Skyline est un luminaire d’ambiance qui rend hommage aux paysages urbains à travers un jeu subtil de phénomènes optiques.
C’est en utilisant les propriétés de la lumière et des matériaux que des motifs géométriques colorés sont rendus visibles après assemblage du produit.
Les silhouettes rétroéclairées dévoilent alors les monuments emblématiques des villes de son choix telles que Paris, New-York, Londres, Tokyo…
Mais cette expérience visuelle et poétique entre art et optique est uniquement permise grâce à la polarisation de la lumière et la biréfringence de certains matériaux transparents.
La polarisation de la lumière ?
Au delà des différentes couleurs (ou longueur d’ondes) que la lumière peut arborer, elle possède également une propriété d’orientation des ondes qui la constituent. Cette particularité, souvent utilisée en physique quantique, permet alors d’introduire la notion « polarisation des ondes » ainsi que leurs manipulations.
La lumière naturelle (du soleil ou d'une lampe) est dites non polarisée car leurs ondes oscillent dans toutes les directions (perpendiculaires à leur direction de propagation). A contrario, la polarisation est le fait de filtrer une seule direction d’oscillation lors de leur propagation.
Un filtre polarisant (ou polariseur) laisse alors passer uniquement la lumière dont les ondes vibrent selon une direction donnée, et bloque/absorbe toutes les autres directions.
On peut vulgariser ce filtre comme un peigne optique ne laissant passer que les polarisations alignées avec les dents du peigne.
Maintenant, si on place deux filtres polarisants l’un après l’autre :
- Alignés : la lumière polarisée par le premier polariseur traverse le second.
- Croisés à 90° : la lumière est totalement absorbée par le second polariseur.
C’est ce principe qui est utilisé pour :
- Éliminer les reflets sur la mer avec des lunettes de soleil polarisées,
- Régler les contrastes dans la photographie ou l’optique scientifique,
- Révéler des couleurs au travers des matériaux biréfringents …
Les matériaux biréfringents ?
La biréfringence est la propriété qu’ont certains matériaux d’avoir plusieurs indices optiques. En l’occurence, deux indices de réfractions, expliquant « bi-réfringence »). Ils ont alors la capacité de séparer un rayon lumineux en deux rayons distincts, chacun polarisé différemment et perpendiculaire entre eux.
Pourquoi ça se produit ?
Dans un matériau birefringent (tels que les cristaux de quartz, de calcite ou certaines matières plastiques étirées), les atomes sont organisés de manière non symétrique.
Cette dissymétrie implique une propagation de la lumière avec deux vitesses différentes (selon la direction de polarisation). L’existence de ces deux vitesses dans un même matériau induit alors une rotation de la polarisation de la lumière entre l’entrée et la sortie du matériau.
Cette faculté est beaucoup utilisée dans :
- L'analyse des contraintes mécaniques des matériaux,
- La microscopie polarisante (observation de tissus, cristaux, minéraux …)
- L’éducation scientifique et les domaines artistiques.
Mais d’où viennent toutes ces couleurs ?
Tout d’abord, la lumière « blanche » est un mélange de toutes les couleurs du spectre visible. C’est pour cela qu’en la décomposant par un prisme, toutes les couleurs sont révélées, du violet au rouge.
En combinant les précédents polariseurs intercalés par un matériau biréfringent, la polarisation de chaque couleur peut alors tourner au sein du matériau biréfringent. L’angle de rotation dépend de la longueur de l’onde (sa couleur), de la différence entre les deux indices de réfraction du matériau et de son épaisseur.
Naturellement, la rotation de polarisation sera d’autant plus forte pour le bleu que pour le rouge, avant d’être de nouveau filtré par le seconde polariseur. Si la polarisation de chaque couleur est alignée avec le peigne optique, elle le traversera, sinon elle sera absorbée partiellement ou totalement par le filtre.
En sortie du dernier polariseur, chaque longueur d’onde sera d’intensité différente, expliquant l’apparition de toutes ces couleurs (que ce soit selon le nombre de couches de matériaux biréfringents superposés ou l’inclinaison des polariseurs).
Premier prototype de luminaire polarisant et biréfringent
Visualisation des contraintes mécaniques dans un matériau plastique transparent
Exemple de puzzle polarisant et biréfringent