Après une petite pause, revenons à des notions essentielles en physique comme la polarisation. La notion de polarisation est quelque fois difficile à appréhender, mais ses conséquences et ses applications sont nombreuses. Reprenons la notion d’une onde qui se propage, comme une onde électromagnétique. Une onde électromagnétique est un modèle de la lumière qui marche très bien avec l’expérience et dont les résultats ont été extrêmement bien vérifiés : elle est peut être vue comme un niveau supérieur par rapport l’approche ondulatoire simple ou l’optique géométrique. Elle considère que la lumière peut se définir par 4 paramètres principaux : la longueur d’onde (c'est-à-dire sa période), son amplitude (liée à l’intensité), la polarisation et un dernier paramètre appelé la phase. Une approche intermédiaire de la propagation d’une onde peut être vue comme une simple « vibration » : on ne tiendra pas compte de la polarisation. Cette méthode explique simplement la diffraction de la lumière ou les interférences.
Mais les choses réelles sont un peu plus complexes : en fait, la lumière peut s’expliquer de manière assez rigoureuse par une combinaison d’un champ électrique avec un champ magnétique. Ces deux champs sont transverses par rapport au plan de propagation de l’onde : ce modèle est plus complet et explique très bien la réflectivité de certaines surfaces et les effets de la polarisation. Ainsi, on peut expliquer la polarisation par «le mouvement » du champ électrique (ou magnétique) dans le plan de propagation de l’onde lumineuse.
Figure 1 : propagation d'un champ électromagnétique de polarisation rectiligne, et en particulier une onde plane. Les deux champs sont perpendiculaires entre eux et le reste durant la propagation.
Comment peut-on observer la polarisation ?
Il existe un composant optique permettant de voir l’orientation du champ électrique (ou magnétique) dans le plan transverse de propagation de la lumière. C’est le polariseur : on peut s’imaginer ce composant comme une grille qui laisse passer le champ électrique s’il est perpendiculaire à cette grille. S’il est parallèle à cette grille, il ne « traverse » pas le composant et se trouve fortement absorbé. En clair, le polariseur permet de détecter comment le champ électrique vibre dans le plan transverse. Sur le plan technique, des polariseurs dans le spectre du visible utilisent le principe de longues molécules organiques déposées en couche mince par exemple sur du verre ou un polymère. Ces longues molécules jouent le rôle de la grille précédemment citée.
Ces polariseurs sont utilisés sous forme de filtres devant des objectifs photographiques ou peuvent se trouver sous la forme de film plastique (assez sombre visuellement). Certains verriers proposent également des traitements en surface des lunettes de soleil sous forme de film polarisants.
Si vous prenez de tels polariseurs et vous observez un écran d’ordinateur à travers ce composant, vous verrez que l’écran s’assombrit ou devient clair si vous tournez le polariseur. En effet, la lumière est polarisée de manière dite rectiligne : le champ électrique ne « vibre » que dans une direction bien précise dans le plan transverse de propagation de la lumière. La lumière donc générée par l’écran est polarisée de manière rectiligne.
Les polariseurs sont aussi utilisés en imagerie (photographie, vidéo) pour éliminer les reflets sur les surfaces vitrées, des liquides ou des surfaces métalliques. En effet, cette lumière réfléchie est fortement polarisée de manière rectiligne, donc on peut l’éliminer pour améliorer la qualité de l’image.
Il existe évidemment d’autres applications comme l’ellipsométrie qui permet de trouver l’indice de réfraction d’un matériau, la microscopie polarimétrique qui permet d’identifier certains matériaux par voie visuelle, la polarisation d’un faisceau laser, l’imagerie polarimétrique pour détecter certaines surfaces, etc…
Il faut remarquer que certaines espèces animales sont capables de détecter la polarisation de la lumière comme les céphalopodes (par exemple la seiche), les squilles (crevette-mante) ou certains insectes aquatiques. Dans le cas de certains céphalopodes et d’après certaines études, leurs vues sont toutefois en noir et blanc. On pense que c’est une méthode pour mieux détecter leurs proies (qui parfois génèrent de la lumière fortement polarisée par bioluminescence). Dans le cas de la seiche commune ou nommée « Sepia officinalis », ce serait un moyen de communication entre ses collègues, puisque elle ne perçoit pas les couleurs. Certains oiseaux ont également la capacité de percevoir la polarisation afin d’éliminer l’effet miroir des surfaces d’eau pour détecter leurs proies ou leurs prédateurs.
Référence :
Mais les choses réelles sont un peu plus complexes : en fait, la lumière peut s’expliquer de manière assez rigoureuse par une combinaison d’un champ électrique avec un champ magnétique. Ces deux champs sont transverses par rapport au plan de propagation de l’onde : ce modèle est plus complet et explique très bien la réflectivité de certaines surfaces et les effets de la polarisation. Ainsi, on peut expliquer la polarisation par «le mouvement » du champ électrique (ou magnétique) dans le plan de propagation de l’onde lumineuse.
Comment peut-on observer la polarisation ?
Il existe un composant optique permettant de voir l’orientation du champ électrique (ou magnétique) dans le plan transverse de propagation de la lumière. C’est le polariseur : on peut s’imaginer ce composant comme une grille qui laisse passer le champ électrique s’il est perpendiculaire à cette grille. S’il est parallèle à cette grille, il ne « traverse » pas le composant et se trouve fortement absorbé. En clair, le polariseur permet de détecter comment le champ électrique vibre dans le plan transverse. Sur le plan technique, des polariseurs dans le spectre du visible utilisent le principe de longues molécules organiques déposées en couche mince par exemple sur du verre ou un polymère. Ces longues molécules jouent le rôle de la grille précédemment citée.
Ces polariseurs sont utilisés sous forme de filtres devant des objectifs photographiques ou peuvent se trouver sous la forme de film plastique (assez sombre visuellement). Certains verriers proposent également des traitements en surface des lunettes de soleil sous forme de film polarisants.
Si vous prenez de tels polariseurs et vous observez un écran d’ordinateur à travers ce composant, vous verrez que l’écran s’assombrit ou devient clair si vous tournez le polariseur. En effet, la lumière est polarisée de manière dite rectiligne : le champ électrique ne « vibre » que dans une direction bien précise dans le plan transverse de propagation de la lumière. La lumière donc générée par l’écran est polarisée de manière rectiligne.
Les polariseurs sont aussi utilisés en imagerie (photographie, vidéo) pour éliminer les reflets sur les surfaces vitrées, des liquides ou des surfaces métalliques. En effet, cette lumière réfléchie est fortement polarisée de manière rectiligne, donc on peut l’éliminer pour améliorer la qualité de l’image.
Il existe évidemment d’autres applications comme l’ellipsométrie qui permet de trouver l’indice de réfraction d’un matériau, la microscopie polarimétrique qui permet d’identifier certains matériaux par voie visuelle, la polarisation d’un faisceau laser, l’imagerie polarimétrique pour détecter certaines surfaces, etc…
Il faut remarquer que certaines espèces animales sont capables de détecter la polarisation de la lumière comme les céphalopodes (par exemple la seiche), les squilles (crevette-mante) ou certains insectes aquatiques. Dans le cas de certains céphalopodes et d’après certaines études, leurs vues sont toutefois en noir et blanc. On pense que c’est une méthode pour mieux détecter leurs proies (qui parfois génèrent de la lumière fortement polarisée par bioluminescence). Dans le cas de la seiche commune ou nommée « Sepia officinalis », ce serait un moyen de communication entre ses collègues, puisque elle ne perçoit pas les couleurs. Certains oiseaux ont également la capacité de percevoir la polarisation afin d’éliminer l’effet miroir des surfaces d’eau pour détecter leurs proies ou leurs prédateurs.
Référence :
A
voir sur la vision polarimétrique dans le monde animal
Thomas W. Cronin and al, "Polarization Vision and Its Role in Biological Signaling"
Thomas W. Cronin and al, "Polarization Vision and Its Role in Biological Signaling"