Etude et Contrôle de la Polarisation Optique

'**Projet Polarisation'**

## Problème original posé en Septembre 2015

Le but est de comprendre le phénomène de la polarisation de la lumière et de mesurer en réflexion et en transmission l’effet de certains matériaux, liquide ou objets (scotch, verre, plastique…) sur celle-ci.

## Présentation du projet

Il faudra proposer différentes expériences permettant de mesurer ainsi que contrôler l'état de polarisation. Une interprétation des résultats ainsi obtenue sera nécessaire.

## Principes Physiques

Lumière, nature, spectre ?
Indice optique
réfraction/réflexion
Axes optiques
Polarisation ?
Comment polariser (polariseur par transmission, par réflexion (Brewster) ?)

Par transmission: interposer un filtre qui convertit un faisceau présentant plusieurs directions de polarisation en un faisceau dont la polarisation est rectiligne.

Par réflexion: d'après Brewster pour un certain angle du rayon incident par rapport à la normale au dioptre, on observe que le rayon réfléchi n'est plus polarisé que perpendiculairement par rapport au plan d'incidence.

Est ce qu'un matériau change la polarisation de la lumière qui le traverse (toujours, parfois, dans quelles conditions ?)

Oui, voir l’expérience de la CPES 2014-2015 avec les empilements de scotch sur du plexiglas qui dévient la lumière polarisée.

Que regarde-t-on avec un microscope polarisé ?

Il est utilisé en pétrographie pour l'observation et l'identification des minéraux dans les roches. Le principe de fonctionnement repose sur l'utilisation d'un faisceau de lumière polarisée (par le polariseur). L'échantillon de roche à observer est préparé afin d'obtenir une lame mince, c'est-à-dire que la roche est coupée en un fin bloc collé sur une lame de verre, l'ensemble étant aminci par polissage jusqu'à une épaisseur de 30 micromètres environ.

Quel capteur ? Une webcam ?
Récupérer l'image sur un écran ? Interfaçage ?

Que peut faire un Raspberry - Pi ?

## Annexe 3 : LogBook

Déroulé chronologique : Suivi de l'avancement : rédaction
hebdomadaire (en fin de séance ou dans la semaine, bien avant la
séance suivante).

#### **Mardi17 mai 2016**

Pendant cette séance, nous avons récupéré le support en bois qui remplace le support en carton et peint ce dernier.

Nous avons également avancé sur les affiches. Serait-il possible que vous rameniez du fructose lors de votre prochain passage à L'EPA. Ainsi nous pourrions refaire l'expérience de l'hélice pour la vidéo et avoir assez de sucre pour l'expérience lors de la présentation à l'institut NEEL.

#### **Mardi 3 Mai 2016**

Lors de la séance nous avons effectué des recherches sur le principe de l'hélice ainsi que les différentes lois qui composent cette expérience à savoir la loi de Malus, Rayleight ainsi que l'angle de Brewster.

#### I/ scénario

Nous allons vous présenter trois expériences en rapport avec la polarisation, une expérience consistant à éclairer un bac d'eau avec de la lumière pour éblouir le contenu du bac. Un observateur muni de filtre polarisants effectuera une correction afin de voir nettement le fond de l'eau.

Ensuite nous allons faire une deuxième expérience qui consiste à remplir un bac d'eau avec du fructose. Le bac est éclairé avec une lumière polarisée et on doit observer une rotation de la polarisation à la sortie. ceci doit illustrer la loi de Mallus et le pouvoir rotatoire du fructose.

Ensuite une troisième expérience où une éprouvette graduée est remplie d'eau distillé avec une forte concentration en fructose et quelques millilitres de lait. Le tube est éclairé par une lumière polarisée et on observe une hélice de couleur ( expérience connue par vous)

#### II/Matériel NEEL

-1000mlg de fructose

-filtre polarisant

#### III/Matériel EPA

- lampe de bureau x2

-cuvette en verre à fond plat (environ20x20\*5)

-cuve en verre (L=20cm) transparente

-rapporteur de tableau

- 2GBF

-multiprise

-500 g de fructose

- potence

- bécher 500ml

LEDs et moteur,

-pince croco x4

- fils électriques

-éprouvette 500ml

-carton noir

-cuve à onde ?

**Mardi 26 Avril 2016**

Lors de cette séance nous avons mis en place l'expérience de l'hélice mais cette fois ci en utilisant le fructose ainsi qu'une LED blanche, ce qui a donné le résultat attendu d'un arc en ciel.

#### résumé des séances précédentes ( 29 mars)

La semaine dernière nous vous avons reçu pour les calibrages visant à la réalisation finale de l'exposition. Nous avons fais le tour des expériences que nous réaliserons. Cette séance du 29, nous avons réalisé l'expérience avec le fructose en lumière blanche et nous avons obtenu l'hélice multicolore que vous nous aviez dis de réaliser. Maintenant nous allons nous concentrer sur les affiches et le petit film.

#### Mardi 9 février 2016

En l’absence de fructose ou de maltose, nous ne pouvons pas réaliser l’expérience comme souhaité, nous allons donc nous consacrer à la peinte du carton qui isolera l’expérience de toute lumière parasite ainsi que comme vu lors de l'entretiens avec les chercheurs, à la mise en place de petites expériences afin d'expliquer le concept de polarisation.

#### Mardi 5 janvier 2016

Nous nous sommes penchés sur la réalisation d'un caisson qui permettrait d'atténuer un maximum de rayon lumineux parasites. En effet nous souhaitons observer la raie de notre expérience de la plus nette des façon.

dans un premier temps nous réalisons une sorte de coffret en carton pour nous donner une aperçue du résultat, ensuite nous pensons réaliser ceci en contre plaqué ou un autre matériau léger.Pour atténuer les lumières parasites, l'intérieur du coffre sera peint en noir.

#### Mardi 15 et 22 décembre

Notre groupe a réalisé des recherches sur les principes physiques sollicités par notre expérience.

#### Mardi 8 décembre

Aujourd'hui nous faisons des recherches sur les lois de rayleigh et de brewster pour comprendre les principes physiques vus dans notre expérience. Nous avons mené des recherches théoriques sur le sujet afin de permettre des applications et des calculs. Par exemple une éventuelle détermination d'angle pour la polarisation

#### Mardi 1 décembre

Nous avons réalisé la même expérience en remplaçant le saccharose par du fructose dans le but d'obtenir un meilleur rendu mais malheureusement nous nous sommes aperçus que la solution était trop foncée et que la lumière ne passait pas, nous avons pu observer un pas d'hélice sur seulement environ 5 cm, nous supposons que le fructose était de mauvauise qualité. De plus au lieu de 500g de fructose par L nous avons réalisé une solution de 250g/L car nous n'avions pas d'éprouvette graduée suffisamment volumineuse.

#### Mardi 24 novembre

Présentation de l'expérience et du travail réalisé depuis le début

#### Mardi 17 novembre

Nous avons réalisé notre moteur que nous avons fabriqué à partir d'un roulement à bille que nous avons fixé sur un support plastique, nous avons fixé un polariseur dessus pour éviter de faire tourner ce dernier à la main dans le but d'obtenir un meilleur rendu pour l'expérience, Nous nous attelons maintenant à réaliser un cadre noir pour mieux observer notre expérience. Nous utilisons aussi une diiode verte.

#### Mardi 10 novembre

Nous avons continué notre recherche sur le moteur, qui est une récupération de moteur d'imprimante. Nous essayons de trouver le mécanisme, le montage le plus adapté et le plus performant pour notre expérience.

nous faisons des croquis de notre mécanisme.

#### Mardi 8 novembre:

Nous réalisons aujourd'hui des recherches théoriques sur les propriétés et loi de Brewster et raileigh afin de comprendre les principes de polarisation que nous avons vu dans notre expérience. Nous cherchons à comprendre le principe physique à travers des déterminations d'angles par calculs.

#### Mardi 3 novembre

nous avons reçu votre mail et nous travaillons actuellement sur la réalisation d'un moteur et d'un système qui ferait tourner le polariseur au dessus de l'éprouvette.

#### Mardi 6 octobre

Nous avons refait l'expérience de la semaine dernière car nous n'avions obtenu aucun résultat.

Nous avons utilisé un bécher de 1L, une éprouvette graduée de 500ml, 250g de sucre et 3ml de lait, 2 polariseurs, un filtre coloré en verre rouge, une lampe de 24 volt, et un support, un carton noir pour éliminer les lumières parasites.

Nous rappelons que le le but de l'expérience était d'obtenir une hélice dans le fond de la solution grâce aux polariseurs.

protocole: nous avons pris une masse de 250 g de sucre.

Dans le bécher, nous avons mélangé 500 ml d'eau et 250g de sucre (soit environ 520g/L, la concentration maximale pour une dissolution complète) à l'aide d'une cuve à onde dans le but d'homogénéiser la solution. Nous avons ensuite transvasé la solution dans l'éprouvette graduée puis nous avons réalisé l'expérience en rajoutant progressivement ( ml part ml ) le lait jusqu'à un résultat optimal pour 3ml de lait. Nous avons donc obtenu l'helice attendue, de plus on remarque que sur les bords de l’éprouvette on peut observer une hélice plus sombre. la teinte est due à la polarisation de la lumière. l'hélice et son angle sont le résultat combiné de la concentration en sucre et de la lumière rouge.

sans sucre on observe seulement une bande noire et non une hélice. Sans lait la solution ne reflète pas la lumière, on observe une éprouvette transparente. sans filtre rouge, le phénomène n'est pas visible à l'oeil nu. Si la la lumière n'est pas polarisée ( sans filtre polarisant), le résultat n'est pas probant du fait des rayons parasites.

### Mardi 29 septembre 2015

Nous réalisons l'expérience du tube éclairé dans le but d'obtenir une potentielle réponse à la question posée la semaine dernière. Nous allons ensuite voir et chercher à quoi pourrait nous servir le raspberry ti.

dans l'expérience que nous avons réalisé, on projette une lumière ( la plus puissante possible pour obtenir un résultant probant) sur un filtre rouge. ( Dans notre cas, un filtre rouge et un filtre polarisé.) La lumière polarisée est ensuite projetée sur la solution d'eau de sucre et de lait. on cherche à observer la déviation de la lumière par le sucre ( molécule dextrogyre) grâce aux propriétés rotatoires du lait sur la lumière polarisée. La lumière issue de l'éprouvette est polarisée perpendiculairement par rapport à la source et peut être éteinte ( faire le noir) par un deuxième polariseur.

### Mardi 22 Septembre 2015

#### Bilan de la séance

Nous avons cherché différentes expériences en lien avec la polarisation. nous avons trouvé une première expérience qui consiste à remplir un tube de préférence en verre d'eau sucré et de lait. Ce tube est éclairé en son haut par une lampe . le haut du tube est recouvert par un polarisateur amovible au dessus duquel on dispose un filtre de couleur. Nous pensons que l'utilisation du filtre de couleur couplé à la rotation du polarisateur facilitera la potentielle visualisation d'un changement de trajectoire de la lumière. Nous allons vous envoyer le protocole avec un schéma de l'expérience.

Dans un second temps, ayant pris connaissance de la possible utilisation d'un raspberry Pi, nous avons cherché à comprendre à quoi cela pourrait-il servir. Nous avons découvert que nous pouvions faire une caméra qui permet d'observer en lumière polarisée.

#### Préparation de la suivante suivante

Réalisation de la manipulation + Nous avons approfondi nos connaissances sur la polarisation.ions +recherche sur le rapsberry Pi.

### Mardi 15 Septembre 2015

#### Bilan de la séance

Nous avons cherché des informations sur la polarisation pour définir ce que c'était

#### Objectifs de la séance suivanteQestions/demandes posées aux encadrants

matériel, idée, choix, informations, protocole de
mesures, réalisation … ).

### Mardi 8 Septembre 2015

Présentation du cadre général du partenariat puis des huit projets.
Présentation de quelques matériels.