POLARISATION Onde mécanique sur une corde :

Ondes électromagnétiques Une onde électromagnétique est la superposition d’un champ électrique E et d’un champ magnétique B orthogonaux entre eux et vibrant dans une direction perpendiculaire à la direction de propagation de l’onde. C’est une onde transversale.

ONDES ELECTROMAGNETIQUES Propagation et polarisation Les atomes d'une source lumineuse ordinaire émettent des impulsions de radiation d'une durée extrêmement courte. Chaque impulsion d'un seul atome est constituée d'un train d'ondes quasi monochromatique. Le vecteur «champ électrique» correspondant à l'onde ne tourne pas autour de la direction de propagation de cette onde mais conserve le même angle, ou azimut, avec cette direction. L'azimut initial peut prendre n'importe quelle valeur. Lorsqu'un grand nombre d'atomes émettent de la lumière, ces azimuts sont distribués au hasard ; les propriétés du faisceau lumineux sont identiques dans toutes les directions et la lumière est dite non polarisée. Si les vecteurs champs électriques de chaque onde ont le même angle azimutal, la lumière est dite polarisée dans un plan ou polarisée linéairement ou polarisée rectilignement. Le plan dans lequel a lieu la vibration est appelé plan de polarisation de l’onde. Si le plan dans lequel a lieu la vibration du champ électrique tourne régulièrement autour de la direction de propagation, la lumière est polarisée elliptiquement (ou circulairement). Polarisation rectiligne Polarisation elliptique

Lumière « naturelle » polarisée linéairement : Lumière « naturelle » polarisée circulairement :

Lumière polarisée incidente Analyseur q Amplitude transmise Loi de Malus : si la direction de l’analyseur fait un angle q avec la lumière polarisée incidente, l’intensité transmise I est parallèle à l’analyseur et est égale à

Polarisation par réflexion : La lumière peut être considérée comme étant composée d'un vecteur champ électrique avec une composante vibrant dans le plan d’incidence et d’une composante vibrant dans une direction perpendiculaire. La réflexion à la surface de séparation de deux milieux n'est pas identique pour ces deux composantes. Si une lumière pénètre dans un milieu sous un angle qB dit de Brewster, la réflexion de la composante parallèle au plan d'incidence est nulle. Sous cet angle d'incidence, le rayon réfléchi est perpendiculaire au rayon réfracté :

Biréfringence Certaines substances sont anisotropes : certaines de leurs propriétés sont différentes suivant les directions de l'espace. Les cristaux sont particulièrement importants de ce point de vue leurs molécules ont des orientations privilégiées. On distingue ceux qui ont : un axe privilégié appelé axe optique (cristal uniaxe) tel que le spath d’Islande ou calcite deux axes privilégiés (cristal biaxe) tel que le mica, le gypse … Si on considère un cristal uniaxe, on constate qu’un faisceau lumineux incident est séparé en deux faisceaux qui se propagent à des vitesses différentes. Un rayon ordinaire et un rayon extraordinaire. Ces deux rayons définissent le plan de section principale. La vitesse du rayon ordinaire dans le cristal est la même dans toutes les directions et la loi de réfraction de Descartes s'applique. Le rayon ordinaire est polarisé perpendiculairement au plan de section principale. La vitesse du rayon extraordinaire dépend de sa direction à l'intérieur du cristal. Le rayon extraordinaire est polarisé parallèlement au plan de section principale. Il y a par conséquent 2 indices de réfraction : no : indice ordinaire, ne : indice extraordinaire Si le rayon ordinaire se propage plus vite que le rayon extraordinaire, la biréfringence est positive ; dans le cas contraire, la biréfringence est négative.

Certaines substances (quartz, solutions aqueuses de sucre, …), dites optiquement actives, possèdent la propriété de faire tourner le vecteur champ électrique de la lumière : c'est la polarisation rotatoire. Cette rotation peut s'effectuer, pour un observateur recevant la lumière, vers la droite (substance dextrogyre) ou vers la gauche (substance lévogyre). L'origine du pouvoir rotatoire d'une substance est une dissymétrie soit au niveau moléculaire, soit au niveau structural. Si la lumière polarisée linéairement traverse une longueur l d’une solution d’une substance optiquement active de concentration c, de pouvoir rotatoire spécifique ao , le plan de polarisation tourne d’un angle a défini par la loi de BIOT :