Microscopie en lumière polarisée
Le microscope polarisant, appelé aussi microscope polariseur analyseur ou microscope pétrographique, est un microscope optique muni de deux filtres polarisants, appelés respectivement polariseur et analyseur.
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Il est utilisé en pétrographie pour l'observation et l'identification des minéraux dans les roches. Le principe de fonctionnement repose sur l'utilisation d'un faisceau de lumière polarisée (par le polariseur). L'échantillon de roche à observer est préparé afin d'obtenir une lame mince, c'est-à-dire que la roche est coupée en un fin bloc collé sur une lame de verre, l'ensemble étant aminci par polissage jusqu'à une épaisseur de 30 micromètres précisément[1].
Histoire
modifierDès 1808, la physicien français Étienne Louis Malus découvre la double réfraction et la polarisation de la lumière. William Nicol invente un prisme pour la polarisation en 1829, qui resta indispensable au microscope polarisant plus d'un siècle. Plus tard, les prismes de Nicol furent remplacés par des filtres polarisants économiques.
Le premier microscope polarisant complet a été construit par Giovanni Battista Amici en 1830.
Rudolf Fuess a construit le premier microscope polarisant dédié à la pétrographie en 1875. Ce fut décrit par Harry Rosenbusch dans le livre de l'année de la minéralogie[2].
Fonctionnement
modifierLa lumière ordinaire (naturelle ou artificielle) est composée d'ondes électromagnétiques qui vibrent dans toutes les directions dans un plan perpendiculaire au trajet de propagation. Lorsque cette lumière traverse un filtre particulier — filtre polarisant — elle ne vibre que dans une seule direction, cette lumière est appelée lumière polarisée.
Pour visualiser le plan focal arrière de l'objectif, on utilise une lentille de Bertrand placée entre l'oculaire et l'analyseur[3],[4].
Dans la plupart des minéraux, suivant la direction de polarisation, la lumière n'aura pas la même vitesse. Lorsqu'un rayon lumineux pénètre dans un cristal, il se dédouble en deux rayons de polarisation différente qui se propagent avec une vitesse différente, c'est la biréfringence. On peut aussi décrire ce phénomène comme une rotation de la polarisation. Le filtre analyseur placé après l'échantillon sélectionne à nouveau les rayons lumineux selon leur polarisation, ainsi, selon la quantité dont a tourné la polarisation (donc selon la nature des cristaux), ceux-ci apparaissent plus ou moins lumineux, voire de couleurs différentes. Certains cristaux sont quasiment isotropes et ne provoquent pas de biréfringence (notamment les cristaux cubiques), et peuvent être facilement distingués des cristaux anisotropes.
À l'aide d'un compteur de points qui déplace la lame mince selon un pas constant à la surface de la platine du microscope, on peut connaître la proportion de chaque minéral dans la roche, et, par là, sa composition minéralogique quantitative.
Le microscope polarisant permet également d'analyser la disposition des minéraux entre eux, de déterminer leur ordre de cristallisation, d'observer leur arrangement selon des plans ou des alignements, de mettre en évidence la structure de la roche.
Types d'observation
modifierCet équipement permet une observation des préparations microscopiques en lumière normale (lumière naturelle, appelée aussi LPNA, lumière polarisée non analysée), en lumière réfléchie (pour les minéraux qui restent opaques en lame mince, surtout les minerais qui sont analysés au moyen de la microscope métallogénique : la lumière pénètre dans le microscope après réflexion sur la surface polie du minerai) ou en lumière polarisée (LPA, lumière polarisée et analysée)[5].
Notes et références
modifier- Cet article est partiellement ou en totalité issu de l'article intitulé « Lentille de Bertrand » (voir la liste des auteurs).
- La précision atteinte est en général meilleure que 0,1 µm sur une lame de taille typique 4 à 5 cm de long sur 2 à 3 cm de large. Cette erreur n'est généralement pas aléatoire en répartition géométrique, mais représente plutôt l'effet d'un très léger défaut de parallélisme des faces. Quant à la justesse de l'épaisseur de la lame, 30 µm, elle dépend de la présence de minéraux indicateurs, comme le quartz, mais s'évalue en général vers ± 0,5 µm à ± 1 µm. Références : communications personnelles de quelques litholamelleurs en laboratoires de recherche académiques.
- « R. Fuess Berlin #131. The Rosenbusch model c.1878 », sur www.antique-microscopes.com (consulté le )
- univ-lemans.fr/enseignements/physique.
- ENP Chabou - Observation des minéraux anisotropes en lumière convergente
- Jean-Claude Miskovsky, Géologie de la préhistoire: méthodes, techniques, applications, Association pour l'étude de l'environnement géologique de la préhistoire, , p. 448
Voir aussi
modifierBibliographie
modifier- « Traité de technique minéralogique et pétrographique, Volume 1 Traité de technique minéralogique et pétrographique, Alfred Monnier ». Auteurs : Louis Duparc, Francis Pearce, Alfred Monnier. Éditeur : Veit & Comp. Éditeurs, 1907
- « Manuel de pétrographie microscopique : Lʼemploi du microscope polarisant. Caractères optiques des minéraux des roches taillés en lames minces. Leur détermination Manuel de pétrographie microscopique ». Auteurs : Léon Bertrand, Marcel Roubault. Éditeur J. Lamarre, 1936
- Animations et explications sur les différents types de microscopes, dont le champ sombre et le contraste de phase (Université Paris Sud)
Articles connexes
modifierLiens externes
modifier- (en) « Rogers Atlas of Rocks in Thin Section », sur Strabospot (consulté le ), un atlas d'environ 130 microphotographies de lames minces d'échantillons terrestres, lunaires et météoritiques (surtout de roches magmatiques)