L’échelle des teintes de Newton, ou échelle des teintes de Michel-Lévy, est une échelle de mesure de la biréfringence et de l'épaisseur d'un matériau. Lors de la traversée de ce matériau biréfringent par la lumière blanche polarisée, le front d'onde de cette lumière blanche se sépare et on observe alors des interférences d'une certaine couleur qui dépend de la biréfringence et de l'épaisseur de la lame utilisée. Cette échelle a été établie par Isaac Newton ou Auguste Michel-Lévy.
Étude théorique thumb|400 px|Échelle des teintes de Michel-Lévy fabriquée par Zeiss Microscopy GmbH L'échelle présente trois axes, en abscisses, la teinte et la différence de marche, en ordonnée l'épaisseur, en oblique la biréfringence.
Ces trois grandeurs, la différence de marche δ, l'épaisseur de la lame utilisée e et la biréfringence Δn sont liées par la relation suivante :
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Cette différence de marche permet de caractériser la teinte que l'on observe. On observe les teintes de Newton avec une lumière polarisée puis analysée (c'est-à-dire polarisée après la traversée du matériau biréfringent). Selon la position du polariseur et de l'analyseur il existe deux possibilités pour caractériser les teintes observées en fonction de la différence de marche δ.
Polariseur et analyseur croisés Si le polariseur et l'analyseur sont croisés et donc que leurs axes optiques sont orthogonaux alors l'intensité d'une onde lumineuse monochromatique de longueur d'onde λ observée après la division du front d'onde est avec A un terme qui n'intervient pas dans la couleur observée.
Si δ/λ = k avec k entier alors cette intensité est nulle, et si δ/λ=k/2 alors cette intensité est maximale. Étant donné que la lumière blanche est constituée de toutes les longueurs d'onde du visible, alors la lumière perçue à la sortie de l'analyseur traversant le matériau biréfringent correspond à une lumière polychromatique dont l'intensité est égale à la somme des intensités pour chaque longueur d'onde du visible. Donc les longueurs d'onde pour lesquelles l'interférence est destructive disparaissent de la couleur observée et celles pour lesquelles l'interférence est constructive apparaissent.
À δ=0, l'intensité est nulle, et la couleur perçue est noire. Lorsque polariseur et analyseur sont croisés on dit que l'échelle des teintes de Newton est à centre noir.
Polariseur et analyseur parallèles Si le polariseur et l'analyseur sont parallèles et donc que leurs axes optiques sont parallèles alors l'intensité d'une onde lumineuse monochromatique de longueur d'onde λ observée après la division du front d'onde est avec A un terme qui n'intervient pas dans la couleur observée.
De même que précédemment la lumière perçue à la sortie de l'analyseur est une lumière polychromatique et on observe une certaine teinte correspondant à la différence de marche.
À δ=0 l'intensité est maximale pour toutes les longueurs d'onde : on observe de la lumière blanche. Lorsque polariseur et analyseur sont parallèles, on utilise l'échelle des teintes de Newton à centre blanc.
Tableau +Echelle des teintes de Newton (teintes en fonction de la différence de marche δ) δ (nm) centre blanc centre noir 0 blanc noir 40 blanc gris de fer 97 blanc jaunâtre gris lavande 158 blanc jaunâtre bleu gris 218brun jaunegris plus clair234 brunblanc verdâtre259rouge clairblanc267rouge carminblanc jaunâtre275brun rouge sombrejaune paille pâle281violet sombrejaune paille306indigojaune clair332bleujaune vif430bleu grisjaune brun505vert bleuâtreorangé rougeâtre536vert pâlerouge chaud551vert jaunâtrerouge plus foncé565vert plus clairpourpre575jaune verdâtreviolet589jaune d'orindigo664orangébleu de ciel728orangé brunâtrebleu verdâtre747rouge carmin clairvert826pourprevert plus clair843pourpre violacévert jaunâtre866violetjaune verdâtre910indigojaune pur948bleu sombreorangé998bleu verdâtreorangé rougeâtre vif1101vertrouge violacé foncé1128vert jaunâtreviolet bleuâtre clair1151jaune saleindigo1258couleur chairbleu (teinte verdâtre)1334rouge brunvert de mer1376violetvert brillant1426bleu violacé grisâtrejaune verdâtre1495bleu verdâtrerose (nuance clair)1534bleu vertrouge carmin1621vert ternecarmin pourpre1658vert jaunâtregris violacé1682jaune verdâtrebleu gris1711jaune grisvert de mer1744mauve gris rougevert bleuâtre1811carminbeau vert1927gris rougegris vert2007bleu grisgris presque blanc2048vertrouge clair2338rose pâlevert bleu pâle2668vert bleu pâlerose pâle À mesure que l'ordre de la différence de chemin optique augmente, il est plus probable que davantage de longueurs d’onde de la lumière soient retirées du spectre. Il en résulte que l’apparence de la couleur est « délavée » et qu’il devient plus difficile de déterminer les propriétés de l’échantillon. Cependant, cela ne se produit que lorsque l’échantillon est relativement épais par rapport à la longueur d’onde de la lumière.
Établissement des teintes de l'échelle de Newton
Utilisation en minéralogie
L'échelle des teintes de Newton permet notamment de mesurer la biréfringence d'un minéral.
À l'aide d'un microscope en lumière polarisée (appelé également microscope polarisant), utilisé en lumière polarisée analysée, on peut observer les teintes permettant de caractériser la biréfringence. Le microscope est constitué d'un objectif et d'un oculaire, avec entre la source lumineuse blanche et l'objectif un polariseur puis entre l'oculaire et l'objectif un autre polariseur dit analyseur.
Ensuite, en connaissant l'épaisseur de la lame, on peut déterminer la biréfringence, ce qui peut être utile pour reconnaître des minéraux. De plus les propriétés biréfringentes de certains matériaux permettent de créer certains instruments d'optique (par exemple les polariseurs).
Par ailleurs, il est important de se rappeler ces conseils : Les minéraux isotropes et opaques (métalliques) ne peuvent pas être identifiés de cette façon. La platine du microscope doit être tournée jusqu’à ce que l’on trouve la couleur maximale, et donc la biréfringence maximale. Chaque minéral, en fonction de son orientation cristalline dans la lame, peut ne pas présenter la biréfringence maximale. Il est important d’échantillonner un certain nombre de minéraux similaires afin d’obtenir la meilleure valeur de biréfringence. Les minéraux uniaxes peuvent sembler isotropes (toujours éteints) si le minéral est coupé perpendiculairement à l’axe optique (cette situation peut être révélée par le motif d'interférence conoscopique).
Notes et références
Catégorie:Polarisation Catégorie:Interférences