« Photographie/Optique/Diffusion de la lumière » : différence entre les versions

Le phénomène de résonance fait appel à la notion d'oscillateur. Imaginons un enfant jouant sur une balançoire ; la durée de ses oscillations est à peu près constante et d'autant plus grande que les cordes ou les chaînes de la balançoire sont plus longues. Cela peut donner par exemple une '''période''' (durée d'une oscillation) de 4 s et une '''fréquence''' (nombre d'oscillations par unité de temps) de 0,25 Hz. Cette fréquence « naturelle » est la '''fréquence propre''' du système oscillant.
 
Il n'est pas conseillé de secouer violemment l'enfant mais nous pouvons le remplacer par un sac de sable. Si nous secouons ce sac avec une fréquence de 5 Hz, nous le ferons certes bouger mais avec une amplitude très faible, même si nous y mettons beaucoup d'énergie. Si nous voulons obtenir un balancement par minute, il sera plus facile d'atteindre une grande amplitude mais il faudra opérer « en force ». En revanche, avec un effort très faible mais synchronisé avec la fréquence propre du balancement, nous provoquerons facilement un mouvement de grande amplitude, mettant à profit le phénomène de '''résonance'''.
 
L'énergie d'un photon frappant un atome ou une molécule ne correspond généralement pas exactement à l'une des transitions possibles entre deux niveaux d'énergie de cet atome ou de cette molécule, mais il provoque tout de même une réaction. Chaque atome ou molécule peut être considéré comme un ensemble d'oscillateurs électroniques représentant ces transitions, lesquelles ne sont pas équiprobables. En général, c'est la transition entre l'état fondamental (de « repos ») et le premier état excité qui a le plus de chances de se produire, ce qui permet dans la plupart des cas de modéliser l'atome ou la molécule par un oscillateur unique correspondant à cette transition.
 
Le nuages électroniques des atomes vibrent sous l'effet de la lumière incidente, à la même fréquence que celle-ci, et avec une amplitude qui correspondant à celle d'un des oscillateurs du modèle. C'est ce mouvement qui provoque la réémission de lumière par les objets qui nous entourent et ainsi les rend visibles.
 
Dans les milieux denses, solides et liquides, les atomes ne restituent pas intégralement l'énergie qu'ils ont reçue. Une partie est perdue sous forme de chaleur, ce qui se traduit par une agitation thermique et correspond à un frottement ayant pour effet d'amortir les oscillations.
 
 
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Cette diffusion se produit dans les milieux "limpides" avec les caractéristiques suivantes :
- elle a lieu essentiellement dans la haute atmosphère (8 à 15 km d'altitude),
- elle se produit à partir des molécules des gaz atmosphériques ou de particules très petites par rapport à la longueur d'onde de la lumière incidente (moins de 1/10e),
- elle varie en raison inverse de la 4e puissance de la longueur d'onde (comme 1/4), ce qui fait que le bleu et le violet sont de 10 à 15 fois plus diffusés que le rouge.
 
La diffusion de RAYLEIGH est maximale vers l'avant et vers l'arrière par rapport à la direction de propagation de la lumière. Elle est minimale dans la direction perpendiculaire.
La fumée (non inhalée) d'une cigarette ou celle d'un feu de branchages, vue sous le bon angle, paraît bleutée. Une source de lumière blanche vue à travers le nuage paraît au contraire jaune, orangée ou même rouge. Quelques gouttes de lait dans un verre d'eau produisent le même effet.
Les nourrissons ont presque tous les yeux bleus car les pigments bruns qui colorent généralement l'iris et masquent la diffusion ne se forment que vers 8 mois, … et parfois jamais. Le bleu de certains plumages (geais) ou de certaines peaux (lézards) a la même origine.
Si la diffusion de RAYLEIGH n'existait pas, nous verrions le ciel entièrement noir, tel que nous le montrent les photos prises pendant les premières "excursions" lunaires. Le bleu du ciel est particulièrement intense en altitude et dans les autres circonstances où rien ne vient l'atténuer. Cette lumière est de plus très fortement polarisée.
Le violet est la couleur la plus diffusée mais elle est très sombre pour l'œil humain et donc masquée par le bleu et le vert. Il n'en va pas de même pour les pellicules photographiques qui sont très sensibles au violet, ce qui explique l'apparition de désagréables "dominantes" violacées quand le ciel est d'un bleu très intense.
 
 
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Si le ciel est bleu c'est en raison de la diffusion de Rayleigh. Elle caractérise la diffusion de la lumière par les particules dont le rayon est très petit par rapport à la longueur d'onde du rayonnement solaire. L'intensité diffusée est, d'après Rayleigh, inversement proportionnelle à la longueur d'onde (d'un facteur à la puissance quatre). Plus le rayonnement est de petite longueur d'onde, plus il est diffusé. Ainsi, comme la lumière incidente est blanche, le bleu (d'une longueur d'onde de 400 nm) sera beaucoup plus diffusé dans l'atmosphère que le rouge (d'une longueur d'onde de 800 nm).
 
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