Voir la polarisation de la lumière à l'œil nu (brosse de Haidinger)

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Ce qu'il te faut

  • Un écran LCD affichant un fond blanc (ordinateur portable par exemple)
  • Facultatif : Un filtre polariseur

Contrairement à certains animaux, l'œil humain ne perçoit pas la polarisation de la lumière. Ce n'est en fait pas tout à fait vrai: En se concentrant bien et en sachant où regarder, on peut voir la voir à l'œil nu. Cette page te permet d'entrainer ton œil à voir la polarisation d'une lumière et même à déterminer la direction de polarisation.


Rappel sur la polarisation

Cette page explique en détail ce qu'est la polarisation de la lumière. La figure ci-dessous schématise la structure d'une onde polarisée linéairement. La caractéristique principale est que le champ électrique de l'onde a une direction bien définie, verticale sur le schéma. Cette onde est donc polarisée verticalement.

Onde polarisée linéairement
Onde polarisée linéairement. Le champ électrique oscille et pointe toujours dans la direction verticale qui est la direction de polarisation de l'onde. Le champ magnétique oscille également et est toujours perpendiculaire au champ électrique.

"Mesurer" la polarisation de cette onde signifie d'être capable de voir avec son œil que la polarisation est verticale. La brosse de Haidinger permet de faire cette mesure.


La brosse de Haidinger

Description

La brosse de Haidinger (ou croix de Haidinger) est une image que l'on peut voir lorsqu'on observe une lumière polarisée. Elle est créée par l'œil lui-même et on ne peut donc pas la prendre en photo. Elle a l'aspect suivant:

Brosse de Haidinger
Brosse de Haidinger

Voici quelques-unes de ses caractéristiques:

  • Elle se trouve au centre du champ de vision et a environ la taille de deux fois la largeur d'un pouce tenu à bras tendu.

  • Elle a une forme de croix avec deux branches jaune clair et deux branches bleu clair orthogonales dont les bouts sont plus larges que le centre.

  • L'axe bleu indique la direction de la polarisation de l'onde (direction du champ électrique).


Les caractéristiques sont celles que je vois moi-même. Si tu vois la brosse différemment ou si tu ne la vois pas du tout poste un commentaire en indiquant les conditions d'observation.


Comment voir la brosse de Haidinger

Il est un peu difficile de voir pour la première fois la brosse de Haidinger. La méthode ci-dessous permet de se placer dans des conditions optimales pour la voir.

  • Crée une lumière blanche polarisée (linéairement):

    • Si tu as un filtre polariseur, observe une surface blanche bien éclairée à travers le filtre (prends par exemple une feuille de papier éclairée par le soleil).

    • Si tu as un écran LCD, affiche un fond blanc et augmente l'intensité de l'écran au maximum.

  • Il est plus facile de voir la brosse de Haidinger en n'utilisant qu'un seul œil. Cache donc un de tes yeux.

  • Tu devrais alors voir la brosse de Haidinger se superposer au fond blanc au centre de ton champ de vision. Relis les caractéristiques indiquées dans la section précédente pour savoir à quoi t'attendre. Si tu ne vois rien, tourne le filtre polariseur ou l'écran LCD. Cela change la direction de polarisation de la lumière que ton œil reçoit. La brosse de Haidinger doit tourner également, et il est plus facile de la détecter lorsqu'elle bouge ainsi.

Brosse de Haidinger sur un écran LCD
Voici à quoi ressemble la brosse de Haidinger quand on observe un écran LCD avec un seul œil. Les écrans LCD sont souvent polarisés en diagonale et la croix apparait alors orientée à 45°. Tourner l'écran change l'orientation de la croix.

Entraine-toi quelques minutes à bien visualiser la brosse de Haidinger. Essaie aussi d'observer une feuille blanche sans filtre polariseur pour voir que la croix de Haidinger disparait. Le phénomène est donc bien lié à la polarisation.


Expériences

Utilise la brosse de Haidinger pour tester différentes lumières. La procédure est la suivante:

  • Ferme un œil. Si tu ne vois pas de brosse, alors la lumière n'est pas polarisée (linéairement).

  • Si tu vois la brosse, note la direction de l'axe bleu de la croix. La lumière est polarisée et tu viens de déterminer la direction de polarisation de la lumière.

Voici quelques expériences possibles:

  • Les lunettes pour cinéma en 3D sont des filtres polariseurs. Ce ne sont par contre pas toujours des filtres générant une polarisation linéaire. Utilise la brosse de Haidinger pour déterminer si c'est le cas. Si tu vois la brosse, détermine l'orientation de la polarisation pour chaque verre des lunettes. Les deux verres doivent avoir une polarisation décalée de 90°.

  • Observe un ciel bleu. La lumière du ciel est partiellement polarisée et la polarisation est maximale à 90° du soleil. Quelle est la direction de polarisation du ciel? Cette observation n'est pas facile à réaliser, car le ciel a la même couleur qu'un des axes de la brosse!