Pléochroïsme

Le polychroïsme (ou pléochroïsme) est la propriété d'un cristal ou d'un minéral translucide anisotrope, éclairé en lumière polarisée, de se colorer diversement selon l'angle sous lequel on l'observe par transparence.

Loi d'absorption

Lorsqu'un faisceau parallèle de lumière d'intensité I_o traverse un matériau d'épaisseur constante x, l'intensité I à la sortie est donnée par

I = I_o exp(–μx),

où μ est le coefficient d'absorption qui caractérise l'affaiblissement du rayonnement. Pour un corps optiquement isotrope, le coefficient μ varie avec la longueur d'onde du rayonnement incident.

Certains corps sont pratiquement opaques (μ ≫ 1), c'est-à-dire la lumière visible qu'ils transmettent possède une intensité imperceptible même pour les échantillons les plus minces. Si l'absorption varie avec la longueur d'onde au point que le matériau devient opaque pour une région étroite du spectre visible, le matériau apparaît par transparence coloré de la lumière complémentaire de celle qui a été absorbée. Il convient de remarquer qu'en soi, ce phénomène d'absorption sélective avec coloration dans la couleur complémentaire ne constitue pas encore le phénomène de polychroïsme ; tout au plus pourrait-on parler de « monochroïsme » ou simplement de « chroïsme ». Pour que le phénomène polychroïque ait lieu, il faut que l'échantillon de matériau soit optiquement anisotrope et que la lumière utilisée dans l'expérience soit polarisée.

Polychroïsme, dichroïsme, trichroïsme

Dans un cristal optiquement anisotrope, le coefficient d'absorption varie généralement aussi avec la direction du rayon lumineux transmis. S'il en est ainsi, le cristal éclairé en lumière polarisée apparaît diversement coloré ou, tout au moins, diversement lumineux suivant la direction du rayon lumineux incident. On dit alors que le cristal est polychroïque ou pléochroïque.

Si l'on examine une lame cristalline à faces parallèles au moyen d'un faisceau de lumière polarisée perpendiculaire aux faces, cette lame présentera deux colorations différentes suivant les axes de l'ellipse de section dans l'ellipsoïde des indices de réfraction. On dit alors que la lame est dichroïque.

Le polychroïsme est un phénomène aussi général que la biréfringence, mais comme celle-ci il ne peut se manifester que dans les matériaux anisotropes, possédant deux (matériaux uniaxes) ou trois (matériaux biaxes) indices de réfraction différents. Ces indices de réfraction dépendent de la symétrie cristalline du matériau. Ainsi, lorsqu'un matériau anisotrope placé sous un microscope est illuminé par une lumière polarisée non analysée, il absorbe certaines longueurs d'onde de manière sélective, en fonction de son orientation par rapport à la polarisation de la lumière : la couleur du matériau change lorsqu'on le fait tourner. En étudiant les propriétés de l'ellipsoïde des indices en rapport avec les symétries des différents systèmes cristallins, on se rend compte que les cristaux tricliniques, monocliniques et orthorhombiques sont généralement trichroïques, les cristaux à axes de symétrie multiples (cristaux trigonaux, quadratiques, hexagonaux) sont dichroïques, mais les cristaux cubiques, qui sont optiquement isotropes, ne présentent pas de polychroïsme.

Le pléochroïsme est un phénomène très utilisé pour identifier certains minéraux.

Pléochroïsme de mineraux

Cordiérite Mg₂[Al₄Mg₂Si₅O₁₈] orthorhombique, fortement dichroïque

Bleu

• Aigue-marine (moyen) : incolore-bleu clair/bleu pâle-bleu foncé
• Alexandrite (fort) : rouge-pourpre/orange/vert foncé
• Apatite (fort) : bleu-jaune/bleu-incolore
• Bénitoïte (fort) : incolore/bleu foncé
• Cordiérite = dichroïte (très fort) Mg₂[Al₄Mg₂Si₅O₁₈] orthorhombique : bleu brunâtre/jaunâtre/brun verdâtre/gris-bleu/bleu à violet
• Iolite (fort) : incolore/jaune/bleu/bleu foncé-violet
• Saphir (fort) : violet-bleu foncé/vert-bleu pâle
• Topaze (très faible) : incolore/bleu pâle/rose
• Tourmaline (fort) : bleu foncé/bleu pâle
• Zoïsite (fort) : bleu/rouge violet/vert jaune
• Zircon (fort) : bleu/incolore/gris

Vert

• Alexandrite (fort) : rouge foncé/orange/vert
• Andalousite (fort) : brun vert/rouge foncé
• Émeraude (fort) : vert/bleu vert
• Péridot (faible) : jaune vert/vert/incolore
• Saphir (fort) : vert/jaune vert
• Sphène (moyen) : brun vert/bleu vert
• Tourmaline (fort) : bleu vert/brun vert/jaune vert
• Zircon (faible) : brun vert/vert

Jaune

• Citrine (très faible) : jaune pâle/ jaune très pâle
• Chrysobéryl (très faible) : rouge-jaune/jaune-vert/vert
• Danburite (faible) : jaune très pâle/jaune pâle
• Orthose (faible) : jaune pâle/jaune très pâle
• Phénacite (moyen) : incolore/jaune orange
• Saphir (faible) : jaune/ jaune pâle
• Spodumène (moyen) : jaune pâle/jaune très pâle
• Topaze (moyen) : jaune brun/jaune/jaune orange
• Tourmaline (moyen) : jaune pâle/jaune foncé
• Zircon (faible) : jaune brun/jaune

Rouge et rose

• Alexandrite (fort) : rouge foncé/orange/vert
• Andalousite (fort) : rouge foncé/rouge brun
• Morganite (moyen) : rouge pâle/rouge violet
• Rubis (fort) : rouge violet/orange rouge
• Tourmaline (fort) : rouge foncé/rouge pâle
• Zircon (moyen) : rouge pourpre/rouge brun

Pourpre et Violet

• Améthyste (très faible) : pourpre / rouge pourpre
• Andalousite (fort) : vert brun/rouge foncé/pourpre
• Béryl (moyen) : violet/incolore
• Corindon (fort) : violet / orange
• Spodumène (Kunzite) (fort) : violet/pourpre/incolore/rose
• Tourmaline (fort) : pourpre-pâle / pourpre

Brun et Orange

• Quartz (faible) : brun/brun rougeâtre
• Saphir (fort) : jaune brun/orange
• Topaze (moyen) : brun-jaune/brun-jaune terne
• Tourmaline (très faible) : brun foncé/brun pâle
• Zircon (très faible) : brun-rouge/brun-jaune

Voir aussi ...

Liens internes

• Cristal
• Structure cristalline
• Cristallographie
• Minéralogie
• Gemmologie
• Pétrographie
• Microscopie en lumière polarisée

Liens externes

• Simulation de l'activité optique sur le site de Gilbert Gastebois