Tirage d'un film liquide
Les franges de Fizeau peuvent être facilement observées en immergeant verticalement un wafer de silicium dans de l'éthanol ou dans une solution plus viqueuese. En le retirant à vitesse constante, un film liquide se forme à la surface du wafer. Ce film persiste tant que le wafer est dans la solution. Il est dû à la compétition qui se produit entre les forces de gravitation et de viscosité qui cherchent respectivement à ramener le liquide dans le bécher et à maintenir le film sur le wafer. Le film qui est produit de cette façon n'est évidemment pas d'épaisseur constante. Il est mince au voisinage de la ligne de séchage puis devient de plus en plus épais. Le profil d'épaisseur du film liquide est facile à déterminer en remarquant que les franges observées par interférométrie optique sont d'abord très resserrées puis deviennent de plus en plus larges comme le montre la figure 32. En incidence normale, chaque frange sombre d'ordre
correspond à une épaisseur égale à
car les coefficients de réflexion sur les deux dioptres sont de même signe
.
La première frange correspond à la ligne de séchage du film. Cette technique de dépôt de film appelée en anglais ”dip-coating” est très utilisée pour fabriquer des films d'épaisseur voisine de
.
Cette technique est très sensible à la moindre variation d'épaisseur. C'est ainsi qu'en présence de turbulence au moment du tirage du film, les franges prennent un profil tourmenté qui reflète bien l'effet produit par les turbulences sur l'épaisseur du film.
Films de savon
Une situation très analogue est observable dans les films de savon que l'on laisse se reposer verticalement. Par gravitation le film de savon s'épaissit à sa base et il se forme un film d'épaisseur croissante au fur et à mesure que l'on s'éloigne du sommet du film.
Eclairé en lumière blanche on constate que le film se pare des couleurs de l'arc en ciel car à chaque épaisseur du film, une longueur d'onde bien précise satisfait les conditions d'interférence constructives. Cependant on observe que le film devient noir dans sa partie supérieure. En effet son épaisseur devient si petite que la différence de marche
devient proche de
. Il s'ensuit que les rayons qui se réfléchissent sur les deux interfaces sont en opposition de phase et ne réfléchissent plus la lumière. Le film apparaît donc noir. Par contre un film d'épaisseur voisine de
à
prend une couleur caractéristique de son épaisseur. On donne traditionnellement le nom de teinte de Newton aux couleurs observées par interférences à deux ondes en lumière blanche.
Teinte de Newton
Rappel :
La différence de phase entre deux rayons réfléchis en inicidence normale sur une couche mince est soit
soit
selon que les coefficients de réflexion sont de signe opposé ou de même signe.
On voit donc que cette différence de phase dépend principalement de l'épaisseur du film et de son indice. Eclairé en lumière blanche un film mince peut réfléchir totalement une longueur d'onde si son épaisseur optique est selon la nature des réflexion respectivement
Il est facile de voir que dans le deuxième cas à l'ordre 2 l'épaisseur optique qui correspond à une réflexion constructive est
. Il s'ensuit que la couleur du film qui correspond à la valeur de
indique au premier coup d'oeil son épaisseur optique. A l'ordre 1 les couleurs sont très vives car l'épaisseur traversée est faible et l'absorption dans le film est réduite. Le tableau ci-après donne la correspondance entre l'épaisseur optique d'un film et sa couleur pour peu que la source de lumière ait un spectre voisin de celui du soleil et que la dispersion du film soit faible.
Le phénomène qui vient d'être décrit est très facilement observable dans la nature.
Il est à l'origine des couleurs vives observées sur les bulles de savon, sur les ailes des papillons (voir figure 33) ou sur les taches d'huile.
