Optique cristalline

La lumière Lumière: flux de photons qui se déplacent à 300 000 km/s. Lumière blanche: somme des longueurs d’onde entre 400 et 800 nm La couleur d’une substance est due à l’absorption de certaines longueurs d’onde par la substance. La lumière naturelle ne présente pas de polarisation

La polarisation Un polariseur ne laisse passer qu’une seule direction de vibration, la lumière est dite polarisée.

Indice de réfraction Dans un milieu la lumière se déplace à une vitesse V, inférieure à la vitesse de la lumière dans le vide. L’indice de réfraction, n, caractérise ce milieu. Dans un milieu anisotrope, la vitesse de propagation de la lumière varie avec la direction: on a un ellipsoïde des indices. Dans un milieu isotrope, n est identique dans toutes les directions de propagation.

La biréfringence Mais quand on regarde une lame mince on a une section d’ellipsoïde! Alors, un seul rayon incident engendre deux rayons réfractés : le rayon ordinaire et le rayon extraordinaire. Les deux rayons sont déphasés de Δ = N’g – N’p. C’est la biréfringence.

Remarques  0 ≤  = N’g – N’p ≤ Ng – Np Valeur de biréfringence théorique d’un minéral : Ng – Np Cristaux isotropes : Ng = Np ! Alors  = 0. Ces minéraux sont toujours éteints en LPA

Les étapes du microscope Source lumineuse

Les étapes du microscope Polarisation de la lumière Source lumineuse

Les étapes du microscope Minéral biréfringent. Polarisation de la lumière Source lumineuse

Les étapes du microscope Deux ondes déphasées qui vibrent perpendiculairement, selon les direction des axes optiques. Minéral biréfringent. Polarisation de la lumière Source lumineuse

Les étapes du microscope Analyseur Deux ondes déphasées qui vibrent perpendiculairement, selon les direction des axes optiques. Minéral biréfringent. Polarisation de la lumière Source lumineuse

Les étapes du microscope Les deux ondes vibrent selon une seule direction mais sont déphasées. Analyseur Deux ondes déphasées qui vibrent perpendiculairement, selon les direction des axes optiques. Minéral biréfringent. Polarisation de la lumière Source lumineuse

L’échelle des teintes de Newton δ = e x Δ (teinte de polarisation) (biréfringence) Par convention les lames minces font 30 µm d’épaisseur La teinte de polarisation est indépendante de la couleur propre du minéral : elle est fonction de l’épaisseur de la lame et de la biréfringence. L’analyseur escamotable redresse dans le plan du Polaroïd les 2 vibrations inverses de la lame mince. Ces 2 vibrations, en condition d’interférence, produisent une lumière dont la longueur d’onde est fonction de l’espèce minérale.

Remarques  Comme 0 ≤  ≤ Ng – Np alors la teinte de Newton des minéraux est variable. TOUTE section cristalline est éteinte 4 fois par tour de platine, lorsque les axes optiques sont dans la même direction que polariseur et analyseur.

En lumière polarisée non analysée (LPNA) - Forme et clivage des minéraux - Couleur : liée à l’absorption de certaines longueurs d’onde, dont on voit la couleur complémentaire - Pléochroïsme : anisotropie d’absorption En lumière polarisée et analysée (LPA) - Teinte de polarisation et biréfringence

Les critères de reconnaissance des minéraux

La forme LPNA Infos sur l’ordre de cristallisation et potentiellement sur le système cristallin

Le clivage LPNA Plans parallèles de moindre cohésion du réseau cristallin, de faible densité atomique. Leur nombre (1 ou 2 familles) et leur qualité (parfait, bon, grossier) varient d’1 espèce minérale à l’autre. Attention : selon la section on ne voit pas forcément les plans de clivages!

Le Pléochroïsme LPNA Selon la direction des axes de l’ellipsoïde des indices, l'absorption des différentes longueurs d'onde de la lumière est différente La couleur est maximale quand N'g est ∕∕ au plan de vibration du polariseur (en général NS). Elle est minimale si c'est N'p qui est ∕∕ à ce plan.

La réfringence = le relief LPNA Le relief dépend de la valeur des indices de réfringence, plus ils sont élevés, plus le relief est fort.

L’altération LPNA/LPA

Les teintes de polarisation LPA

LPA L’extinction Extinction droite Extinction oblique Il y a extinction lorsque les axes optiques sont parallèles aux directions des polariseur et analyseur.

LPA Les macles Orientation différente des réseaux cristallins orientation différente de l'ellipsoïde des indices dans un même grain extinction dans différentes positions et couleurs de réfringence différentes.