Voir la source de Polarisation (optique)

{{Voir homonymes|polarisation}}La '''polarisation''' est une propriété qu'ont les [[onde]]s vectorielles (ondes qui peuvent osciller selon plus d'une orientation) de présenter une répartition privilégiée de l'orientation des vibrations qui les composent. Les [[Onde électromagnétique|ondes électromagnétiques]], telles que la [[lumière]], ou les [[onde gravitationnelle|ondes gravitationnelles]] ont ainsi des propriétés de polarisation. Les ondes mécaniques transverses dans les solides peuvent aussi être polarisées. Cependant, les ondes longitudinales (telles que les [[Son (physique)|ondes sonores]]) ne sont pas concernées.

Dans une [[onde électromagnétique]] polarisée (linéairement), le [[champ électrique]] et le [[champ magnétique]] oscillent simultanément dans des directions perpendiculaires l'une à l'autre. Par convention, la polarisation de la lumière décrit la vibration du champ électrique et quand l'onde est polarisée linéairement, ce champ oscille dans une seule direction. Quand une onde est constituée de deux composantes polarisées à 90° l'une de l'autre, ET en déphasage de 90° également l'une par rapport à l'autre, alors, sa polarisation semble tourner autour de l'axe de propagation de l'onde. On parle dans ce cas de [[polarisation circulaire]] ou elliptique (quand les deux composantes n'ont pas la même intensité). Le sens de la rotation, droite ou gauche, dépend du sens du déphasage entre les deux composantes et est également un paramètre clé qu'il faut mettre en regard de la [[biréfringence]] et de l'[[activité optique]] des milieux traversés. Les polarisations circulaire et linéaire sont des cas particuliers de la polarisation elliptique (selon que les deux composantes sont égales, ou qu'au contraire, la seconde composante est nulle ; et par ailleurs, une onde de polarisation elliptique peut être vue comme la somme d'une polarisation circulaire et d'une polarisation linéaire.

Dans le cas des [[Onde radio|radio-fréquences]] émises par l'homme, l'onde est naturellement polarisée et [[Cohérence (physique)|cohérente]], à cause de la nature du processus d'émission (en particulier, le fait qu'on ait un seul dispositif oscillant et une seule antenne. Certaines antennes telles que les [[Antenne hélice axiale|antennes hélicoïdales]], cependant, sont capables d'émettre en polarisation circulaire). Dans le cas des ondes de longueur d'onde plus courtes, par contre, (ainsi que dans la nature) il devient difficile de réaliser des émetteurs et des antennes adaptés à la longueur de l'onde, et on utilise plutôt des processus physiques naturels basés sur le comportement électromagnétique de structures atomiques ou moléculaires qui peuvent être vus comme une multitude d'antennes miniatures. Dans ce cas, la norme est d'obtenir une onde qui n'est ni polarisée, ni cohérente, et la production d'une onde polarisée nécessite des dispositions particulières.

La polarisation des ondes joue un rôle important dans de nombreux domaines scientifiques tels que l'[[optique]], la [[séismologie]], l'étude des ondes [[Onde radio|radiofréquences]] et [[micro-onde]]s. Les technologies concernées sont plus particulièrement les [[laser]]s, les télécommunications ([[fibre optique|fibrées]] ou non) et les [[radar]]s.

Par convention, on dit que la polarisation rectiligne est dite verticale ('''polarisation verticale''') lorsque le champ électrique E est vertical par rapport au repère (communément le sol de la Terre) ; de même, la polarisation rectiligne dite horizontale ('''polarisation horizontale''') lorsque le champ électrique E est horizontal par rapport au repère (communément le sol de la Terre).

== Histoire ==
En [[1808 en science|1808]], [[Étienne Louis Malus]] découvre la polarisation<ref>[https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k210161c/f48.image « Polarisation »], [[Gallica]].</ref>, et publie en 1809 un document sur sa théorie de la polarisation de la lumière.

En 1811, il est fait mention d'anneaux colorés et d'exemples de polarisation de la lumière<ref>[https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3297q/f456.image « Séance du lundi 18 février 1811 »], Procès-verbaux des séances de l'Académie (Académie des sciences), Gallica.</ref>.

La notion de polarisation est reconnue par la [[Royal Society]]<ref>{{chapitre |langue=en
|titre ouvrage=Philosophical transactions of the Royal society of London : giving some accompt of the present undertakings, studies, and labours of the ingenious in many considerable parts of the world. 
|titre chapitre=Section II. On the laws of the polarixzation of light by reflexion from the second surfaces of transparent bodies
|auteur1=David Browster
|volume=105 
|année=1815
|éditeur=Royal society |lieu=Londres
|url=https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k559100/f149.image
}} dans une lettre de David Browster qui en 1815, attribue la découverte de la polarisation à Malus
gallica http://bnf.fr/ark:/12148/bpt6k559100/f140.image</ref> dans une lettre de [[David Brewster]] de 1815.

== Théorie ==
=== Explication du phénomène ===
La manifestation la plus simple de polarisation est celle d'une [[onde plane]], qui est une bonne approximation de la plupart des ondes lumineuses. Comme toute onde électromagnétique qui se [[Propagation des ondes|propage]], elle est constituée d'un [[champ électrique]] et d'un [[champ magnétique]] tous deux perpendiculaires à la direction de propagation :

[[Image:Onde electromagnetique.svg|vignette|centré|600px|Onde lumineuse avec champ magnétique <math>\vec B</math> et champ électrique <math>\vec E</math> à angle droit l'un de l'autre (dans le cas d'une polarisation rectiligne).]]

On décide, par convention, d'ignorer le champ magnétique par la suite, car il peut être déterminé à partir du champ électrique. On considère donc uniquement le champ électrique <math>\vec E</math> ''perpendiculaire à la direction de propagation''.

Considérant les deux composantes vectorielles définissant l'orientation du champ électrique et conformément à la représentation ci-dessous, la figure décrite au cours du temps par le champ électrique en un point donné peut être alors :
* un segment de droite, cas de la polarisation rectiligne ;
* une [[Ellipse (mathématiques)|ellipse]], cas de la polarisation elliptique ;
* un [[cercle]], cas de la polarisation circulaire.

Les trois figures en mouvement ci-dessous illustrent, pour chacun des trois cas, l'évolution temporelle du champ électrique <math>\vec E</math> dans un plan d'onde fixé. Ces différentes formes définissent l''''état de polarisation''' de l'onde : on dit que l'onde est polarisée ''rectilignement'', ''elliptiquement'' ou ''circulairement''.

{|
| width="250" align="center" | [[Image:Polarisation rectiligne.gif|50px]]
| width="250" align="center" | [[Image:Polarisation elliptique.gif|170px]]
| width="250" align="center" | [[Image:Polarisation circulaire.gif|170px]]
|-----
| align="center" | ''Rectiligne'' || align="center" | ''Elliptique''
| align="center" | ''Circulaire''
|}

De plus, cette onde se ''propage'' dans l'espace, selon une direction précise, que l'on choisit verticale, perpendiculaire au plan d'onde horizontal, dans les figures ci-dessous (en trois dimensions) : ces courbes sont '''une représentation spatiale, instantanée, au temps  <math>t_0</math> fixé, ''' des positions de la pointe de flèche du champ électrique dans tous les plans d'onde superposés verticalement le long de la propagation ; ces courbes sont construites en reportant à la distance verticale <math>d</math> le vecteur champ qui existait dans le plan d'onde du bas à un instant passé <math>t=t_0-d/v</math> (<math>v</math> est la vitesse de propagation ; on tient compte ainsi de l'effet de la propagation) :
* la courbe de gauche représente la polarisation rectiligne ; c'est une sinusoïde tracée dans le plan vertical, passant par la diagonale du carré bleu, en bas ;
* la courbe de droite représente la polarisation circulaire ; c'est une hélice qui s'enroule sur un cylindre vertical, dont la base est le cercle dessiné en perspective dans le carré du bas ;
* la courbe du milieu représente la polarisation elliptique ; c'est une courbe ressemblant à une hélice, tracée sur un cylindre vertical, aplati, dont la base est l'ellipse dessinée dans le carré du bas.

{|
| width="250" align="center" | [[Image:Polarisation (Linear).svg]]
| width="250" align="center" | [[File:Polarisation (Elliptical).svg]]
| width="250" align="center" | [[Image:Polarisation (Circular).svg]]
|-----
| align="center" | ''Rectiligne'' || align="center" | ''Elliptique''
| align="center" | ''Circulaire''
|}

On peut '''se figurer la propagation''' en faisant glisser verticalement ces représentations spatiales instantanées : 
un instant <math>\Delta t</math> plus tard, ces courbes doivent être remontées de la distance <math>\Delta d=v \Delta t</math>.

La symétrie des fonctions de l'espace et du temps, dans les équations de propagation, fait que les mêmes courbes peuvent aussi représenter mathématiquement les '''variations temporelles''' du champ électrique, dans un plan d'onde fixé, telles que vues en mouvement dans la représentation animée ci-dessus (il suffit alors de graduer en temps l'axe vertical).

Ce phénomène s'explique grâce à l'[[Propagation des ondes|équation de propagation]] de l'onde lumineuse. En décomposant le champ électrique en ses deux ''composantes'' orthogonales (en bleu et rouge sur les schémas précédents), on s'aperçoit qu'elles ont toutes deux une évolution [[sinusoïde|sinusoïdale]]. Lorsque les deux composantes oscillent en même temps, on obtient une polarisation rectiligne. Si elles présentent un [[déphasage]] (c'est-à-dire que l'une est en retard par rapport à l'autre), alors on obtient une polarisation elliptique.

Dans le cas particulier où ce déphasage vaut 90° et que les deux composantes ont même [[amplitude]], la polarisation est circulaire. On distingue alors les cas de polarisation '''circulaire gauche''' et '''circulaire droite''' selon le sens de l'enroulement autour du cylindre.

Cette décomposition en deux composantes orthogonales est arbitraire. Il est aussi possible, par exemple, de décomposer en deux polarisations circulaires tournant en sens contraires.

=== La lumière incohérente ===
[[File:Banc de polarisation.JPG|thumb|Exemple de banc de polarisation.]]L'explication ci-dessus n'est valable strictement que pour une [[onde monochromatique]], et plus particulièrement une lumière [[Cohérence (physique)|cohérente]]. Dans les autres cas, les effets sont un peu différents.

Par exemple, dans la lumière d'une [[lampe à incandescence|lampe à filament]], on observe que la lumière est polarisée aléatoirement : elle ne correspond à aucun des trois cas précédents. Cela s'explique par le fait que cette lumière est composée de [[train d'onde|trains d'ondes]], courtes impulsions lumineuses ayant chacune une amplitude, une [[fréquence]], et une polarisation [[aléatoire]]s. Ainsi, ce qui est observé est une [[moyenne]] de tous ces trains d'ondes qui apparaît non polarisée.

Toutefois, la lumière incohérente peut aussi présenter, en partie, une polarisation elliptique, circulaire, ou rectiligne. Pour déterminer alors quelle est la polarisation d'une lumière, on utilise des [[polariseur]]s et des [[lame à retard|lames à retard]].

=== Représentation des états de polarisation ===
Il peut être nécessaire de représenter mathématiquement un état de polarisation de lumière, par exemple, afin de suivre son évolution à travers un système optique. On peut notamment utiliser :
* le [[formalisme de Jones]], particulièrement adapté à la représentation d'états complètement polarisés ;
* les [[Paramètre de Stokes|paramètres de Stokes]], associés aux [[Matrice de Mueller|matrices de Mueller]], qui permettent de décrire également la lumière partiellement polarisée.

=== Aspect corpusculaire ===
Toutes les explications ci-dessus sont données dans le cadre de l'[[optique physique]]. Cependant, la polarisation peut également être expliquée en utilisant l'[[optique quantique|aspect corpusculaire de la lumière]].

La lumière est composée de [[photon]]s possédant un [[spin]] de 1. La [[physique quantique]] montre que pour un photon, la projection sur un axe de son spin peut uniquement prendre les valeurs –1, 0 ou +1. Cependant, la valeur 0 est interdite par la [[théorie quantique des champs]] car la masse du photon est nulle. Les deux états propres correspondent donc soit à la valeur propre +1 (polarisation circulaire droite) ou à la valeur propre -1 (polarisation circulaire gauche). Conformément à la physique quantique, l'état de polarisation du photon est une combinaison linéaire de ces deux états propres, ce qui permet de définir les polarisations rectilignes et elliptiques.

{{...}}

== Effets physiques sur la polarisation ==
Les ondes présentant une polarisation peuvent subir différents effets :

=== Polarisation par absorption ===
{{Article détaillé|Polariseur|}}
Bien que n'étant pas la première forme de polarisation dans la nature, elle joue un rôle très important dans la technologie moderne, ou elle sert entre autres à la réalisation des [[Écran à cristaux liquides|écrans à cristaux liquides]] ou de [[Lunettes stéréoscopiques|procédés de vision 3D]], en {{Lien|langue=en|trad=Polarizing filter (photography)|fr=Filtre polarisant (photographie)|texte=photographie}} pour faire disparaître des reflets ou contraster le ciel (voir [[#Polarisation après réflexion|paragraphe suivant]], pour des expériences en physique, et d'autres choses encore). Elle est basée sur le fait qu'un matériau dont la [[conductivité électrique]] est [[Anisotropie|anisotrope]] va absorber ou laisser passer différemment une onde électromagnétique, selon que sa composante électrique est ou non alignée avec le sens dans lequel le matériau est ou non conducteur de l'électricité. Un des moyens les plus simples de filtrer une onde électromagnétique selon sa polarisation, est de former une grille de fils métalliques alignés. Il faut cependant que le pas de la grille soit plus petit que la longueur d'onde de l'onde électromagnétique, ce qui rend la chose peu praticable avec la lumière. Pour la lumière, on utilise généralement des matériaux constitués de longues molécules polymères linéaires, qui sont ensuite étirés dans une direction, pour aligner ces molécules.

[[Fichier:Expérience à 3 polarisants.jpg|alt=expérience à 3 polarisants|vignette|Le placement d'un film polarisant (en noir) à 90° du polarisant interne de l'écran, bloque le passage de la lumière. Le placement du second polarisant à 45° entre les deux casse l'opacité.]]

Quand la lumière entre dans le filtre polarisant, elle est filtrée en fonction de la proportion de sa composante alignée avec l'orientation du filtre. Cependant, un photon ayant une [[Mécanique quantique|énergie indivisible]], il ne peut être «atténué». L'effet du filtre va donc jouer en termes de probabilité de franchir ou non le filtre. Par ailleurs, la superposition à 90° de deux filtres polarisants est complètement opaque. Cela signifie que la lumière qui sort du premier filtre polarisant est totalement polarisée dans une seule direction. On pourrait s'attendre à ce que les photons arrivant à 45° et qui ont traversé le filtre aient gardé leur orientation, mais si c'était le cas, cela impliquerait qu'ils puissent aussi franchir le second filtre avec la même probabilité et on n'obtiendrait pas l'opacité observée (En réalité, l'opacité n'est pas absolument totale, mais le défaut d'opacité n'est lié qu'à la qualité de fabrication des filtres et à la précision de leurs orientations).

Une curieuse conséquence de cette propriété, est que si on glisse entre deux polarisants à 90° l'un de l'autre, un troisième polarisant à 45° des deux autres, ce dernier va rompre l'opacité des deux autres en transformant une suite de deux polarisants à 90° en deux suites de polarisants à 45°, ce qui n'est pas opaque.  Une autre expérience intéressante, consiste à glisser un morceau d'emballage plastique transparent entre deux polarisants à 90°. En effet, ces emballages étant formés par étirement d'un film plat dans un moule, ils ont aussi des propriétés d'alignements de leurs molécules, qui dépendent de la forme du moule et qui sans atteindre les effets d'un filtre polarisant, ont néanmoins un effet intéressant observable de cette façon.

=== Polarisation après réflexion ===
La [[réflexion (optique)|réflexion]] de la lumière sur certains matériaux transforme sa polarisation. Un exemple important est celui de la [[réflexion vitreuse]] qui fait que l'on voit des reflets sur les fenêtres. Cette réflexion n'est pas identique selon la polarisation de la lumière incidente sur le verre. Pour le comprendre, on décompose la polarisation de la lumière en deux polarisations rectilignes orthogonales entre elles, notées ''s'' et ''p''. La ''polarisation s'' est perpendiculaire au [[plan d'incidence]], et la ''polarisation p'' est contenue dans ce plan.

<center>
{|
| [[Image:Polarisation s.png|vignette|''Polarisation s''.]]
| [[Image:Polarisation p.png|vignette|''Polarisation p''.]]
|-----
| colspan="2" | ''Sur ces deux images, la plaque épaisse est le matériau réfléchissant, et la plaque fine est le plan d'incidence (fictif)''.
|}
</center>
{{Clr}}

La lumière est plus ou moins réfléchie selon qu'elle est polarisée ''s'' ou ''p'', et selon l'angle d'incidence. Cela permet, par exemple, au photographe, d'éliminer une grande partie des reflets sur une vitrine lorsqu'il veut photographier ce qu'il y a derrière. Pour cela, il suffit de placer un [[polariseur]] devant l'appareil photo, et de se placer au bon angle de vue, appelé [[angle de Brewster]].

La réflexion sur les métaux a également un effet sur la polarisation.

=== Rotation de polarisation ===
{{Article détaillé|Pouvoir rotatoire}}
Certains matériaux présentent un [[pouvoir rotatoire]] qui a pour effet de faire ''tourner'' la polarisation. Cela permet, en [[chimie]], de mesurer des concentrations de solutés par exemple dans l'[[industrie du sucre]] ou de différencier les [[molécule]]s [[Chiralité (chimie)|chirales]] entre elles.

=== Biréfringence ===
{{Article détaillé|Biréfringence}}
La [[biréfringence]] est une propriété de certains matériaux qui séparent un rayon lumineux en deux rayons de polarisations différentes. Un exemple important en optique est la [[lame à retard]] qui permet de réaliser des filtres pour la polarisation circulaire de la lumière, qui sont utilisés entre autres dans certains types de [[Lunettes stéréoscopiques|lunettes 3D]].

== Dans la nature, la science et la technologie ==
=== Dans la vie de tous les jours ===
[[Image:Polarizer comparison.jpg|upright=1.5|vignette|La même image prise avec filtre polariseur (à gauche), et sans (à droite).]]
[[Image:Polarizer comparison2.jpg|upright=1.5|vignette|La même image prise avec filtre polariseur (à gauche), et sans (à droite).]]
Les matériaux transparents et brillants réfléchissent en partie la lumière. Selon l'angle d'observation, cette lumière réfléchie est plus ou moins polarisée. En la regardant derrière un [[polariseur]], ou des [[lunettes de soleil]] polarisantes, on peut voir des variations de l'intensité lumineuse.

La lumière du ciel est également polarisée en partie. C'est pour cela que les photographes utilisent des polariseurs afin d'assombrir le ciel sur les [[photographie]]s, et augmenter le [[contraste]]. Cet effet est bien visible au coucher du soleil : à 90° du Soleil, la lumière est particulièrement polarisée. D'autre part, la réflexion sur une surface horizontale (mer, glace, vitres) polarise la lumière horizontalement. C'est pour éliminer ces reflets que les pêcheurs et les alpinistes utilisent des lunettes de soleil polarisantes (constituées d'un filtre polarisant vertical).

La lumière des arcs-en-ciel est fortement polarisée. En effet, un [[arc-en-ciel]] résulte entre autres d'une ou plusieurs réflexions sur la surface de gouttes d'eau, et cette réflexion se fait sous un angle proche de l'[[angle de Brewster]]. Quand on observe un arc-en-ciel à travers des lunettes de soleil équipées de verres polarisants, on "éteint" la partie de l'arc dont la lumière est polarisée perpendiculairement à l'axe des verres.

=== En biologie ===
[[Karl von Frisch]] a montré en [[1949]] que les [[abeille]]s s'orientent grâce à leur perception de la polarisation de la lumière. Elles l'utilisent aussi pour communiquer lors de leur [[danse des abeilles|danse communicative]]. Les mécanismes de cette perception ont notamment été étudiés par Rossel et Waterman, dans les années 1980.

À partir des années [[1970]]-[[1980]], on montre que certains [[insecte aquatique|insectes aquatiques]] disposent aussi d'un mécanisme de vision sophistiqué capable de percevoir la polarisation de la lumière ([[ultraviolet]] dans le cas du ''[[Notonecta glauca|Notonecte glauque]]''), via une rétine spéciale ou d'autres moyens, sous l'eau ou hors de l'eau. C'est le cas chez les [[Dolichopodidae]] (Trujillo-Cenoz et Bernard, 1972), chez des [[gerridae]] (Schneider et Langer, 1969) ou chez les [[libellule]]s (Laughlin, 1976, Laughlin et McGinness, 1978<ref name=AnaxImp2013/>,) et chez beaucoup d'autres insectes des zones humides, par la suite. De très nombreuses espèces s'avèrent capables de percevoir la polarisation de la lumière et les formes de polarisation présentes dans la Nature, et elles l'utilisent pour la navigation, la localisation de l'habitat et parfois la communication entre individus ou espèces<ref>Horváth, G. et Varjú, D. (2004), ''[https://arago.elte.hu/sites/default/files/PolBook-front-material.pdf Polarized light in animal vision: polarization patterns in nature]'', Springer Science & Business Media</ref> ; c'est le cas par exemple de la libellule<ref name=AnaxImp2013>C. R. Sharkey, J. C. Partridge, N. W. Roberts, ''Polarization sensitivity as a visual contrast enhancer in the Emperor dragonfly larva, Anax imperator'', ''J. Exp. Biol.'', 218, 3399–3405 (2015).</ref> qui utilise la polarisation de la lumière pour des tâches impliquant la détection d'objets en mouvement ; de même pour des espèces aquatiques comme la [[Seiche]]<ref>L. Cartron, N. Josef, A. Lerner, S. D. McCusker, A.-S. Darmaillacq, L. Dickel, N. Shashar, ''Polarization vision can improve object detection in turbid waters by cuttlefish'', ''J. Exp. Mar. Biol. Ecol.'', 447, 80–85 (2013).</ref>. On sait maintenant que les signaux perçus de polarisation de la lumière sont parfois traitées  différentiellement par le système nerveux (démontré chez le crabe violoniste), ce qui permet d'améliorer le [[contraste visuel]] de l'objet vu, par rapport à son arrière-plan<ref>M. J. How, J. H. Christy, S. E. Temple, J. M. Hemmi, N. J. Marshall, N. W. Roberts, Target detection is enhanced by polarization vision in a fiddler crab, ''Curr. Biol.'', 25, 3069–3073 (2015).</ref>{{,}}<ref>Samuel P. Smithers, Nicholas W. Roberts et Martin J. How (2019), [https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaax3572 ''Parallel processing of polarization and intensity information in fiddler crab vision''], ''Science Advances'', 21 aout 2019, vol. 5, {{n°|8}}, eaax3572, {{doi|10.1126/sciadv.aax3572}}</ref>.

Or il se trouve que certains matériaux fabriqués par l'homme (exemples : bâches plastiques noires, pétrole, peinture émaillée, certaines vitres) polarisent la lumière UV et du soleil ; ils perturbent certains insectes qui confondent notamment des surfaces polarisantes avec une surface en eau.

Les [[poisson]]s<ref>Hawryshyn, C. W. (1992), ''[http://cichlid.umd.edu/cichlidlabs/kc/Teaching/Visionpdfs/Hawryshyn1992.pdf Polarization vision in fish]''. American Scientist, 164-175.</ref>, mais aussi de nombreux autres [[animal|animaux]] vivant sous l'eau<ref>Loew, E. R. et McFarland, W. N. (1990), ''The underwater visual environment''. Dans ''The visual system of fish'', {{p.|1-43}}, Springer Netherlands.</ref> ou vivant près de l'eau semblent percevoir la polarisation de la lumière, qu'ils peuvent utiliser pour se diriger. La polarisation de la lumière du ciel est perpendiculaire à la direction du [[soleil]] et est conservée dans l'eau (après réfraction/diffraction au niveau de la surface). Dans la zone photique supérieure d'une eau méso-[[eutrophe]] où l'ambiance est bleue-verte en raison de la teneur en organismes à pigments chlorophylliens) le jour la lumière polarisée ne représente que 40 % au maximum de la lumière totale, mais au crépuscule ce taux peut atteindre 67 % avec une modification corrélative du spectre lumineux (longueurs d'onde plus courtes que le jour). L'étude électrophysiologique du nerf optique de la [[truite arc-en-ciel]] soumise à des stimuli lumineux avec une lumière plus ou moins polarisée montrent que la truite ne détecte la lumière polarisée que quand elle compte pour 63 à 72 % de la lumière totale reçue par la rétine. La plupart des poissons semblent particulièrement sensibles à la lumière du [[crépuscule]]<ref>Flamarique I.N et Hawryshyn C.W (1997), [http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0042698996002362 ''Is the use of underwater polarized light by fish restricted to crepuscular time periods?''], ''Vision research'', 37(8), 975-989.</ref>, période à laquelle ils se mettent à la recherche de nourriture (jusque deux heures après le coucher du soleil).

La capacité à percevoir la polarisation de la lumière a aussi été observée chez certaines [[espèce]]s de [[pieuvre]]s, [[calmar]]s, [[Sepiida|seiches]], ou chez la [[crevette-mante]]s. La peau des seiches, qui peut changer rapidement de couleur, a la capacité de partiellement polariser la lumière qu'elle réfléchit. La crevette-mante a aussi la particularité de ne pas réfléchir toutes les polarisations de la même façon.

Certains [[vertébré]]s, dont oiseaux comme les [[pigeon]]s et divers oiseaux d'eau, peuvent aussi percevoir la polarisation de la lumière. Chez les espèces des zones humides (qu'elles vivent sous ou au-dessus de l'eau ou sur l'[[écotone]] air/eau) pouvoir « filtrer » ou sélectionner la lumière polarisée pourrait être une adaptation sélective importante, car permettant d'éliminer une partie de l'effet miroir créé par la surface de l'eau, et donc de mieux repérer les proies ou les prédateurs.

Le phénomène d'altération de la lumière ou de l'environnement nocturne par une lumière artificiellement ou anormalement polarisée est dit « PLP » ou « ''[[Pollution par la lumière polarisée]]'' » (ou ''Polarized light pollution''<ref>Gábor Horváth, György Kriska, Péter Malik et Bruce Robertson, ''Polarized light pollution: a new kind of ecological photopollution'', ''Frontiers in Ecology and the Environment'', 7:6, 317-325, novembre 2009</ref> pour les anglophones). Il peut constituer un [[piège écologique]] et un [[puits écologique]], notamment pour de nombreuses espèces des zones humides et en particulier pour les [[éphéméroptère]]s.
{{Loupe|Piège écologique}}

=== Recherche ===
Étant donné la facilité avec laquelle les [[Cristal liquide|cristaux liquides]] peuvent changer la polarisation de la lumière, et en utilisant la différence de polarisation de la lumière réfléchie par différents objets, on peut imaginer produire des moyens de vision/détection améliorés par la mise en œuvre de certaines polarisations. De même, si on isole les propriétés particulières de polarisation de certains matériaux, on peut imaginer créer des moyens de détection nouveaux (médecine, astronomie, capteurs{{etc.}}).

=== Géologie ===
La lumière polarisée est utilisée en géologie dans l'observation de [[Lame mince|lames minces de roches]] par [[microscopie en lumière polarisée]]. C'est un outil indispensable à l'identification des [[Minéral|minéraux]] constituant celles-ci. C'est le phénomène de [[biréfringence]] de certains [[cristal|cristaux]] qui la permet.

=== Observation en relief (3D) ===
La lumière polarisée est utilisée pour observer des images projetées en relief, au moyen de deux projecteurs munis de polariseurs orientés « perpendiculairement » l'un à l'autre (de préférence, selon les deux diagonales). Le spectateur porte une paire de lunettes polarisantes dont les deux « filtres » sont orientés dans les directions correspondantes. Cette technologie qui, précédemment, était basée sur la polarisation linéaire, ce qui la rendait sensible à l'inclinaison des lunettes, a récemment explosé grâce au développement de polariseurs circulaires pour la lumière visible, qui ne sont plus sensibles à l'inclinaison des lunettes. De nombreux films en relief ont été ainsi montrés au public, notamment dans des parcs d'attractions (Cité des Sciences, Futuroscope, {{nobr|IMAX 3D}} (polarisation rectiligne), {{nobr|RealD 3D}} (polarisation circulaire){{etc.}}) et dans plusieurs salles de cinéma ainsi équipées. Voir par exemple [[stéréoscopie]].

=== Chimie ===
Les composés [[Chiralité (chimie)|chiraux]] font tourner la polarisation de la lumière les traversant. Ce [[pouvoir rotatoire]] permet de distinguer les [[énantiomère]]s selon le sens dans lequel ils font tourner la polarisation.

=== Communications hertziennes ===
La polarisation des ondes la plus courante dans les applications grand public, comme la télévision terrestre ([[Télévision analogique terrestre|analogique]] ou [[Télévision numérique terrestre|numérique]]) ou [[Télévision par satellite|par satellite]], est la polarisation linéaire, horizontale ou verticale. On retrouve ces deux polarités dans le domaine du [[Wi-Fi]], du [[radioamateurisme]] et dans les transmissions professionnelles.

Les différentes composantes de la polarisation sont nécessaires pour protéger la réception de signaux de fréquences identiques ou rapprochées, car cela évite des [[interférence]]s mutuelles, particulièrement lorsque les signaux parviennent dans une même direction.

Le réseau de télévision terrestre utilise principalement la polarisation horizontale (H) et donc les [[Antenne radioélectrique|antennes]] sont horizontales. Dans certaines régions à spectre surchargé, comme les zones frontalières, par ex. l'[[Alsace]] en France, les nouveaux canaux émis sont souvent polarisés verticalement (ex. Arte, M6 et la TNT). Il faut donc là deux râteaux pour un même émetteur. Il n'existe pas d'antenne TV à bipolarisation en [[Ultra haute fréquence|UHF]] captant, et protégeant, à la fois les polarisations V et H. Pour recevoir deux polarisations différentes émises par un même émetteur, on utilise en complément un [[coupleur d'antennes]] UHF. Les antennes (donc leur plan) étant placées l'une verticalement et l'autre horizontalement.

En télévision par satellite c'est la [[tête universelle]], commandée par le [[terminal DVB-S]], ou le [[démodulateur]], qui sélectionne le plan des polarités émises par les antennes du satellite, principalement les rectilignes H ou V. Une mauvaise sélectivité (rotation de la tête dans la bride) conduit à des dysfonctionnements.

La polarisation circulaire (intuitif : tire-bouchon) est moins utilisée; on la retrouve toutefois chez les radio-amateurs, sur le GPS et dans la majorité des appareils de transmission de salon (transmetteur AV sans fil) fonctionnant dans la Bande {{unité|2.4|GHz}} ([[bande S]]).

=== Radars et télédétection ===
{{Article détaillé|radar|radar météorologique|Télédétection}}

[[Image:Radar-polarisation.svg|droite|upright=1.5|vignette|Illumination de la cible avec la double polarisation. À noter la forme de la goutte.]]
Les [[radar]]s utilisent la polarisation pour extraire des informations supplémentaires à la position (obtenue grâce à la [[réflectivité]]) et au déplacement (obtenu grâce à l'[[effet Doppler]]) des cibles sondées. En effet, les [[intensité lumineuse|intensités]] et [[déphasage]]s entre deux faisceaux polarisés orthogonalement revenant d'une même cible peuvent révéler sa forme ou son type.

* Si les cibles ont une forme aplatie comme dans l'image ci-contre, en sondant avec deux ondes dont l'une est de polarisation verticale (V) et l'autre horizontale (H), on obtient des intensités plus fortes revenant de celle ayant l'axe horizontal. Par contre si les retours orthogonaux sont égaux cela indique une cible ronde. Cela s'appelle la ''différence de [[réflectivité]]'' (<math>Z_{dr}</math>).
* Le faisceau radar sonde un volume plus ou moins grand selon les caractéristiques de l'antenne émettrice et sa forme d'onde. Ce qui revient est l'addition des ondes réfléchies par les cibles individuelles dans le volume. Comme les cibles peuvent changer de position dans le temps les unes par rapport aux autres, l'intensité des ondes V et H ne demeure constante que si les cibles ont toute la même forme. Le rapport d'intensité entre les canaux H et V revenant de sondages successifs s'appelle le ''coefficient de corrélation'' (<math>\rho_{hv}</math>) et donne donc une idée de l'homogénéité ou non des cibles dans le volume sondé.
* La [[Phase (onde)|phase]] de l'onde change lorsqu'elle traverse un milieu de densité différente. En comparant le taux de changement de phase de l'onde de retour avec la distance, la ''phase différentielle spécifique'' ou <math>K_{dp}</math>, on peut évaluer la quantité de matière traversée.
* On peut également comparer le déphasage entre les retours H et V (''différentiel de phase'' ou <math>\phi_{dp}</math>).

Un exemple d'utilisation est celui par les [[radar météorologique|radars météorologiques]]. Les volumes sondés contiennent une multitude de cibles telles [[pluie|gouttelettes]], [[neige|flocons]] ou [[grêle|grêlons]]. Elles peuvent être toutes du même type ou être un mélange de formes et de types. En utilisant les différentes informations des ondes polarisées, on obtient des informations supplémentaires qui peuvent donner directement le type d'[[hydrométéore]]s quand on les analyse en conjonction avec la réflectivité. Ceci aide même à éliminer les [[Artefact (erreur)|artéfacts]] indésirables comme les oiseaux ou les échos revenant des obstacles comme les montagnes.

D'autres types de radar utilisent la polarisation à différentes fins. Par exemple, le [[radar à synthèse d'ouverture]] est utilisé pour cartographier des régions par avion ou satellite et utilise la polarisation pour distinguer les types de sol, de végétation{{etc.}}

=== Observations astronomiques ===
{{article détaillé|polarisation (astronomie)}}
L’expérience PILOT a pour but la mesure de l’émission polarisée des poussières galactiques dans l’infrarouge lointain. Au cours de la prochaine décennie, la mesure très précise de la polarisation du fond cosmologique (CMB pour ''Cosmic Microwave Background'') sera l’un des enjeux majeurs pour la cosmologie et la physique fondamentale. L’objectif principal en sera la mesure des modes « B » du CMB, qui renseignera à la fois sur le bain d’ondes gravitationnelles primordiales généré pendant la période d’inflation de l’univers qui a eu lieu dans les tout premiers instants de l’expansion, et sur la structuration de la matière après le big-bang (effet de microlentille sur le fond).

Le Département Univers Froid du Centre d'Études Spatiales des Rayonnements s’engage résolument dans cette voie, et participe activement à plusieurs projets de préparation, en particulier l’expérience ballon PILOT<ref>[http://pilot.irap.omp.eu/PAGE_PILOT/index.html Site officiel du projet PILOT].</ref>.

=== Écran à cristaux liquides ===
{{Article détaillé|Écran à cristaux liquides}}
[[Image:LCD layers.svg|gauche|vignette|''Afficheur 3 chiffres de 7 segments''<br /> 1 : filtre polarisant vertical ;<br /> 2 : électrodes avant ;<br /> 3 : cristaux liquides ;<br /> 4 : électrode arrière ;<br /> 5 : filtre polarisant horizontal ;<br /> 6 : miroir ou rétro-éclairage.]]
Les écrans à cristaux liquides sont devenus courants depuis les [[années 1980]]. D'abord utilisés pour l'affichage [[monochromatique|monochrome]] sur les cadrans et montres, ils se retrouvent maintenant dans les téléviseurs, les caméras numériques et tout autre affichage grâce à leur faible encombrement, et, depuis quelques années, leur polychromie. L'écran utilise la polarisation de la lumière grâce à des filtres polarisants et à la [[biréfringence]] de certains cristaux liquides en [[État nématique|phase nématique]] dont on peut faire varier l'orientation en fonction du champ électrique.

L'écran LCD (''Liquid Crystal Display'') est constitué de deux polariseurs dont les directions de polarisation forment un angle de 90°, de chaque côté d'un sandwich formé de deux plaques de verre enserrant des [[cristaux liquides]]. Les deux faces internes des plaques de verre comportent une matrice d'électrodes transparentes, une (noir et blanc) ou trois (couleur) par [[pixel]]. L'épaisseur du dispositif et la nature des cristaux liquides sont choisis de manière à obtenir la rotation désirée du plan de polarisation en l'absence de tension électrique.

L'application d'une [[différence de potentiel]] plus ou moins élevée entre les deux électrodes d'un pixel entraîne un changement d'orientation des molécules, une variation du plan de polarisation et donc une variation de la transparence de l'ensemble du dispositif. Cette variation de transparence est exploitée soit par un rétro-éclairage, par [[réflexion optique|réflexion]] de la lumière incidente ou par projection.

[[Image:LCD Segments-Pixels.png|droite|vignette|upright=1.25|Affichage par segments et par pixels.]]
Les petits afficheurs LCD monochromes utilisent souvent des électrodes avant en forme de segments de caractère de façon à simplifier l'électronique (commande directe en tout ou rien) tout en obtenant une très bonne lisibilité (pas de balayage). Les affichages plus complexes, comme pour les [[téléviseur]]s, utilisent des électrodes par pixels accessibles par ligne ou colonne entières. Leur commande d'allumage ou d'extinction doit se faire par un balayage régulier des lignes ou colonnes de points.
{{Clr}}

== Voir aussi ==
{{autres projets
 | wikiversity = Polarisation de la lumière
 | wikiversity titre = Polarisation de la lumière
}}

=== Articles connexes ===
* [[Onde électromagnétique]]
* [[Filtre (optique)]]
* [[Contrôleur de polarisation]]

=== Liens externes ===
* [http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/cortial/bibliohtml/polarisation.html Polarisation des ondes électromagnétiques], [[université de Nantes]]
* [http://coursouverts.ujf-grenoble.fr/joomla/ Vidéos montrant et expliquant la polarisation par diffusion et le pouvoir rotatoire du sucre] {{vid}}
* [https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k5844476s/f359.image Polarisation de la lumière], ''Encyclopédie méthodique''

== Notes et références ==
{{Traduction/Référence|en|polarization|2014}}
<references />

{{Palette|Application radar}}
{{Portail|physique|optique}}

[[Catégorie:Polarisation|*]]