1849, Sheffield, Yorkshire. Confortablement installé dans le train de Londres, le tout jeune géologue Henry Clifton Sorby songe à son sujet de prédilection : de quoi sont faites les roches ?

Certaines, comme le granit, sont constituées de gros grains de cristaux collés les uns aux autres. Sorby s'imagine donc que toutes les roches sont granuleuses mais que les cristaux sont le plus souvent trop petits pour être visibles à l'œil nu. Il est malheureusement coincé : pour vérifier son hypothèse, il faudrait observer au microscope le passage de la lumière... à travers la roche. Ridicule !

Henry Clifton Sorby, 1852, photographie, photo : DR

Ridicule ? "Pas tant que ça", prétend l'homme qui vient de s'asseoir en face de lui. Il se présente comme un lapidaire, un tailleur de pierres précieuses, et il a une idée pour Sorby : tailler des tranches de roche si fines qu'on verrait au travers !

Quelques jours plus tard, Sorby glisse une lamelle de roche translucide dans son microscope… et des milliers de cristaux colorés apparaissent dans l’oculaire ! Mais d'où viennent ces couleurs éclatantes ?

Olivine en lame mince sous la lumière polarisée d'un microscope, photo : r/geology
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Ce ne sont pas les vraies couleurs des minéraux, mais plutôt le résultat de leur interaction avec la lumière blanche polarisée du microscope. Parmi toutes les ondes qui la composent (rouge, verte, bleue, etc.), nous suivrons le trajet d’une onde "rouge".

L'onde rouge commence par traverser les cristaux de l'échantillon de roche, or ceux-ci ont un pouvoir : ils séparent les ondes qui les traversent en deux ondes filles.

Illustration Artips Sciences
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Ces ondes filles sont rouges aussi, mais légèrement en retard l'une sur l'autre. Si le retard est limité, les ondes filles se renforcent mutuellement et le rouge brille intensément. Mais si elles sont trop décalées, elles s'annihilent et le rouge disparaît !

Interférences constructives (à gauche) et destructives (à droite) entre deux ondes, illustration Artips Sciences
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Chaque cristal a sa propre manière d'interagir avec les ondes qui composent la lumière. Par exemple, certains enlèvent le rouge de la lumière blanche. Nos yeux voient donc du bleu et du vert et ces cristaux apparaissent cyan.

Cristal en lame mince sous la lumière polarisée d'un microscope, 2010, photo : Alexprague
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Sorby jubile : non seulement le résultat est magnifique, mais il permet d'identifier facilement les composants minéraux d’une roche. Révolutionner la minéralogie avec style, on ne peut rêver mieux comme début de carrière !

Granite en lame mince sous la lumière polarisée d'un microscope, 2008, photo : Gunnar Ries Amphibol
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Pour en savoir plus :

De magnifiques photographies de cristaux en polarisation

Plus de détails sur le microscope polarisant

Sur des sections de roches en microscopie polarisée (vidéo)

Regarder des cristaux liquides passant à l'état solide/cristallin à l'aide d'un microscope à lumière polarisée (vidéo)