Physique 23 : Optique
Lumières , ondes et couleurs
Diffusion de Rayleigh

1. La diffusion de Rayleigh

La diffusion de Rayleigh n'est valide que pour la dispersion de la lumière par les molécules jusqu'environ un dixième de la longueur d'onde de la lumière incidence. Au-delà de ce rapport, on utilise la théorie de Mie.

2. La formule de Rayleigh

Voici le formule de Rayleigh. Elle exprime l'intensité de la lumière diffusée en fontion de la longueur d'onde:

3. Limite de la formule de Rayleigh

Les molécules qui constituent l'atmosphère terrestre explique la couleur bleue du ciel (Rayleigh).

La diffusion de Mie provient des très fines gouttelettes d'eau et des aérosols formant les nuages et expliquant leur couleur blanche.

Lorsque la taille des particules cibles est très grande devant la longueur d'onde, les lois de l'optique géométrique sont applicables.

En optique géométrique donc, on étudie par exemple la diffusion à travers une goutte d'eau en appliquant les lois de Snells Descartes au passage de dioptres sphériques séparant l'air et l'eau, deux milieux d'indices différents.

4. À propos de Lord Rayleigh

John William Strutt, plus connu sous son titre lord Rayleigh, né en 1842 et mort en 1919 en Angleterre était un physicien anglais.

Il est lauréat du prix Nobel de physique de 1904.

En 1871, il fournit une explication de la couleur du ciel en la reliant à la diffusion de la lumière par les molécules d'air.

Il établit avec le mathématicien, physicien et astronome James Jeans , aussi britannique, en utilisant la mécanique statistique, une loi théorique, connue sous le nom de loi de Rayleigh-Jeans. Elle exprime la répartition de l'énergie rayonnée par le corps noir en fonction de la longueur d'onde, valable pour les grandes longueurs d'onde.

Cette loi, qui suggérait une croissance sans limite de la luminance dans le domaine des faibles longueurs d'ondes, n'était pas vérifiée par l'expérience dans l'ultra-violet; c'est ce qu'on appelle la catastrophe ultra-violette.