des lunettes de soleil
Vu que c’est l’époque des lunettes de soleil et que j’avais fait un article sur les verres photochromiques qui se teignent tout seuls, voyons à quoi servent les lunettes polarisées, qu’on trouve également dans le commerce.

Polarisation de la lumière

En général on schématise une onde lumineuse de cette façon :

une onde electromagnétique
(source)

C’est une onde électromagnétique, avec en rouge la partie magnétique et en bleue la partie électrique.

On caractérise la lumière par sa longueur d’onde (sa couleur quand c’est dans le visible) et son intensité.
La longueur d’onde correspond à la longueur entre deux crêtes successives sur l’onde, et l’intensité correspond à la quantité d’ondes que l’on reçoit (ou à l’amplitude des ondes, ça revient au même).

Il y a également une autre caractéristique qui existe dans la lumière : la polarisation.

Pour simplifier, ne prenons que la composante électrique de l’onde, mais retenons bien que la composante magnétique est toujours présente et qu’elle est dirigée à 90°.
Voici deux ondes :

deux ondes électromagnétiques
Dans les deux cas, nous ne voyons que la composante électrique de l’onde. La différence est que l’une est « debout » et l’autre est « couchée » : c’est ça la polarisation de la lumière. On dit que la première est polarisée verticalement et la seconde polarisée horizontalement.

Il existe aussi d’autres formes de polarisation, comme la polarisation circulaire. Celle-ci est obtenue quand les composantes magnétiques et électriques sont légèrement décalées l’une par rapport à l’autre. C’est alors comme si l’onde se déplaçait en « tournant » :

onde polarisée (source)

Le sens de rotation définit alors le sens de la polarisation circulaire.

Verres polarisés

La lumière peut donc être polarisée. L’œil humain n’est pas sensible à ça : la lumière sera vue de façon identique quelque soit sa polarisation.

Maintenant, il existe des filtres qui ne laissent passer que les rayons d’une polarisation bien précise : un filtre vertical ne laisse passer que les rayons polarisés verticalement et bloque toutes les autres.

C’est ce principe qui est utilisé dans les verres des lunettes 3D passives.

Si l’on fabrique des lunettes à verres polarisés autre que pour le cinéma 3D, c’est parce que dans la nature on observe également des phénomènes relatifs à la polarisation de la lumière.

Changement de polarisation de la réflexion

La polarisation d’un rayon lumineux peut être modifiée lors de la réflexion, par exemple à la surface de l’eau.

Quand on regarde la surface d’une rivière, une partie de ce celle-ci est réfléchie vers nos yeux et le reste est transmis à l’eau, où elle va éclairer les poissons puis remonter à la surface et enfin venir vers vos yeux :

voir de la lumière sur l’eau
On se retrouve donc avec deux images superposées : la réflexion sur la surface et l’image du poisson au fond de l’eau, ce qui n’est pas toujours très pratique.

Il se trouve que la lumière qui se réfléchit est polarisée horizontalement, et la lumière transmise à l’eau est polarisée verticalement. Les deux rayons réfléchi et transmis ont chacun une polarisation différente.

Sans les lunettes, on ne voit pas de différence, car nos yeux sont insensibles à la polarisation de la lumière, mais avec les lunettes polarisées on peut choisir d’éliminer soit la réflexion, soit la lumière transmise (selon l’orientation du filtre).

On obtient alors quelque chose comme ça :

photos avec filtre polarisé
À gauche, on bloque la lumière transmise dans l’eau ; à droite on bloque la réflexion (source)

Sur la gauche, on filtre la lumière polarisée verticalement et on ne garde que la lumière réfléchie : on voit surtout le reflet.
Sur l’image de droite, c’est la lumière polarisée horizontalement qui est filtrée : la lumière qui reste est la seule lumière qui passe dans l’eau. Le fond de la rivière est alors visible très nettement.

Le verre polarisé permet d’éliminer les réflexions sur l’eau, le sol et même les nuages. En photographie, il apporte certains effets sympathiques. Sur des lunettes, il élimine les réflexions et améliore la visibilité sur la route.

Si vous avez des lunettes 3D à filtres polarisants (lunettes passives), vous pouvez essayer en plaçant une bassine d’eau par terre et une pièce monnaie au fond. Mettez vous face au soleil et regardez la bassine jusqu’à apercevoir les réflexions du paysage. Penchez ensuite la tête : vous verrez que pour certaines orientations les réflexions à la surface de l’eau sont absentes et pour d’autres, on ne voit qu’elles.

Notez que l’effet marche également avec des filtres des lentilles optiques dits « CPL » : ces filtres bloquent la lumière polarisée de façon circulaire. En effet, la réflexion de la lumière produit également une inversion du sens de polarisation dans le cas d’une polarisation circulaire.

image d’en-tête de Moniek van Rijbroek

14 commentaires

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Matheod écrit :

Je comprend pas comment c'est possible de Filtrer les réflexions. Le soleil il n'envoi pas de la lumière polarisé donc la lumière arrive avec "toute les orientations possible"/différentes polarisations. Donc lors de la réflexion, bah certes ça inverse la polarisation, mais comme la lumière est déjà sous toute les formes de polarisation ça ne change rien.


edit : Avant d'envoyer mon message j'ai trouvé (et je me rappelle en avoir déjà entendu parlé au final) sur google que la lumière provenant du soleil (non polarisée) était polarisée par les particules de l'atmoshère, ce qui explique le pourquoi du comment.

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Kevin V. écrit :

La classe !

Sauf erreur, on peut fabriquer des lunettes polarisées à partir des filtres de vieux écrans LCD. Quelqu'un confirme ?

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Le Hollandais Volant écrit :

@Kevin V. : oui, les écrans LCD contiennent un filtre polarisé.
D’ailleurs, si tu regardes l’écran une calculatrice (à écran LCD) au travers de lunettes polarisées, tu verras des effets bizarres aussi. Les cristaux "liquides" sont en effet eux-mêmes polarisants et réagissent dont à la lumière polarisée.

Le filtre permet de ne conserver que la lumière qui a réagit avec le cristal, donc la lumière avec le motif que l’écran doit afficher.

Ce dont tu parles, c’est pour faire les lunettes comme ça : http://images.gizmag.com/inline/stealth-computer-monitor-polarizing-glasses-10.jpg ? :D

J’avais essayé avec un vieil écran d’ordi, mais le filtre polarisé était collé sur la dalle, donc très difficile à retirer, et l’écran a fini par péter quand j’ai tiré sur le filtre (colle trop forte). J’ai finit par tout jeter…

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maxim écrit :

Passionnant
Merci Timo

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T. Hocine écrit :

Article très intéressant. Grand merci !

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Guenhwyvar écrit :

Je vais supposer que c'est juste l'affichage qui déconne et que tu les reçois quand même, mais les commentaires foirent grave, là ^^

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Philippe levasseur (opticien) écrit :

@Matheod : La lumière solaire n'est pas nécessairement polarisée, c'est la réflexion qui provoque la polarisation dans un plan horizontal, les verres de lunettes seront alors polarisés verticalement, bloquant ainsi toute lumière issue de la réflexion sur la surface, eu, verre, neige etc...

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Anne-Charlotte écrit :

Bonjour,
Pouvons nous prendre la photo sur la polarsation de la lumière dans le cadre de notre TPE
Cordialement,
Anne-Charlotte Gouzi et Pauline Brunel.

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Le Hollandais Volant écrit :

@Anne-Charlotte : Bonjour !
Bien-sûr !

Mais les liens qu’il faut citer, ce sont les liens "source" sous la photo, quand il y en a (c’est ce que je fais aussi quand les images ne sont pas de moi).

Les photos/images qui n’ont pas de source, sont soit de moi (comme l’image avec Némo), soit dans le domaine public (la première image), et donc totalement libre d’usage.

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Maryjhs écrit :

Bonjour, pouvons nous avoir un verre polarisé sur du double foyer américain? Et sans que ce soit sur une paire solaire mais quotidienne à la vue?
L'orthoptiste et l'ophtalmo dit que oui mais nous ne trouvons pas de verriers qui le fait.
Pouvez vous nous éclairer?
Merci d'avance.

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Le Hollandais Volant écrit :

@Maryjhs : Bonjour,
Un filtre polarisant — par définition — bloque certains rayons de la lumière.
Si cela bloque une partie de la lumière, le verre ne sera pas aussi clair, ou aussi transparent qu’un verre non traité. Typiquement, un filtre polarisant bloque 50 % de la lumière. C’est donc autant qu’un verre solaire pas trop sombre.

Le fait que ce soit sur un double-foyer, un verre progressif ou autre ne pose pas de problèmes : tout est possible.
Mais si vous voulez des lunettes claires (pour la vue) avec un polariseur pour la conduite (ou tout autre activité qui en a besoin), n’est-il pas préférable de prendre des sur-lunettes polarisantes ?

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Aurele LE BRETONNIC écrit :

Bonjour, je suis étudiant en CPGE Math Physique, et je souhaite faire mon TIPE sur les verres polarisés des lunettes de soleil. Avez-vous fait un travail de documentation à ce sujet, ou êtes-vous spécialisé(e) dans le domaine optique ? Si vous vous êtes documenté(e), auriez vous des sources à me communiquer, et dans le cas contraire, avez-vous possibilité de m’éclairer sur le sujet ?
Bonne journée.

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Aetherius écrit :

@Aurele LE BRETONNIC :

Bonjour, je songe également à faire mon TIPE autour de ce phénomène avec les lunettes. C'est pourquoi je voudrais savoir si votre TIPE a bien pu aboutir depuis, et comment ^^


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