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Diffusion de Raleigh et de Mie. Source : http://data.abuledu.org/URI/50dd7afc-diffusion-de-raleigh-et-de-mie

Diffusion de Raleigh et de Mie

Illustration de la diffusion de Raleigh et de Mie sur une particule sphérique. De gauche à droite : intensité de la diffusion Rayleigh, de la diffusion Mie pour de petites particules et de la diffusion Mie pour de grosses particules, en fonction de la direction. L'onde incidente arrive par la gauche. La diffusion par des très petites particules, telles que des molécules, de dimensions inférieures au dixième de la longueur d'onde considérée, est un cas limite appelé diffusion Rayleigh. Pour les particules plus grosses que cette longueur d'onde, on doit prendre en compte la diffusion de Mie dans son intégralité : elle explique dans quelles directions la diffusion est la plus intense, on obtient ainsi un « patron de réémission » qui ressemble à celui des lobes d'émission d'une antenne, avec, dans le cas de grosses particules, un lobe plus intense dans la direction opposée à celle d'où provient l'onde incidente. La diffusion de Mie n'est pas fortement dépendante de la longueur d'onde utilisée comme c'est le cas dans celle de Rayleigh. Elle produit donc une lumière presque blanche lorsque le Soleil illumine de grosses particules dans l'air : c'est cette dispersion qui donne la couleur blanc laiteux à la brume et au brouillard. La couleur du ciel, pendant toute la durée du jour, est provoquée par diffusions Rayleigh et Mie de la lumière solaire dans l'atmosphère. La diffusion Rayleigh provoque les teintes bleues, violettes et vertes du ciel. Les couleurs caractéristiques du lever de soleil sont causées par diffusion de Mie de sa lumière par les particules de poussière, suie, fumée et cendre en suspension dans l'atmosphère : lorsque le Soleil est près de l'horizon, sa lumière traverse une plus grande épaisseur d'atmosphère, elle est donc plus susceptible d'être diffusée.

Arc en ciel dans une fontaine. Source : http://data.abuledu.org/URI/53e330b1-arc-en-ciel-dans-une-fontaine

Arc en ciel dans une fontaine

Arc en ciel dans une fontaine du Champ-de-Mars à Paris.

Coucher de soleil. Source : http://data.abuledu.org/URI/546ba8e9-coucher-de-soleil

Coucher de soleil

Coucher de soleil. L'effet de la dispersion sur la coloration du soleil est plus marqué près de l'horizon qu'au zénith : la lumière a alors un plus long trajet à travers l'atmosphère et rencontre donc plus de particules. La couleur du ciel est variable entre l'aurore et le crépuscule. Au lever (et au coucher) le soleil, près de l'horizon, semble rouge parce que la lumière bleue a été dispersée au loin et l'on ne voit plus que la lumière provenant directement du soleil. Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Couleur_du_ciel

Dispersion de la lumière au passage d'un dioptre. Source : http://data.abuledu.org/URI/50a821f2-dispersion-de-la-lumiere-au-passage-d-un-dioptre

Dispersion de la lumière au passage d'un dioptre

Dispersion de la lumière blanche au passage d'un prisme. La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un milieu dispersif, c'est-à-dire dans lequel les différentes fréquences constituant l'onde ne se propagent pas à la même vitesse. On rencontre ce phénomène pour tous types d'ondes, comme la lumière, le son ou les vagues. Les arcs-en-ciel sont une manifestation de la dispersion induite par réfraction des rayons du soleil par les gouttes de pluie.

Lettre de Newton sur la vision en 1682. Source : http://data.abuledu.org/URI/50a595d2-lettre-de-newton-sur-la-vision-en-1682

Lettre de Newton sur la vision en 1682

Lettre en anglais d'Isaac Newton au Dr. William Briggs, chirurgien ophtalmologiste (20 juin 1682) au sujet de son ouvrage "Une nouvelle théorie de la vision" (A New Theory of Vision) : British Museum Add. Ms. 4327 f. 100. Publiée en facsimile dans le "Dictionnaire encyclopédique" de Quillet, Paris, 1953. Avant Isaac Newton, on pensait que le prisme ajoutait des couleurs au faisceau de lumière blanche. Newton place alors un deuxième prisme de telle manière qu'il ne soit atteint que par une seule couleur et découvre que la couleur reste inchangée. Il en conclut que les prismes permettent de disperser les couleurs. Il utilise ensuite un deuxième prisme et réussit à recomposer un faisceau blanc à partir de l'arc-en-ciel généré par le premier prisme : la démonstration était faite que les couleurs ne sont pas le résultat d'une action du prisme sur la lumière blanche, mais bien que c'est la lumière blanche qui est composée de plusieurs couleurs.

Lithophanie de Wedgwood. Source : http://data.abuledu.org/URI/5230bee5-lithophanie-de-wedgwood

Lithophanie de Wedgwood

Lithophanie de Wedgwood représentant la danse des trois Heures, filles de Zeus (allégories des saisons). Étymologie : du grec lithos, « pierre » et phanes et phaneia, de phainein « paraître », plaque de biscuit de porcelaine non émaillée et non vitrifiée ou d'albâtre, incisée et gravée de sorte à ce qu’elle permette de faire apparaître une image par translucidité devant une source de lumière, plus l’épaisseur de la plaque étant fine, plus la translucidité étant marquée. Par le mot Heures (en latin Horae et en grec ancien Ὧραι / Hōrai), les Grecs, primitivement, désignèrent, non pas les divisions du jour, mais celles de l'année. Les Heures étaient filles de Zeus et de Thémis. Hésiode en compte trois : Eunomie, Dicé et Eiréné, c'est-à-dire le Bon Ordre ou la Législation, la Justice et la Paix, noms indiquant leur rôle moral. Homère les nomme les portières du ciel, et leur confie le soin d'ouvrir et de fermer les portes éternelles de l'Olympe. Elles sont aussi les régulatrices de la vie humaine. La mythologie grecque ne reconnut donc d'abord que trois Heures ou trois Saisons : le Printemps, l’Été et l'Hiver.

Lumière du jour le 2 avril 2005. Source : http://data.abuledu.org/URI/50dd95ed-lumiere-du-jour-le-2-avril-2005

Lumière du jour le 2 avril 2005

Capture d'écran du logiciel libre de KDE "kworldclock" (GPL) : lumière du jour sur terre le 2 avril 2005, aux environs de 13h (UTC = Temps Universel Coordonné). La lumière du jour correspond à toutes les formes de lumières provenant du soleil, directe et indirecte (éclairage direct, rayonnement diffus du ciel). La lumière du jour est présente dès que le soleil s’élève au dessus de l'horizon. (Cela est vrai pour plus de 50% de la Terre). Toutefois, l'éclairage extérieur peut varier de 120.000 lux à la lumière directe du soleil à moins de 1 lux lors de cas exceptionnels tels que les éclipses solaire ou encore la présence de poussières ou de cendres volcaniques dans l'atmosphère.

Portrait de Doppler. Source : http://data.abuledu.org/URI/50a76a34-portrait-de-doppler

Portrait de Doppler

Portrait de Christian Doppler (1803-1853), physicien autrichien. publication la plus célèbre a été présentée le 25 mai 1842 à l'Académie royale des sciences de Bohème et a pour titre "Sur la lumière colorée des étoiles doubles et d'autres étoiles du ciel", utilisant l'effet Doppler. En 1846, Doppler publie une correction de son travail initial où il tient compte des vitesses relatives de la source de lumière et de l'observateur. En 1850, il fonde l'Institut de Physique de l'Université de Vienne dont il est seul professeur et le premier directeur.

Rayons du crépuscule. Source : http://data.abuledu.org/URI/50be3dfe-rayons-du-crepuscule

Rayons du crépuscule

Rayons du crépuscule : les différentes couleurs sont dues à la dispersion de la lumière produite par l'atmosphère. Quand la lumière traverse l'atmosphère, les photons interagissent avec elle à travers la diffusion des ondes. Si la lumière n'interagit pas avec l'atmosphère, c'est la radiation directe et cela correspond au fait de regarder directement le soleil. Les radiations indirectes concernent la lumière qui est diffusée dans l'atmosphère. Par exemple, lors d'un jour couvert quand les ombres ne sont pas visibles il n'y a pas de radiations directes pour la projeter, la lumière a été diffusée. Un autre exemple, dû à un phénomène appelé la diffusion Rayleigh, les longueurs d'onde les plus courtes (bleu) se diffusent plus aisément que les longueurs d'onde les plus longues (rouge). C'est pourquoi le ciel parait bleu car la lumière bleue est diffusée. C'est aussi la raison pour laquelle les couchers de soleil sont rouges. Parce que le soleil est proche de l'horizon, les rayons solaires traversent plus d'atmosphère que la normale avant d'atteindre l'œil par conséquent toute la lumière bleue a été diffusée, ne laissant que le rouge lors du soleil couchant.