Notion

Polarisation rectiligne de la lumière et loi de Malus

Le champ électrique \(\vec{E}\) d'une onde électromagnétique plane progressive monochromatique oscille perpendiculairement à la direction de propagation. La lumière est dite polarisée rectilignement lorsque la direction de \(\vec{E}\) reste fixe dans le plan d'onde au cours du temps. Un polariseur est un dispositif qui ne transmet que la composante du champ électrique parallèle à son axe de transmission.

Soit une lumière déjà polarisée rectilignement, d'intensité \(I_0\), qui traverse un second polariseur (appelé analyseur) dont l'axe fait un angle \(\theta\) avec la direction de polarisation incidente. L'intensité transmise \(I\) suit la loi de Malus :

\[ I = I_0 \cos^2\theta \]

Trois cas remarquables : \(\theta = 0\) donne \(I = I_0\) (transmission totale) ; \(\theta = \pi/4\) donne \(I = I_0/2\) ; \(\theta = \pi/2\) donne \(I = 0\) (polariseurs dits croisés).

Piège classique : la loi de Malus s'applique entre deux polariseurs successifs, à partir d'une lumière déjà polarisée. Si la lumière incidente sur le premier polariseur est naturelle (non polarisée), ce premier polariseur divise son intensité par \(2\), quelle que soit son orientation — ce n'est pas une application de la loi de Malus, mais une moyenne statistique sur toutes les directions équiprobables de \(\vec{E}\). La chaîne complète lumière naturelle \(\to\) polariseur \(\to\) analyseur donne alors \( I_{\text{finale}} = \dfrac{I_0}{2}\cos^2\theta \).

En chimie, cette même notion de polarisation rectiligne sous-tend le pouvoir rotatoire et la loi de Biot en stéréochimie (mesure de l'angle dont un milieu chiral fait tourner le plan de polarisation).