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RÉSUMÉ
La couleur est envisagée dans cet article sous l'aspect physique et physico-chimique du terme, afin d'aborder l'interaction lumière-matière et de préciser la notion d'apparence visuelle. Cette interaction participe à la stimulation du système visuel et fait ainsi appel à de nombreux champs de l'optique. La notion fondamentale de fonction dielectrique complexe est largement explicitée ici tant elle est omniprésente dans les phénomènes fondamentaux d'interaction lumière-matière et les mesurages macroscopiques. Cette fonction sert de clé pour appréhender les différentes notions que sont le tristimulus, la réfraction complexe, la dispersion ou la diffusion de la lumière.
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Patrick CALLET : Chercheur associé - CAOR-Centre de robotique de Mines-ParisTech, PSL-Research University - Président du Centre français de la couleur - Vice-président du Geste d’Or Laboratoire MICS, CentraleSupélec, Université Paris-Saclay, École Centrale Paris, Châtenay-Malabry, France
INTRODUCTION
Si le mot couleur renvoie d’emblée à des notions très polysémiques, il n’est abordé dans ces pages que sous un seul aspect de ce qui fait l’interaction lumière-matière, celui de la physique. La colorimétrie classique a abondamment défini les grandeurs et les normes permettant à tout praticien, qu’il soit concepteur, coloriste, formulateur, ingénieur ou chercheur des secteurs académiques ou de l’industrie, de pouvoir échanger des données concernant l’apparence visuelle (comme la chromaticité et le brillant par exemple) des matériaux ou des systèmes d’éclairage. La structure internationale la plus importante, fondée sur une initiative française est la Commission Internationale de l’Éclairage (CIE) [R 86]. D’autres organismes de normalisation, telle l’AFNOR, définissent des règles d’usage et précisent le vocabulaire de la colorimétrie appliquée. Notre propos ici concerne les phénomènes fondamentaux qui sont à l’origine de ce que peut mesurer un instrument : des rayonnements. Ainsi, nous supposons fixé un observateur colorimétrique de référence défini par la CIE et concentrons notre attention sur les modèles physiques, physico-chimiques, « exacts » ou phénoménologiques employés pour décrire cette interaction lumière-matière. Elle participe à la stimulation du système visuel en tant que cause externe première et fait appel à des connaissances issues des sciences fondamentales, principalement de nombreux champs de l’optique. Nous mettons en évidence l’importance capitale de la notion de fonction diélectrique complexe ou celle d’indice de réfraction complexe [R 6 470] en raison de son omniprésence dans tous les phénomènes lorsqu’il s’agit de couleur et plus généralement d’apparence visuelle . Cette notion de fonction délectrique complexe assure alors le lien entre les phénomènes fondamentaux de l’interacton lumière-matière, causes profondes relevant de l’optique et de l’échelle dimensionnelle de la longueur d’onde, et les mesurages macro-scopiques qu’effectuent nos instruments ou tout simplement ce que nos yeux reçoivent. Armés de cette notion fondamentale nous exposons le cheminement qui conduit du simple au complexe, de la transparence à la translucidité puis à l’opacité, de la dispersion de la lumière à la diffusion simple puis multiple.
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- Version archivée 1 de janv. 2004 par Patrick CALLET
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Conclusion5. Diffusion de la lumière
Nous avons brièvement décrit transparence et translucidité en ne faisant varier que l’absorption de la lumière par un matériau homogène non diffusant. Cela permet de décrire ledit matériau à l’aide de l’unique notion d’indice de réfraction complexe ou plus généralement de tenseur diélectrique complexe ayant au plus 6 composantes distinctes. Vue à l’échelle atomique ou moléculaire, l’interaction avec la lumière est nommée diffusion et ce terme est à considérer comme le plus global, celui qui incorpore tous les mécanismes d’interaction qu’ils soient surfaciques ou volumiques.
5.1 Milieux dilués, diffusion simple
Les théories de la diffusion simple décrivent comment la lumière interagit avec une particule isolée ; elles sont valables pour décrire cette interaction dans les milieux dilués, là où la densité particulaire est faible. Il est implicitement admis que tout photon diffusé par une particule de ce milieu s’en échappe sans plus de diffusion avec d’autres particules dans le milieu dilué. Ce milieu n’est pas opaque et se présente soit comme transparent soit comme translucide. La couleur apparente provient alors de la diffusion et de l’absorption simultanées. La diffusion de la lumière, lorsqu’elle se multiplie, agit comme un « potentiomètre » permettant de régler, d’ajuster la composante clarté de la couleur. La diffusion simple selon Rayleigh permet de bien expliquer la couleur bleue du ciel, mais aussi le renforcement de l’état de polarisation de la lumière solaire dans le plan perpendiculaire à la direction source-observateur.
HAUT DE PAGE
Considérons une sphère diélectrique homogène éclairée par une onde plane électromagnétique monochromatique et déterminons le champ électrique de l’onde produite en un point éloigné (figure 11). Soient θ, l’angle entre la direction d’observation définie par le centre de la sphère, le point d’observation et la direction du rayonnement incident, a le diamètre de la sphère, n son indice de réfraction...
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Diffusion de la lumière
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BERTHIER (S.) - Optique des milieux composites. - Polytechnica, Paris (1993).
-
(2) - BORN (M.), WOLF (E.) - Principles of optics-electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light. - Pergamon Press, Oxford (1975).
-
(3) - BRIDGEMAN (T.) - The additivity of pigments characteristics. - DIE FARBE, 13(1-3) (1964).
-
(4) - BRIDGEMAN (T.) - Prediction of tristimulus values using the Kubelka-Munk analysis. - DIE FARBE, 13(1-3) (1964).
-
(5) - CALLET (P.) - Couleur-lumière, couleur-matière – Interaction lumière-matière et synthèse d’images. - Collection Sciences en actes, Diderot Éditeur, Arts et Sciences, Paris, New-York, 320 p, ISBN : 2-84-352-087-8, CDROM d’images inclus, mars 1998.
-
(6) - CALLET (P.), SÈVE (R.) - From...
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