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Échelle des teintes de Newton

L’échelle des teintes de Newton, ou échelle des teintes de Michel-Lévy[1], 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[2] ou Auguste Michel-Lévy[1].

Étude théorique

L'échelle présente trois axes, en abscisses, la teinte et la différence de marche, en ordonnée l'épaisseur, en oblique la biréfringence[3].

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 :

[4].

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.

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[5].

À δ=0, l'intensité est nulle, et la couleur perçue est noire. Lorsque polariseur et analyseur sont croisées on dit que l'échelle des teintes de Newton est à centre noir[6].

Si le polariseur et l'analyseur sont parallèles soit 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[7].

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[6].


Echelle des teintes de Newton (teintes en fonction de la différence de marche) [8]
δ (nm) centre blanc centre noir
0blancnoir
40blancgris de fer
97blanc jaunâtregris lavande
158blanc jaunâtrebleu gris
218brun jaunegris plus clair
234brunblanc verdâtre
259rouge clairblanc
267rouge carminblanc jaunâtre
275brun rouge sombrejaune paille pâle
281violet sombrejaune paille
306indigojaune clair
332bleujaune vif
430bleu grisjaune brun
505vert bleuâtreorangé rougeâtre
536vert pâlerouge chaud
551vert jaunâtrerouge plus foncé
565vert plus clairpourpre
575jaune verdâtreviolet
589jaune d'orindigo
664orangébleu de ciel
728orangé brunâtrebleu verdâtre
747rouge carmin clairvert
826pourprevert plus clair
843pourpre violacévert jaunâtre
866violetjaune verdâtre
910indigojaune pur
948bleu sombreorangé
998bleu verdâtreorangé rougeâtre vif
1101vertrouge violacé foncé
1128vert jaunâtreviolet bleuâtre clair
1151jaune saleindigo
1258couleur chairbleu (teinte verdâtre)
1334rouge brunvert de mer
1376violetvert brillant
1426bleu violacé grisâtrejaune verdâtre
1495bleu verdâtrerose (nuance clair)
1534bleu vertrouge carmin
1621vert ternecarmin pourpre
1658vert jaunâtregris violacé
1682jaune verdâtrebleu gris
1711jaune grisvert de mer
1744mauve gris rougevert bleuâtre
1811carminbeau vert
1927gris rougegris vert
2007bleu grisgris presque blanc
2048vertrouge clair
2338rose pâlevert bleu pâle
2668vert bleu pâlerose pâle

Utilisation en minéralogie

L'échelle des teintes de Newton permet notamment de mesurer la biréfringence d'un minéral[2].

À l'aide d'un microscope dit 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[9].

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 [10]).

Notes et références

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