Le terme "pléochroïsme" vient du grec ancien pleon ("plusieur") et chroma ("couleur"), signifiant littéralement "plusieurs couleurs". Cette étymologie reflète parfaitement la nature du phénomène : un même cristal, observé sous différentes directions, peut apparaître sous plusieurs teintes distinctes, comme s’il possédait en lui plusieurs couleurs superposées, révélées selon l’angle d’observation. L’effet, souvent spectaculaire, est une conséquence directe de la manière dont la lumière interagit avec la structure cristalline et les centres d’absorption spécifiques du minéral. Le pléochroïsme constitue ainsi une sorte de signature optique du cristal, à la fois esthétique et diagnostique.

Ce phénomène optique est propre aux minéraux anisotropes, c’est-à-dire ceux dont les propriétés physiques, et en particulier optiques, varient selon la direction dans le cristal. Lorsque la lumière non polarisée (comme la lumière naturelle) pénètre dans un tel cristal, elle est scindée en plusieurs composantes vibrantes dans des directions distinctes. Chacune de ces directions peut être absorbée différemment par le réseau cristallin en fonction des liaisons atomiques et des ions chromophores présents. Ce déséquilibre dans l’absorption des différentes vibrations de la lumière donne lieu au pléochroïsme, que l’on peut percevoir par un simple changement de teinte selon l’orientation du minéral.

Ce comportement n’est observable que dans les cristaux anisotropes : ceux du système cubique ou les matériaux amorphes, isotropes par nature, n’en présentent pas. Le pléochroïsme est donc un indicateur immédiat d’anisotropie optique.

• Chez les minéraux uniaxes, appartenant aux systèmes hexagonal, rhomboédrique ou quadratique, deux vibrations principales peuvent être distinguées. Ces deux directions peuvent présenter deux teintes différentes, d’où le terme de dichroïsme.

• Chez les minéraux biaxes (orthorhombique, monoclinique, triclinique), trois directions principales d’absorption sont possibles, ces minéraux peuvent donc présenter un trichroïsme, avec trois teintes observables.

Il est essentiel de noter que le pléochroïsme est le plus évident lorsque la lumière traverse le cristal dans une direction oblique aux axes optiques. En revanche, si l’on observe un cristal perpendiculairement à l'un de ses axes optiques, toutes les directions vibratoires sont équivalentes : aucune variation de teinte n’est alors perçue.

Avec un filtre polarisant simple :

L’observation du pléochroïsme peut se faire très simplement à l’aide d’un seul filtre polarisant, comme ceux utilisés en photographie ou en optique. Ce filtre permet de sélectionner une direction unique de vibration de la lumière. En interposant ce filtre entre la lumière et l’observateur (ou entre la source lumineuse et le minéral), puis en le faisant pivoter, on peut mettre en évidence les teintes caractéristiques du minéral. Le cristal apparaît alors successivement dans différentes couleurs, selon l’orientation du polariseur. Cette méthode a l’avantage d’être simple, rapide et ne nécessite pas de matériel sophistiqué.

Il est tout à fait possible de se procurer des filtres polarisants sans avoir recours à du matériel de laboratoire coûteux. Les filtres circulaires, couramment utilisés en photographie, sont particulièrement accessibles. Ces filtres se vissent généralement à l'avant des objectifs d'appareil photo, mais ils peuvent également être utilisés à main levée pour l'observation directe. Il suffit de les tenir et de les faire tourner devant le cristal. Les feuilles de polariseur en plastique représentent une option économique : elles peuvent être découpées pour créer des filtres personnalisés, à fixer sur un cadre, une loupe, ou simplement à tenir à la main. Bien que moins durables que les filtres photographiques, elles sont pratiques et peu coûteuses. Certains écrans LCD émettent aussi de la lumière polarisée. En posant un cristal sur ce type d'écran affichant un fond blanc et en le faisant tourner, on peut facilement observer le pléochroïsme. Cependant, avec l'essor des écrans LED, cette méthode est désormais plus difficile à appliquer. Enfin, des lunettes 3D, qui intègrent des filtres polarisants, peuvent également être utilisées pour cette observation.

Avec un dichroscope

En gemmologie, on utilise couramment le dichroscope, un petit instrument portatif qui permet de visualiser les différentes teintes d’un cristal pléochroïque.

Il en existe deux types principaux :

• Le dichroscope à calcite, utilisant un prisme de calcite optique biréfringente, qui sépare les vibrations perpendiculaires. L’utilisateur observe alors deux images juxtaposées du cristal. Si le minéral est pléochroïque, ces deux images auront des couleurs différentes ; dans le cas contraire, elles apparaîtront identiques.

• Le dichroscope à filtre polarisant, plus simple, permet d’observer les variations de teinte en tournant un polariseur devant l’œil. Bien que n’affichant qu’une seule image à la fois, il est très efficace pour détecter rapidement un pléochroïsme marqué.

Le dichroscope est particulièrement utile dans l’identification de gemmes colorées, car il permet une analyse rapide, même sur des pierres montées ou de petite taille.

Au microscope polarisant

Une méthode plus précise et systématique en pétrographie consiste à utiliser un microscope polarisant, en lumière polarisée plane, c’est-à-dire en utilisant uniquement le polariseur placé sous la platine, sans activer l’analyseur situé au-dessus de l’objectif. Lorsqu’on fait tourner la platine sur laquelle repose une lame mince contenant le minéral, on observe des variations de teinte dues aux différentes directions de vibration de la lumière. Ces couleurs, parfois subtiles, sont directement liées aux propriétés d’absorption directionnelle du cristal et peuvent servir à déterminer l’orientation cristalline ou à identifier le minéral.

La plupart des minéraux colorés non cubiques présentent une forme de pléochroïsme, souvent caractéristique. 

Voici quelques exemples notables :

• La cordiérite (ou iolite) est célèbre pour son trichroïsme intense : elle peut apparaître bleu violacé, jaunâtre ou incolore selon la direction d’observation.

• La tanzanite, variété de zoïsite, présente un trichroïsme bleu, violet et brun-jaune, très recherché en joaillerie.

• L'andalousite est également un exemple frappant, montrant des teintes vertes, rouges et jaunes très contrastées.

• La tourmaline, bien connue des collectionneurs, est souvent trichroïque, notamment dans ses variétés riches en fer ou manganèse.

Le pléochroïsme constitue un outil précieux en minéralogie, pétrographie et gemmologie. Il permet de distinguer des minéraux visuellement similaires, d’identifier l’orientation optique d’un cristal, ou encore de détecter des zonations de croissance.

En gemmologie, la reconnaissance d’un pléochroïsme marqué peut permettre d’authentifier une gemme naturelle ou de détecter un traitement thermique.

Il convient néanmoins de ne pas confondre le pléochroïsme avec d’autres phénomènes colorés, comme les couleurs d’interférence, visibles en lumière polarisée croisée (avec polariseur et analyseur). Ces dernières sont dues à la biréfringence, et non à l’absorption directionnelle.

En somme, le pléochroïsme est une manifestation directe de l’anisotropie optique des cristaux, et il constitue une fenêtre précieuse sur leur structure interne. Sa mise en évidence, simple et accessible à l’aide de filtres polarisants, d’un microscope ou d’un dichroscope, permet non seulement une appréciation esthétique des minéraux, mais aussi une compréhension plus fine de leurs propriétés physiques. À la croisée de la science et de l’observation sensible, le pléochroïsme illustre combien la minéralogie peut allier rigueur analytique et émerveillement visuel.