La houppe de Haidinger

Vous avez déjà certainement entendu parler de ces animaux qui voient moins bien les couleurs que nous. Nos amis les chiens ne voient pas le rouge et l’orange; quant aux dauphins, ils sont carrément monochromes ! Mais d’autres animaux perçoivent au contraire plus de couleurs que nous. Certains insectes sont même capables de détecter la polarisation de la lumière !

Vous ne savez pas exactement ce qu’est la polarisation de la lumière ? C’est bien normal, puisque nous autres humains, nous sommes incapables de la voir ! Quoique…

A la fin de ce billet, vous vous apercevrez peut-être que vous possédez cette super-capacité inutile : voir la lumière polarisée. Tout ça grâce à la houppe de Haidinger.

La polarisation de la lumière

Pour tous ceux qui ne sont pas physiciens ou photographes, rappelons ce qu’est la polarisation. La lumière est une onde électromagnétique, et là où elle passe, le champ électrique oscille dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation. Si la direction de l’oscillation du champ est bien déterminée, on dit que l’onde est polarisée linéairement.

En général, pour de la lumière normale (comme celle émise par une lampe), il n’y a pas de direction privilégiée pour l’oscillation du champ. On dit que la lumière normale est non-polarisée. Mais dans certaines circonstances, comme après une réflexion sur une surface, la lumière peut devenir en partie polarisée.

C’est par exemple le cas des reflets du soleil à la surface de la mer. Vous ne vous étiez jamais rendus compte qu’ils étaient polarisés ? Encore une fois, c’est normal : nous les humains ne voyons pas la polarisation (contrairement aux abeilles par exemple).

Toutefois, même si on ne la voit pas, on peut s’en servir grâce à des filtres. Puisque la lumière réfléchie par la mer est polarisée (horizontalement), il suffit d’utiliser un filtre ne laissant passer que la composante polarisée verticalement de la lumière pour bloquer spécifiquement ces reflets de la mer. C’est le principe des lunettes de soleil dites « polarisantes », et aussi des filtres du même nom, parfois utilisés par les photographes pour se débarrasser de reflets parasites.

(Détail en passant : je crois que les lunettes polarisantes ne marchent pas avec la neige car la réflexion diffuse sur la neige ne polarise pas la lumière).

Si je vous raconte tout ça, c’est parce que je vais maintenant vous révéler comment il est possible de voir à l’oeil nu la polarisation de la lumière. L’idée n’est pas de moi, il s’agit d’une découverte d’un minéralogiste autrichien du XIXème siècle prénommé Haidinger.

Ce dernier avait en effet remarqué que quand il fixait une source de lumière polarisée, il observait au centre de son oeil une étonnante figure géométrique ressemblant à un sablier jaune entrelacé avec un sablier bleuté, comme le représente l’image ci-contre.

Cette figure, appelée depuis Houppe de Haidinger, est une infime trace que laisse dans votre oeil la lumière polarisée. Mais vous ne vous êtes probablement jamais rendus compte de son existence !

A vous de jouer !

Pour voir la houppe de Haidinger, le mieux est de regarder une surface lumineuse blanche à travers un filtre polarisant (par exemple des verres de lunettes polarisantes). Avec un peu de concentration, l’effet devrait apparaître au centre de votre champ de vision, et faire environ 3 à 5 degrés de taille angulaire. Il est plus facile de le repérer si on fait légèrement tourner le polariseur, car la figure se mettra à tourner elle aussi. En principe les lobes jaunes sont alignés perpendiculairement à la direction de la polarisation.

Contrairement à ce qu’on pourrait penser, cet effet n’est pas exactement une illusion d’optique. On appelle cela un effet entoptique, la différence avec une illusion étant qu’il est entièrement créé par notre oeil. A ce titre, il est impossible de photographier la houppe de Haidinger. D’ailleurs il se peut fort bien que des personnes différentes la perçoivent légèrement différemment, notamment dans l’intensité des couleurs.

Une manière accessible mais pas toujours simple, c’est aussi de fixer une zone blanche sur un écran LCD, comme celui avec lequel vous lisez peut-être ces lignes. Les écrans LCD fonctionnent en effet en polarisant la lumière, et on peut parfois distinguer la houppe orientée à 45 degrés. Fixez donc un point blanc de cette page et faites des rotations avec votre tête !

La perception de la polarisation

Vous vous demandez peut-être quelle est l’origine de ce phénomène, et d’ailleurs pourquoi certains animaux verraient la polarisation mais pas nous. Une manière d’être sensible à la polarisation de la lumière, c’est de disposer de capteurs qui soient des molécules allongées (comme la rhodopsine), et dont la sensibilité à la lumière dépende de l’alignement entre le champ électrique et l’orientation de la molécule.

C’est comme cela que font par exemple les abeilles, et en théorie ça pourrait marcher aussi avec nous…mais pour ça il faut s’assurer que tous les capteurs soient bien orientés dans le même sens. Ça n’est pas le cas des nôtres dont l’orientation est aléatoire, ce qui nous prive de la sensibilité à la polarisation. C’est peut-être une bonne chose d’ailleurs. Imaginez que la couleur des feuilles des arbres dépende de leur position, de leur orientation par rapport à vous et de la direction des rayons du soleil. Ce serait probablement assez psychédélique, mais pas très pratique pour se promener.

Apparemment la raison de l’existence de la houppe de Haidinger fait encore débat [1]. L’origine semble en être dans une molécule de pigment située dans la macula, la zone la plus sensible de la rétine. Cette molécule possèderait une très légère sensibilité à la polarisation et causerait l’apparence de la houppe de Haidinger.

En attendant, amusez-vous et faites-moi part de vos résultats !

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Références

Crédits

La houppe de Haidinger, Wikimedia Commons, Original artwork copyright ©2006 by Daniel P. B. Smith and released under the GFDL.

Polarisation : Science étonnante