Réglage d'un filtre polarisant

[Lyr]

J'ai effectivement constaté le fait que l'orientation d'une surface joue, par exemple comme tu le cites, carrosserie et autre morceaux de vitres.
Mais dans ces observations, il ne s'agissait pas de la lumière du soleil directe, mais de reflets des alentours, donc en théorie une lumière "quelconque", non polarisée. Dans ce cas, la polarisation ou non de la lumière réfléchie dépend bien de l'angle de réflexion.

[seba]

Ben dans tous les cas.
Après réflexion sur une surface non métallique, lumière incidente polarisée ou pas, la direction de polarisation est liée à l'orientation de la surface.
La surface réfléchissante agit comme un filtre polarisant et si de la lumière déjà polarisée est réfléchie sur une telle surface, la proportion réfléchie dépendra des orientations relatives de la surface réfléchissante et de la direction de polarisation de la lumière polarisée incidente.
C'est le principe même des polariseurs tels qu'on les faisait avant la découverte filtres polarisants.
Il y a aussi un truc : la lumière du ciel bleu n'est pas polarisée, elle est partiellement polarisée et ça dépend de son emplacement par rapport au soleil.
Dans certaines régions du ciel bleu, la lumière n'est pratiquement pas polarisée.
Et là où la polarisation est maximum, on est loin des 100%.

[seba]

Voilà un exemple où le ciel bleu se reflète dans deux surfaces vitrées d'orientation différente.
L'orientation du filtre polarisant pour bloquer la lumière polarisée n'est pas la même pour les deux surfaces.
C'est soit l'une, soit l"autre.

[Lyr]

Tout à fait d'accord, mais tu parles de lumière réfléchie en provenance du ciel.

La lumière dont je parle est la lumière du soleil elle-même.

[seba]

Pfff...je remets le titre de l'article que tu as mis en lien.
Il parle de la lumière diffusée par le ciel et tu traduis par lumière du soleil elle-même.

As-tu remarqué qu'un filtre polarisant, dans aucune orientation, ne bloque la lumière du soleil ?
Pourquoi ? Parce que la lumière du soleil n'est pas polarisée.

[seba]

Parce que même sans nuages, tu as de la matière (air, vapeur d'eau, azote, tout ça) donc oui, c'est la diffusion qui donne la polarisation, mais si tu ajoutes un second diffuseur plus brut (comme une couverture nuageuse) tu perds en polarisation.
Fait l'essai sous ciel bleu et sous ciel couvert de faire disparaître ces reflets sur les feuilles, et tu verras la différence.
(les essais postés ont été faits par ciel bleu)

Et un jour, c'est la diffusion qui donne la polarisation, un autre jour c'est la lumière du soleil elle-même qui est polarisée.
Faudrait savoir...

[Lyr]

Et un jour, c'est la diffusion qui donne la polarisation, un autre jour c'est la lumière du soleil elle-même qui est polarisée.
Faudrait savoir...

La lumière du soleil, via son passage par l'atmosphère (milieu diffusif biréfringeant).
Mais moins diffusif qu'un nuage.

[seba]

Dans ce cas je ne vois pas ce que tu as à redire à cet exemple.
C'est bien de la lumière solaire diffusée par le ciel qui se reflète sur les vitres.

[seba]

Ben si, la lumière du soleil est principalement polarisée:

Voilà qui revient comme un leitmotiv.
Il y en a qui on lu ou entendu que la lumière du soleil après diffusion dans l'atmosphère est partiellement polarisée et que le degré de polarisation dépend notamment de la distance angulaire par rapport au soleil.
Et qui ont juste retenu que la lumière du soleil est polarisée.
Je joins deux photos au fisheye + filtre polarisant (beaucoup de nuages mais je referais des photos sans nuages), filtre orienté dans deux positions à 90° l'une de l'autre.
Ce qu'on voit :
- le degré de polarisation est assez faible
- il n'est pas le même partout
- l'orientation de la la polarisation n'est pas la même partout

Comment, à partir de là, prétendre que l'efficacité du filtre polarisant sur les feuillages est dû à la polarisation de la lumière incidente ? C'est à l'évidence totalement faux.

[seba]

Si on examine le feuillage d'assez près, éclairé par le soleil, le soleil étant plutôt en face, on constate :
- que certaines feuilles envoient des reflets
- que sur ces feuilles, c'est une partie de la surface qui envoie des reflets
- que ces reflets sont beaucoup plus brillants que le reste du sujet (c'est en réalité une réflexion directe du soleil sur les feuilles) et auront donc un grand impact sur l'image
- qu'après avoir orienté le filtre dans le bon sens tous les reflets disparaissent

[seba]

Une feuille vue de près, avant et après action du filtre.
Une feuille n'est pas un surface plane comme une vitre, certains éléments bien orientés de sa surface envoient des reflets et d'autres pas.

[seba]

La même feuille orientée différemment par rapport au soleil, elle envoie tout aussi bien des reflets, toujours du soleil, mais par d'autres éléments différemment orientés de sa surface.
L'action du filtre polarisant est tout aussi efficace.

[seba]

Ici ce sont les images de la feuille ci-dessus sous les deux orientations précédentes, l'image du dessous ayant subi une rotation pour faciliter la comparaison.
On voit que la feuille reflète la lumière solaire tout aussi bien dans les deux orientations, seulement ce ne sont pas du tout les mêmes éléments de sa surface qui envoient les reflets.
Une feuille n'est pas une vitre plane, elle comporte de nombreuses surfaces réfléchissantes différemment orientées, et la feuille peut être orientée un peu n'importe comment par rapport au soleil, il se trouvera toujours des éléments de sa surface qui refléteront la lumière solaire directe vers l'objectif.

[seba]

Et là que voit-on : toujours des reflets dûs à la lumière directe du soleil, mais cette fois le soleil est dans le dos.
Les reflets sont beaucoup moins intenses, c'est normal la réflexion est pratiquement perpendiculaire à la surface, avec un coefficient de réflexion bien moindre que sous l'éclairage plus rasant des images précédentes.
L'efficacité du filtre polarisant est nulle (les deux photos prises avec deux orientations différentes du filtre) car les reflets ne sont pas polarisés du tout, l'angle de réflexion étant très loin de l'angle de Brewster (alors que sur les photos précédentes on en était proche).

[seba]

Une feuille éclairée par la lumière du ciel bleu (censée - faussement - être presque entièrement polarisée).
Les reflets sont à dominante nettement bleutée par rapport aux reflets de la lumière solaire directe, et beaucoup moins intenses (normal, le ciel est moins lumineux que le soleil).
Comme la source de lumière est étendue, la lumière est reflétée sous des incidences très diverses et la proportion du lumière polarisée est assez faible, comme on le voit sur la deuxième photo où le filtre polarisant est orienté au mieux.
Son efficacité est assez faible.

[Lyr]

Si on examine le feuillage d'assez près, éclairé par le soleil, le soleil étant plutôt en face, on constate :
- que certaines feuilles envoient des reflets
- que sur ces feuilles, c'est une partie de la surface qui envoie des reflets
- que ces reflets sont beaucoup plus brillants que le reste du sujet (c'est en réalité une réflexion directe du soleil sur les feuilles) et auront donc un grand impact sur l'image
- qu'après avoir orienté le filtre dans le bon sens tous les reflets disparaissent

Voilà mon exemple: des surfaces avec une orientation quelconque qui réfléchissent la lumière directe du soleil, avec possibilité de couper entièrement la lumière du soleil. Si c'était uniquement de la polarisation par réflexion, l'effet du polarisant ne serait pas le même sur toutes les feuilles, or là on voit bien qu'elles perdent toutes leurs reflets parasites.

D'un autre côté, j'ai retrouvé le titre de la conférence (et son abstract), cela va permettre de savoir vers qui se tourner pour avoir des éclaircissements:

2007 International Solvay Chair in Physics
Michael Berry
(Physics Department, Bristol University)
Lectures
Monday 15 October
4:00 pm to 6:00 pm
Solvay room
Lecture 1: "Polarization fingerprints in the clear blue sky"
Abstract : "Daylight is polarized, the strength being greatest at points in the sky at right angles to the sun, and zero at four points: above and below the sunand anti-sun. The zero-polarization points are 'fingerprint' singularities, around which the polarization direction makes a half-turn. Using elementary singularity theory, the polarization pattern across the whole sky can be
described in a way that fits recent observations with an accuracy comparable to that of conventional elaborate multiple-scattering calculations. This recent work is a contribution to a story that started in 1817 and has been central to our understanding of polarized light."

[seba]

Si c'était uniquement de la polarisation par réflexion, l'effet du polarisant ne serait pas le même sur toutes les feuilles, or là on voit bien qu'elles perdent toutes leurs reflets parasites.

Non mais n'importe quoi.
Puisque c'est la lumière directe du soleil et que celle-ci n'est pas polarisée (mais tu vas dire, après avoir dit que c'est la lumière solaire diffusée par le ciel, que c'est la lumière solaire directe qui est polarisée), c'est forcément la réflexion qui la polarise.
L'effet est le même sur toutes les feuilles car sur toutes les feuilles il y a sur leur surface des éléments de surface qui sont correctement orientés.
L'orientation des feuilles est quelconque mais les éléments qui envoient de la lumière n'ont pas une orientation quelconque.
On le voit parfaitement ici, c'est la même feuille sous deux orientations différentes : à chaque fois elle envoie des reflets mais par les mêmes éléments de sa surface.

[seba]

D'un autre côté, j'ai retrouvé le titre de la conférence (et son abstract), cela va permettre de savoir vers qui se tourner pour avoir des éclaircissements:

Suffit de lire le début de l'exposé.

Daylight is polarized, the strength being greatest at points in the sky at right angles to the sun, and zero at four points: above and below the sunand anti-sun.

La lumière du jour est polarisée, le degré de polarisation étant le plus fort à angle droit du soleil, et de zéro en quatre points :...

Mais pour toi, la lumière du jour sera toujours polarisée à 100% partout dans le ciel sinon les reflets sur les feuilles ne seraient jamais bloquées par le filtre polarisant.

[seba]

D'ailleurs en éclairant les feuilles avec un luminaire domestique (lumière non polarisée, à moins que la lumière d'une ampoule tungstène soit polarisée aussi...) à la place du soleil, tous les reflets sur les feuilles disparaissent tout aussi bien.
Je montrerai quelques images plus tard.

[seba]

Et ici : la feuille n'est éclairée que par la lumière du ciel bleu.
Celle que tu t'imagines être polarisée à 100%.
Comme en réalité elle n'est que peu polarisée et que la source est étendue, la feuille reflète la lumière sous des incidences variées et sous des orientations diverses, ce qui fait que le filtre polarisant a peu d'effet.
Là où tu penses qu'il est le plus efficace, c'est là qu'il est le moins efficace.

[seba]

Quelques images supplémentaires.
Réflexion sur une feuille très agrandie, avant et après action du filtre polarisant.
La surface n'est pas lisse mais plutôt irrégulière, de nombreuses "facettes" de la surface enverront des reflets vers l'objectif même sous des orientations très diverses de la feuille.

[seba]

Feuilles éclairées par une lampe de bureau.
Malgré diverses orientations, il y a des reflets sur la plupart des feuilles, pour la raison ci-dessus.
La lumière de la lampe de bureau n'est pas polarisée, après réflexion sur les feuilles elle l'est et l'action du filtre polarisant est efficace.

[seba]

Action du filtre polarisant sur les feuilles et des vitrages différemment orientés.
On voit que selon l'orientation du vitrage, l'action du filtre est ou n'est pas concordante avec celle qu'on voit sur les feuilles.
L'orientation des micro-facettes des feuilles qui envoient des reflets est à peu près la même bien que l'orientation des feuilles elles-mêmes soit variée (en fait c'est la réflexion de la lumière solaire directe en majorité) alors que les vitrages, dont la surface n'est pas irrégulière du tout, envoient un reflet spéculaire sous une incidence très différente selon leur orientation.
Désolé il ne fait pas grand beau, je referai des images par grand beau temps.

[seba]

Un petit lien sur la polarisation de la lumière renvoyée par les corps solides.
C'est assez vieux mais c'est tout ce que j'ai trouvé.

http://adsabs.harvard.edu/full/1956AnAp...19...83D

C'est simple pour une vitre lisse, autrement c'est très complexe.

[fk studio]

Bonjour,

Merci Seba pour cet exposé détaillé et parfaitement imagé.
Je me rend compte que j'utilise mal mon pola.
En même temps je l'ai depuis peu et j'ai "gâché" quelques photos de mon dernier voyage car je le laissais quasi en permanence et que je ne prenais pas toujours le temps de le régler convenablement.
Tout ça pour dire à ceux qui n'ont pas l'habitude d'utiliser un pola d'être de faire très attention à son réglage et surtout de ne pas trop en abuser...