OPALE ET HOLOGRAMME

Pascal Gauchet et Francesco Mazzero

"On dirait un hologramme."

Cette remarque est fréquente à propos d'une opale aux couleurs iridescentes très vives. Surtout quand cette opale montre toute la gamme des couleurs du spectre lumineux visible, autrement dit les couleurs de l'arc-en-ciel. Image 1.

1. Les couleurs du spectre de la lumière blanche sont présentes dans cette opale.

En réalité c'est une impression d'arc-en-ciel. Elle est due au fait que certaines opales diffractent des longueurs d'onde différentes. La structure des opales précieuses est un arrangement très régulier de micro sphères de silice formant des plans parfaitement empilés, une structure périodique. C'est exactement la conformation des plans d'argent d'un hologramme dit de réflexion enregistré dans une émulsion photographique (il convient de les éclairer par l'avant pour en observer l'image). Ces "structures périodiques de Bragg" agissent comme des filtres, ainsi on peut voir des hologrammes d'une seule couleur. L'opale montrant un seul et pur rouge est dans ce cas. Elle sélectionne une plage de longueur d'onde très étroite par toute sa surface. Image 2.

2. Cette opale diffracte une seule couleur.

Les hologrammes dits de transmission doivent s'éclairer par l'arrière directement ou par la réflexion d'un miroir apposé à l'arrière (hologrammes sécuritaires des cartes de crédit par exemple). Leur principe est différent : ils dispersent la lumière et l'on peut observer dans ce cas les couleurs de l'arc-en-ciel lorsque la source d'éclairage est le soleil ou une lampe émettant une lumière blanche.

Une opale précieuse multicolore est un assemblage complexe de différent domaines chacun diffractant une couleur "pure". On observe de ce fait la présence de couleurs différentes, un jeu bien fascinant, mais ce n'est pas l'arc-en-ciel. Image 3. Rappelons que l'opale commune ne possède pas cet arrangement de billes siliceuses, les billes sont irrégulières et ne se rangent pas périodiquement, ou bien même la silice est amorphe. Dans ce cas il n'y a pas d'iridescence mais simplement de l'opalescence. Image 4.

3. Modèle pour une opale "boulder" (ce n'est qu'un modèle)

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Les opales d'Ethiopie ont apporté une preuve macroscopique de cette théorie de la diffraction. Elles recèlent des propriétés optiques étonnantes. L'explication est que les domaines (grains, cellules) à empilements de billes de silice sont de très grandes dimensions comparées aux autres opales, parfois centimétriques. Ces opales se créent en nodules. Image 5. Ceux-ci permettent une structuration homogène du gel siliceux avec des effets de forme singuliers comme le suggèrent les anneaux concentriques coté supérieur et les figures étranges coté inférieur de l'opale nommée "Nazca". Images 6 et 7.

5. Nodule fracturé.

6. Opale Nazca : partie supérieure.

7. Opale Nazca : partie inférieure ou recto.

Un effet extraordinaire de certaines opales éthiopiennes est la diffraction de faisceaux laser. Image 8. Ici une cellule de cette tranche de nodule dévie un rayon comme le ferait un miroir holographique. Cette opale est véritablement un cristal photonique.

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Une autre expérience montre une opale vue à travers une optique holographique de transmission (elle opère une dispersion spectrale). Image 9. L'image obtenue du corps de la pierre est floue étalée selon un arc-en-ciel imparfait (du aux capteurs de l'appareil photographique numérique). En revanche les jeux de couleur de l'opale sont nets. Car ces jeux de couleur sont monochromatiques dans les cellules concernées.

9. L'image de l'opale vue à travers un réseau holographique est en bas à gauche.

Le principe de déviation de la lumière par la structure des hologrammes se rencontre dans la nature. Les opales d'Ethiopie en apportent une précieuse démonstration.