Les couleurs de la transparence

La lumière des écrans d'ordinateur et de smartphone est polarisée, les lunettes pour voir les films en 3D au cinéma ont des filtres polarisants. En jouant avec ces éléments, tu pourras observer des couleurs de biréfringence sur les objets transparents.

Des bandes de scotch apparaissent colorées en lumière polarisée. (Image: Rédaction SimplyScience.ch)

lunettes de cinéma 3D devant un écran

Papier cellophane entre un écran d'ordinateur et des lunettes de cinéma 3D

Il te faut:

  • Des lunettes de cinéma 3D

  • L’écran d'un ordinateur ou smartphone
  • Une feuille de plastique transparente (fourre de bureau, transparent pour rétroprojecteur...)

  • Un rouleau de scotch transparent (non opaque)

Marche à suivre

  1. Prends la feuille transparente. Colle des bandes de scotch perpendiculairement sur la feuille, comme un damier. Sur une partie colle encore 2 bandes en biais.
  2. Affiche une page blanche sur ton ordinateur/tablette/smartphone. Place devant la feuille transparente scotchée.
  3. Mets les lunettes 3D et regarde. Ferme alternativement un œil puis l'autre et observe la différence.

Ce qu'on observe

Si on regarde la feuille scotchée à l'œil nu, on ne voit rien de particulier, juste des bandes de scotch transparentes. Mais lorsqu’on la regarde au travers de la lumière de l'écran et avec les lunettes 3D des formes géométriques colorées apparaissent sur la feuille transparente. Les couleurs changent suivant le nombre de couches de scotch et selon l'orientation de la feuille. Les couleurs sont différentes selon que l'on regarde d'un œil ou de l'autre.

Voilà pourquoi

Calcite

La biréfringence de la calcite induit une double réfraction et l'image se dédouble. (Image: Gunnar Ries/Wikimedia Commons)

Deux phénomènes entrent en ligne de compte: la polarisation de la lumière et la biréfringence.
L'écran des ordinateurs et smartphones émettent de la lumière polarisée.

Lorsqu’un rayon lumineux traverse une interface (une frontière) entre deux milieux différents, le rayon sera dévié en fonction de l’angle avec lequel la lumière arrive – l’angle d’incidence – et en fonction de la vitesse de la lumière dans le second milieu. Le rayon lumineux sortant sera dévié même en traversant un milieu transparent. C'est la réfraction de la lumière.

Si le matériau est biréfringent, il y aura, pour un angle d'incidence donné, deux rayons réfractés car la vitesse de propagation dans le matériau n'est pas la même dans toutes les directions. Ces deux rayons réfractés différents induisent un décalage qui dépend des vitesses dans le matériau et de son épaisseur. En lumière blanche on peut ‘voir double’.
Lorsqu’on regarde un matériau biréfringent en lumière polarisée, la lumière va être polarisée donc ‘filtrée’ dans une direction privilégiée. Dans cette direction l’intensité lumineuse maximale correspond à une longueur d’onde particulière qui va donner la couleur perçue.
L'intensité lumineuse dépend des caractéristiques du matériau (vitesses de propagation de la lumière, épaisseur) mais aussi de l'angle de propagation et donc de l'orientation du filtre polarisant et du matériau biréfringent.

Le scotch est un plastique étiré (donc déformé) et les rayons lumineux ne se propagent pas de la même façon dans toutes les directions. Si on superpose plusieurs couches de scotch, l’épaisseur va augmenter et induire une longueur d’onde, donc une couleur, différente. Les différentes épaisseurs de scotch agissent comme des filtres différents.

Sur certains plastiques, ce sont les déformations du matériau (invisibles en lumière blanche) qui apparaissent en lumière polarisée car elles provoquent de l’anisotropie dans le matériau.

Les lunettes 3D ont des verres gauches et droits avec des filtres polarisants croisés à 90 degrés. Selon si on regarde au travers de l’un ou de l’autre des verres, on verra des couleurs complémentaires.

Certaines lunettes de soleil ont aussi des filtres polarisants pour empêcher les réflexions qui parfois nous éblouissent. En effet la lumière réfléchie est polarisée.Tu peux le tester en utilisant, au lieu d'un écran, la lumière provenant d'une surface réfléchissante (un miroir par exemple).

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