Pouvoir rotatoire

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Le pouvoir rotatoire, également appelé activité optique ou parfois biréfringence circulaire, est la propriété qu'ont certains milieux de faire tourner le vecteur lumineux d'un faisceau lumineux la traversant. Les composés induisant une déviation du vecteur vers la droite (quand on fait face à la lumière) sont qualifiés de dextrogyres (ex : saccharose). Les composés induisant une déviation du vecteur vers la gauche (quand on fait face à la lumière) sont qualifiés de lévogyres (ex : fructose).

La rotation de la polarisation d'une lumière polarisée rectilignement fut observée au début du XIX^e siècle, notamment par Jean-Baptiste Biot, avant que la nature des molécules soit comprise. Des polarimètres ont alors été utilisés pour mesurer la concentration de sucres, comme le glucose, en solution. Leur nom était même parfois associé à cet effet, comme le dextrose, qui fait tourner la polarisation vers la droite.

[modifier] Théorie

Une polarisation rectiligne peut être décomposée en deux polarisations circulaires tournant en sens contraire à vitesses différentes :

$\vec E=\vec E_D+e^{i2\theta}\vec E_G$

où $θ$ caractérise la direction de la polarisation, $\vec E$ est le champ électrique, et $\vec E_G$ et $\vec E_D$ sont ses composantes circulaires gauche et droite.

Dans un matériau optiquement actif, les deux composantes subissent un indice de réfraction différent. La différence $Δ n$ entre ces deux indices caractérise le matériau. Après en avoir traversé une longueur L, l'angle de rotation s'écrit :

$\Delta \theta=\pi \frac{\Delta n L}{\lambda}$ ,

où $λ$ est la longueur d'onde de la lumière (dans le vide).

[modifier] Utilisations

Pour une solution, son activité optique permet de mesurer sa concentration grâce à la loi de Biot: α=[α].l.c. Où α est le pouvoir rotatoire de la solution en degré, [α] le pouvoir rotatoire spécifique qui dépend lui-même de la température, de la longueur d'onde utilisée, et du solvant notamment (on donne souvent dans les tables ce pouvoir rotatoire spécifique à 20°C et pour la longueur d'onde de la raie jaune du sodium à 589,3 nm), l la longueur de la cuve en décimètre et c la concentration en gramme par mililitre.^[1]

En présence d'un champ magnétique, toutes les molécules ont une activité optique. Ainsi on observe une rotation de la polarisation d'une lumière traversant un milieu soumis à un champ magnétique. Cet effet Faraday est l'une des premières découvertes de lien entre la lumière et l'électromagnétisme.