Microscope en lumière polarisée : qu'est-ce que c'est ?

Le microscope en lumièrelumière polarisée est un microscope optique dont la technologie repose sur l'utilisation d'un faisceau de lumière polarisée (des ondes vibrant dans un seul plan). Il sert à observer et à analyser les propriétés anisotropes des matériaux. Ce type de microscope est particulièrement utile en minéralogie, pétrographie, biologie, et en sciences des matériaux pour étudier des échantillons qui possèdent des structures anisotropesanisotropes ou la propriété de biréfringencebiréfringence.

Principe de fonctionnement du microscope en lumière polarisée

La lumière non polarisée, émise par une source lumineuse, est composée d'ondes électromagnétiquesondes électromagnétiques oscillant dans toutes les directions perpendiculaires à la direction de propagation. En utilisant un polariseur, cette lumière est transformée en lumière polarisée plane, où les ondes oscillent dans une seule direction. Dans un microscope en lumière polarisée, cette lumière polarisée traverse l'échantillon.

Si l'échantillon est anisotrope, il modifie l'état de polarisation de la lumière en fonction de ses propriétés internes. La lumière émergente de l'échantillon peut ensuite être analysée à l'aide d'un analyseur (un second polariseur) placé généralement perpendiculairement au premier polariseur. En tournant le polariseur et l'analyseur, on peut observer comment l'échantillon affecte la lumière polarisée, ce qui permet de déterminer diverses caractéristiques des matériaux comme l'orientation cristalline, la composition minéralogique et les contraintes internes.

 Des cristaux de vitamine C observés au microscope en lumière polarisée. © DR, CC by 1.0

Composants principaux du microscope en lumière polarisée

• la source de lumière : elle fournit la lumière qui traverse l'échantillon. Dans un microscope en lumière polarisée, la source de lumière est souvent une lampe halogènehalogène ou à LEDLED ;
• le polariseur : c'est le premier filtre que la lumière rencontre après avoir quitté la source. Il polarise la lumière, ce qui signifie qu'il ne laisse passer que les ondes lumineuses vibrant dans une direction particulière ;
• le condenseur : il sert à concentrer le faisceau de lumière polarisée sur l'échantillon, ce qui améliore la qualité de l'image ;
• la table porteporte-objets : c'est là que l'échantillon est placé. Dans un microscope en lumière polarisée, l'échantillon est souvent placé entre deux lames de verre spéciales ;
• les objectifs : ce sont les lentilles qui agrandissent l'image de l'échantillon. Un microscope en lumière polarisée peut avoir plusieurs objectifs de différents grossissements ;
• le tube oculaireoculaire : il sert de pont entre les objectifs et les oculaires ;
• les oculaires : ce sont les lentilleslentilles par lesquelles on regarde pour voir l'image agrandie de l'échantillon ;
• l'analyseur : c'est le deuxième filtre que la lumière rencontre, après avoir traversé l'échantillon. Il ne laisse passer que les ondes lumineuses vibrant dans une direction particulière, perpendiculaire à celle du polariseur. Cela permet de détecter les changements dans la polarisation de la lumière causés par l'échantillon.

Applications du microscope en lumière polarisée

Un microscope en lumière polarisée est utilisé pour étudier et analyser des matériaux et des structures qui possèdent des propriétés anisotropes, c'est-à-dire des propriétés qui varient en fonction de la direction d'observation. Voici quelques-unes des principales applicationsapplications de ce type de microscope :

1. Minéralogie et pétrographie

• Identification des minérauxminéraux : les minéraux biréfringents, qui modifient l'orientation de la lumière polarisée, montrent des couleurscouleurs et des motifs caractéristiques sous lumière polarisée croisée. Cela aide à identifier différents types de minéraux présents dans des échantillons de roche.
• Étude de la texturetexture et de la structure des roches : permet d'observer les relations texturales entre les différents minéraux dans une roche, ainsi que les processus géologiques tels que le métamorphismemétamorphisme et la déformation.

2. Biologie

• Examen des tissus biologiques : utilisé pour observer des structures biologiques anisotropes, comme les fibres de collagène dans les tissus conjonctifs, les muscles striés, et les composants cellulaires comme les microtubules et les chromosomeschromosomes en division.
• Étude de la morphologiemorphologie des cellules et des tissus : aide à visualiser et à comprendre l'organisation structurelle des cellules et des tissus à l'échelle microscopique.

3. Science des matériaux

• Analyse des contraintes internes : permet d'examiner les contraintes internes et les défauts dans les matériaux anisotropes tels que les polymèrespolymères, les composites et les cristaux.
• Étude des propriétés optiques des matériaux : utilisé pour analyser les propriétés optiques de divers matériaux, comme les cristaux liquidesliquides utilisés dans les écrans LCD.

4. Industrie Textile

• Identification des fibres : permet d'identifier et de caractériser les fibres textiles en fonction de leurs propriétés optiques anisotropes.
• Contrôle de la qualité : utilisé pour examiner la structure et la qualité des textiles et des matériaux composites.

5. Géologie

• Analyse des échantillons de sol et de sédimentssédiments : aide à comprendre la composition minéralogique et la texture des sédiments et des sols, ce qui est essentiel pour les études environnementales et géotechniques.

6. Chimie et cristallographie

• Étude des cristaux : permet d'analyser la structure interne des cristaux et de déterminer leurs propriétés optiques.
• Analyse des phases cristallines : utilisé pour identifier les différentes phases cristallines présentes dans un échantillon.

Avantages du microscope en lumière polarisée

Le microscope en lumière polarisée révèle des structures cachées. Il a la capacité à montrer des détails invisibles en lumière non polarisée, ce qui est crucial pour l'identification et la caractérisation des matériaux. De plus, la méthode est non destructive, permettant l'examen des échantillons sans les endommager. Le microscope en lumière polarisée offre des informations supplémentaires sur les propriétés optiques des matériaux, complétant les observations faites avec d'autres techniques microscopiques.

Limitations du microscope en lumière polarisée

Les échantillons doivent être préparés avec soin pour obtenir des résultats optimaux, ce qui peut être laborieux. Les microscopes en lumière polarisée sont plus coûteux et complexes à utiliser par rapport aux microscopes optiquesmicroscopes optiques classiques. L'interprétation des images polarisées nécessite une formation spécifique et une expertise technique.

Champ lexical : microscope polarisant | microscope polariseur analyseur