Par David Rousseau, M.Sc., Chimiste
La lumière visible est une onde ; au même titre que les micro-ondes, les rayons X, les UV ou les ondes radio. On les appelle les ondes électromagnétiques et on les représente d’ailleurs généralement comme une sinusoïde, un peu comme une corde que l’on ondule. La seule particularité de la lumière par rapport aux autres familles d’ondes électromagnétiques est que notre cerveau la traite de façon très efficace comparativement aux autres ondes qui nous entourent. Cette petite bande d’ondes est extraordinairement bien interprétée par le cerveau, au point qu’il nous en donne une représentation physique : la vue.
Pour les autres familles d’ondes, des supports matériels ou des équipements sont requis pour en permettre la visualisation. Les meilleurs exemples étant la radiographie ou la thermographie.
Thermographie
(visualisation des infrarouges)
Radiographie
(visualisation des rayons X)
Cette facilité qu’a notre cerveau de traiter la lumière fait que nous recevons parfois trop d’informations. Dans certains cas, une quantité moindre de lumière est souhaitable pour un meilleur traitement de l’information. Nous diminuons donc instinctivement la quantité d’information reçue et transmise au cerveau en fronçant les yeux ou en portant des lunettes de soleil, par exemple. Aujourd’hui, nous pouvons même éliminer complètement certaines informations parasites grâce aux lunettes polarisées, augmentant ainsi grandement notre confort de vision.
Sans lunettes polarisées
Avec lunettes polarisées
Qu’est-ce que la polarisation ?
Qu’est-ce qu’une information lumineuse parasite ?
Polarisation
La lumière naturelle émise par le soleil n’est pas polarisée, c’est-à-dire que les rayons lumineux qui nous parviennent n’ont pas d’orientation privilégiée. En reprenant l’analogie de la corde qui ondule, nous pouvons représenter la propagation de plusieurs ondes lumineuses comme suit :
On voit ici quatre (4) ondes de lumière de même amplitude et de même fréquence se propageant dans la même direction, mais sans orientation privilégiée, un peu comme des cordes que nous ferions onduler dans différentes orientations (de haut en bas, de droite à gauche ou en diagonal).
C’est ce que l’on appelle un rayon de lumière non polarisé. « Non polarisé » est le terme consacré pour dire « sans orientation privilégiée ». Si on se place dans l’axe de déplacement de ces ondes de lumière, nous les voyons poindre dans des directions différentes :
Le schéma ci-dessus montre quatre (4) ondes parmi l’infinité d’ondes qui nous parviennent dans toutes les orientations possibles; la représentation usuelle d’un rayon de lumière non polarisé est donc comme suit :
Toutes ces ondes forment un rayon lumineux non polarisé.
Information lumineuse parasite
L’information lumineuse parasite peut se définir comme le rayonnement qui est réfléchi sur les objets, mais qui ne fournit pas d’information sur la couleur, la texture ou la forme de l’objet. Cette lumière, qui est entièrement réfléchie par la surface, comme sur un miroir, vient parasiter l’information utile transmise par les objets, ce qui nous renseigne sur leurs couleurs, leurs formes ou leurs textures.
Lorsque cette lumière est réfléchie sur une surface horizontale (par exemple la mer, une route ou la neige sur les pentes de ski), la lumière se polarise naturellement selon un axe privilégié : l’axe horizontal.
Il en résulte donc une quantité d’information réfléchie très majoritairement dans cet axe, causant notre éblouissement.
À un angle précis (l’angle de Brewster), qui dépend principalement du matériau sur lequel la lumière arrive, elle se réfléchit à 100 % dans l’axe horizontal, créant un éblouissement maximal. Ceci se produit sur la mer ou sur la route lorsque le soleil est relativement bas dans le ciel, car il faut un angle d’environ 30° par rapport à l’horizon pour que cet effet soit à son maximum. Cependant, ce phénomène est beaucoup plus marqué à la montagne et peut se produire à toute heure de la journée puisque la réflexion se fait sur des surfaces pentues et donc à des angles très variables.
Des lunettes de soleil standards, non polarisées, vont atténuer la quantité de lumière globale qui nous parvient, mais sans « cibler » les rayons parasites réfléchis. La proportion de lumière parasite reste donc très importante et majoritaire, elle continue donc de masquer une partie de l’information lumineuse pertinente que notre cerveau veut traiter.
En revanche, les lunettes de soleil polarisées sont conçues pour ne laisser passer que la lumière polarisée dans le sens vertical (↨) et elles vont donc complètement bloquer cette information parasite.
Les lunettes polarisées sont toujours polarisées dans le sens vertical (↨), car ce sont les réflexions parasites provenant de surfaces horizontales qui sont le plus dérangeantes dans la vaste majorité des cas (surface de l’eau en bateau ou surface de la route en voiture).
Cependant, si vous êtes amateur de photographie, vous savez que les filtres polarisés que l’on adapte sur les lentilles sont rotatifs. La raison est qu’il est impératif que l’on puisse ajuster l’angle du filtre en fonction de la position de l’appareil pour garder la polarisation dans l’axe souhaité (↨), afin de pouvoir prendre des photos avec l’appareil dans différentes positions.
Ou encore, de pouvoir couper le reflet (lumière parasite) d’une surface non horizontale comme une vitre de fenêtre par exemple, et ainsi de pouvoir photographier au travers.
Cet effet de réflexion naturelle de la lumière sur les vitres donne une certaine intimité au niveau résidentiel, mais pose des problèmes au niveau commercial. Des filtres polarisés sont d’ailleurs installés sur certaines vitrines de magasin afin d’éviter ce type de reflet et ainsi permettre aux passants de voir clairement les présentoirs à l’intérieur des magasins à toute heure de la journée.
La science est partout !
Vous avez peut-être également remarqué que certains écrans semblent noirs lorsqu’on les regarde avec des lunettes polarisées. Ceci vient du fait que ces écrans émettent une lumière polarisée qui est exactement à 90° de l’angle de polarisation de vos lunettes. Il se produit un mécanisme identique à celui de la lumière polarisée réfléchie par la surface de l’eau, mais cette fois, l’effet est indésirable.
Heureusement, la majorité des écrans, notamment ceux dans les véhicules, émettent de la lumière polarisée à un angle qui les rend lisibles avec des lunettes de soleil.
La prochaine fois que vous porterez vos lunettes polarisées en auto, il vous suffira de tourner la tête pour déterminer l’angle de polarisation de votre écran.
Voilà, la polarisation n’a maintenant plus de secret pour vous… ou presque !
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David Rousseau, M.Sc., Chimiste
Expert scientifique – Chargé de projet senior Courriel : drousseau@msei.ca
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