naissante.<<

 

>> Dans un deuxième temps il faut diminuer l'ouverture de la fente, celle-ci peut toutefois rester largement ouverte lorsque l'on veut uniquement étudier les accidents à la surface du miroir (rayures, gris..) qui sont alors plus contrastés. Le placement de l'oeil est très important. Pour vérifier le paraléllisme fente-couteau, vous devez placer votre oeil environ 20cm derrière le couteau du foucaultoir. En faisant entrer le couteau dans la fente, on se rend alors facilement compte si le bas de la fente est éteind avant le haut ou inversement. Il suffit alors d'adapter l'orientation du couteau... Quand le paraléllisme est bon, approchez votre oeil vers le couteau jusqu'à ce que l'ensemble du miroir soit illuminé (à quelques centimètres du couteau)... C'est fait, très bien alors voici ce que vous allez voir suivant la position du couteau.

 

>> Imaginons que votre miroir, à la fin du polissage, se révèle être parfaitement sphérique. L'ensemble des rayons lumineux réfléchis par le miroir vont donc converger en un même point. Si, à l'aide de votre foucaultoir vous coupez les rayons lumineux à l'endroit exact où ils convergent, tous les rayons vont donc être coupés en même temps et là, miracle, votre miroir s'éteind de manière uniforme, on obtient ce que l'on appel la teinte plate ou grise. Le graphique suivant met en image ce processus >>ici<<.Bien sûr cette teinte plate, synonyme de perfection pour un miroir parabolique, ne peut être obtenue que par tatônnements successifs.
Premier cas : le couteau est trop avancé. Lorsque le couteau du foucaultoir est en avant de l'endroit où les rayons convergent, ceux-ci vont être "coupés" tour à tour puisque côte à côte. Ainsi le miroir va s'éteindre du côté par lequel le couteau arrive et l'extinction du miroir ne sera pas uniforme >>ici<<. Pour la suite des opérations, vous saurez donc que lorsque votre miroir s'éteind du côté du couteau, vous aurez à reculer celui-ci.


Le couteau arrive par la droite et est trop en avant, le miroir s'éteind par la droite.

Deuxième cas : le couteau est trop reculé.Comme vous pouvez vous en douter, à l'inverse du premier cas, les rayons réfléchis s'étant croisés, le couteau du foucaultoir va couper successivement les rayons dans le sens inverse du cas précédent. Ainsi le miroir va s'éteindre du côté opposé au couteau du foucaultoir >>ici<<. Lorsque vous observerez ce cas de figure, vous devrez donc avancez le couteau du foucaultoir.

 


Le couteau arrive par la droite et est trop en arrière, le miroir s'éteind par la gauche.

 

 

>>Conseil : il est préférable de placer votre fente du côté opposé à l'arrivée du couteau. Par exemple si le couteau
du foucaultoir entre dans l'image par la droite, la fente devra se trouver du côté gauche du miroir.<<

 

Interprétation des résultats : Maintenant que vous savez obtenir la teinte plate sur votre miroir, ou du moins ce qui y ressemble, il est temps de s'attarder sur la forme de celui-ci. Tout se joue à l'endroit ou vous devez obtenir la teinte plate. Si en lieu et place de la teinte plate vous obtenez une sorte de champ de bataille vallonné, pas de panique. En fait, si votre miroir n'est pas parfaitement sphérique, le test de Foucault permet de le visualiser comme si une lumière rasante y était appliquée. Si votre fente est sur la gauche du miroir, cet éclairage provient donc de la gauche. Si le centre du miroir apparaît comme sur la figure ci-dessous, le centre apparaît bombé. Ce miroir a donc une bosse centrale. Bien sûr si l'on considère que la fente est sur la droite du miroir, alors cette bosse se transforme en trou central.


Bosse centrale (fente à gauche du Foucaultoir) ou trou central (fente à droite).

Mais tout cela n'est pas fort précis. Certains se contente de certifier les miroirs visuellement. En étudiant le relief du miroir il est possible de connaître le type de retouches à effectuer et la teinte plate peut éventuellement attester le fait que le miroir soit sphérique. De plus, la photographie de la teinte plate se révèle être relativement simple à effectuer, ce qui permet encore d'augmenter la précision. Mais le moyen le plus reproductible et le plus fiable est la mesure. En mesurant les différences entre chaque zone du miroir, il est donc possible de déterminer si le centre est bombé ou trop creusé et d'appliquer les retouches adéquates.

 

>> Avant de comprendre ce point, il faut bien connaître la notion de rayon de courbure. Le rayon de courbure est tout simplement le rayon de la sphère dont le miroir fait partie. En effet, un miroir sphérique n'est en fait qu'une partie de sphère. Si l'on diminue le rayon de courbure de la sphère donc du miroir, les rayons lumineux reçus par ce miroir seront forcément rassemblés plus rapidement puisque le miroir sera plus "creusé". Au contraire si l'on augmente le rayon de courbure du miroir, les rayons lumineux convergeront vers un point beaucoup plus lointain...

>> Mais revenons à notre miroir. Nous savons maintenant que si une zone apparaît grise en avant d'une autre, ceci signifie qu'elle a un rayon de courbure plus petit, donc qu'elle est plus creusée. Par exemple voici l'une des difficultés que j'ai eu à surmonter. Je m'obstinais à vouloir déterminer la forme du miroir uniquement visuellement. Problème, je n'arrivais pas a déterminer si le centre était bombé ou creusé. Je me suis alors décidé à passer aux mesures. J'ai confectionné un cache me permettant de mesurer uniquement la partie centrale du miroir puis sa partie périphérique.

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Caches permettant de mesurer les rayons de courbure du centre et de la couronne extérieure d'un miroir.

Voici les mesures que j'ai obtenues lors des différents relevés : centre du miroir 8.67cm, couronne périphérique 8.89cm. Ce qui est intéressant ici ce ne sont pas les mesures en elle-mêmes mais plutôt la différence entre ces mesures. Ici on remarque que le centre du miroir fait converger les rayons qu'ils reçoit, plus rapidement que la couronne périphérique. D'après ce que l'on a vu auparavant, on sait que le centre a un rayon de courbure plus court que la périphérie du miroir. Le centre est donc plus "creusé", nous sommes donc en présence d'un trou central. Le tirage (différence de mesure entre centre et extérieur) est de 2.2 mm.

 

>> Conclusion : Ce petit exemple une fois compris vous permettra de menez à bien n'importe quelle retouche et d'interpréter n'importe quelle mesure. Le principe est simple, en comparant deux mesures, on peut déterminer la forme de notre miroir. Plus tard, il faudra utiliser un cache un peu plus compliqué, appelé masque de Couder du nom de son inventeur, pour pouvoir déterminer de manière certaine si le miroir répond ou non aux impératifs recherchés. Maintenant que le test de Foucalt est compris, voici rapidement la manière dont j'ai obtenu un miroir sphérique.

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TAILLE DU MIROIR DE 255mm : BANC OPTIQUE

LE TEST DE FOUCAULT