La polarisation de la lumière

Qu'est-ce que la lumière polarisée ? La lumière est faite d'ondes électromagnétiques qui vibrent à un rythme lié à leur fréquence (ou à leur longueur d'onde, c'est-à-dire leur couleur). L'orientation de cette vibration peut se faire dans n'importe quelle direction, mais il arrive qu'il existe une orientation privilégiée. On dit alors que la lumière est polarisée.

Pour comprendre simplement la polarisation de la lumière, on peut imaginer une corde tendue qu'on fait vibrer : on peut la faire vibrer verticalement, horizontalement, ou dans n'importe quelle direction.

Polarisation de la lumière

Les vibrations électromagnétiques de la lumière ne sont normalement pas organisées : on dit que la lumière n'est pas polarisée, ou encore polarisée aléatoirement. Il n'y a pas de "concertation" entre tous les atomes qui émettent, pendant une très brève durée, leur onde lumineuse. C'est le cas de la lumière du soleil, des ampoules, des LED, etc (les diodes LASER sont une exception).

La lumière polarisée, au contraire, ne contient que des vibrations dans un seul plan. Toutes les vibrations des grains de lumière (photons) sont ainsi parallèles entre elles.

Plan de polarisation de la lumière : horizontal ou vertical

Ci dessus, la jeune fille fait vibrer une corde horizontalement ou verticalement. Dans les deux cas, la direction de la vibration est perpendiculaire au déplacement de la jeune fille (qui avance en suivant la corde). L'onde est alors dite transverse. C'est le cas du champ électromagnétique qu'est la lumière.

Un polariseur (ou filtre polarisant) ne laisse passer que la lumière qui vibre dans un plan donné. De la lumière polarisée perpendiculairement est arrêtée. Le polariseur semblera opaque. Le polariseur est à comparer à une grille à barreaux parallèles :

Lumière et polariseur horizontal

De même pour un polariseur vertical :

Lumière et polariseur vertical

Si on met deux polarisateurs orientés de façon identique, le deuxième polarisateur n'agit pas. Il laisse passer toute la lumière :

Lumière et 2 polariseurs horizontaux

En revanche, si les deux polariseurs sont orientés de façon perpendiculaire, le deuxième arrête toute la lumière.

Lumière et polariseurs perpendiculaires

On peut représenter cela en 3D :

Lumière et polariseurs perpendiculaires (en perspective)

Nos yeux ne sont pas sensibles à la polarisation de la lumière, mais seulement à son intensité et bien sur, sa couleur (la longueur d'onde).

Filtres polarisants en photographie

Certains photographes recherchent des rendus différents. Les filtres polarisants servent à modifier quelque peu les couleurs parce que la lumière naturelle du ciel ou des reflets est partiellement polarisée. Il y a davantage de vibrations dans un plan de polarisation que dans un autre, la répartition n'est pas uniforme. Au final, un filtre polarisant assombrit certaines choses (souvent indésirables : reflet sur l'eau, sur la neige, sur une vitre, etc) au profit d'autres.

Sans filtre polarisant (à gauche). Avec filtre polarisant (à droite)

Exemple de filtre polarisant

Pour le rendu et l'impression qu'on souhaite éveiller, on peut aussi jouer sur la température de couleur.

Ecrans LCD et polarisation de la lumière

C'est sur la polarisation de la lumière que reposent tous les écrans LCD (à cristaux liquides). Pour chaque pixel, on peut gérer le passage de la lumière en fonction de son plan de polarisation.