Comme mentionné précédemment, la lumière ou l'onde, lorsqu'elle traverse la matière, subit un changement de milieu qui va influer sur la vitesse de propagation de ces dernières, ce qui influera donc l'angle avec lequel la propagation se fera. Si la lumière est monochromatique, l'angle peut être mesuré pour récupérer les propriétés du matériau. Si la lumière est polychromatique, chaque longueur d'onde aura une incidence différente et elles vont donc se séparer pour former un arc-en-ciel.
Indice de réfraction en minéralogie
L'indice de réfraction est extrêmement utile pour la détermination, surtout en gemmologie où il est nécessaire de ne pas abîmer le sujet. À l'aide de prismes très précis et d'un faisceau de lumière, on peut calculer très précisément l'angle d'incidence qui opère entre le prisme, la pierre et un liquide de mesure. On peut alors récupérer la mesure à l'aide d'une jauge. Cet appareil s'appelle un réfractomètre à réflexion totale interne (RTI). L'indice va varier en fonction des propriétés uniques de la pierre étudiée, le verre servant de second milieu pour guider le passage de la lumière.
Biréfringence
Vous l'avez compris, chaque passage de matière influe sur l'angle de dispersion de la lumière. Certains matériaux spécifiques sont assujettis à ce que l'on appelle la biréfringence. Selon l'incidence de la lumière et d'autres paramètres détaillés ci-après, la lumière qui traverse le minéral peut ne pas se déplacer de façon équitable et continue. On dit qu'elle se propage anisotropiquement. Cette spécificité agit comme si la lumière se propageait avec deux angles différents en même temps, et on peut alors percevoir un dédoublement de la lumière. On peut observer ce phénomène en plaçant un minéral sur une surface blanche couverte de motifs et en regardant à travers, où l'on verra les motifs doublés.
Lumière polarisée et minéralogie
Explication (simplifié)
Dans la partie 1, vous avez appris que la lumière fonctionne comme une onde. Une onde est souvent représentée à l'aide d'une sinusoïde, sur un plan unique. Par accoutumance et simplification, nous partons du principe que les ondes de la lumière se propagent sur deux plans perpendiculaires, l'un étant le plan de champ électrique, l'autre étant le plan de champ électromagnétique (se référer à la théorie quantique des champs pour plus de précisions). Ces ondes sont alors dites rectilignes ou non polarisées. On les indique sans signe. En représentation, on peut dire que c'est le cumul d'une lumière qui se propage verticalement et horizontalement.
Nous sommes capables de briser cette symétrie en utilisant des matériaux anisotropes ou en simulant cette fonction par la juxtaposition de petits fils filtrant le champ électrique. Si cette structure est plus petite que la longueur d'onde elle-même, cette dernière ne pourra passer que si son alignement est identique à celle du matériau. En fonction de la position de votre matériau (verticale ou horizontale), vous obtiendrez une lumière parfaitement verticale ou horizontale. On dit que la lumière est polarisée. On peut alors lui donner un signe, "-" si elle est horizontale, "+" si elle est verticale. À noter que cela vaut uniquement par rapport à un observateur précis (votre œil) car la lumière se déplace uniformément sauf conditions spécifiques. Aussi, nous appelons ces filtres des filtres par absorption, c'est la méthode la plus commune.
Utilisation
Les filtres sont utiles dans de nombreux domaines, mais surtout dans celui du visuel et des médias. En photographie, nous les utilisons pour filtrer l'angle des reflets et choisir d'assombrir ou non certains reliefs. En multimédia, nous les utilisons pour orienter les images d'un téléviseur pour la 3D polarisée ou pour filtrer les écrans LCD et permettre d'afficher des images. En minéralogie, nous les utilisons pour l'identification minérale.
Les filtres, qui ont maintenant un signe en fonction de leur position, laissent passer une lumière qui sera polarisée et gardera le même signe sur sa propagation une fois le filtre passé. Si un second filtre est placé en face, s'il a le même signe, il laissera passer la lumière, sinon il filtrera ce qui n'a pas été filtré, résultant en un blocage total de la lumière. Cette information est à nuancer car dans les faits, la lumière peut être déviée malgré la présence de filtres. On parle d'angle de polarisation, ou angle de Brewster.
Polarisation au polariscope
En utilisant le principe mentionné ci-dessus, nous pouvons révéler si un minéral est anisotrope (biréfringent) ou non, aidant à son identification, et pouvons également révéler d'autres phénomènes lumineux. Nous allons créer un filtre total polarisé en ayant deux filtres opposés devant une source de lumière. Nous observerons alors un blocage total de la lumière. Or, en plaçant un minéral entre les deux filtres et en le mettant en rotation, ce dernier va perturber la lumière et la réorienter en modifiant sa polarisation grâce à ses caractéristiques. La lumière pourra alors passer par le filtre se trouvant entre la pierre et nous, annulant le blocage de la lumière et indiquant donc l'attrait anisotrope de l'espèce minérale. En continuant la rotation de l'échantillon, un clignotement sera visible et sera lié à un angle.
Observation sous lumière polarisée
En microscopie et macroscopie, il est possible d'utiliser un simple filtre pour observer des changements de coloration dus à la biréfringence, encore une fois en fonction des caractéristiques du minéral. Souvent utilisée en microscopie pour l'étude des lamelles de roches dont la composition est fine, ce principe permet de distinguer et schématiser la composition de la dite roche. Ces changements sont dus aux différents angles d'absorption de la lumière révélés par la polarisation unique du filtre alors que, dans un cadre normal, les couleurs se mélangent entre elles et sont perçues comme uniques par notre œil.
Polychromie et pléochroïsme
Dans le cas où notre minéral filtre les couleurs en fonction d'un angle de vue et non plus en fonction d'une polarisation sur un plan unique, on dit qu'il est sujet au pléochroïsme. L'angle de réfraction sera alors différent en fonction de l'angle avec lequel la lumière traverse le minéral. Il en résultera une modification de couleur fortement visible en fonction du placement du minéral entre votre œil et la source de lumière. Quand il possède deux couleurs différentes ou si sa couleur passe du clair au foncé, on dit que le minéral est dichroïque. S'il présente trois couleurs distinctes, on dit qu'il est trichroïque. Ce phénomène est également fortement accentué par l'utilisation de filtres polarisants. Il est aussi possible d'utiliser un dichroscope, genre de petite loupe munie d'un cristal parfait qui va séparer les couleurs nettement.
Interactions autres
La ténébrescence
La ténébrescence est une autre mode d'interaction entre la lumière et un minéral, dans son cas l'énergie de la lumière va modifier les propriétés de la surface éclairée jouant sur sa capacité à absorber la lumière. Ainsi le minéral irradié rejettera plus ou moins de lumière des différentes longueurs d'onde modifiant alors sa couleur ou rendant sa surface très sombre. La ténébrescence est réversible sur le long terme, quand ce n'est pas le cas on parle alors de photochromisme irréversible. Le minéral le plus connu atteint de ténébrescence est la Hackmanite.
