réflexion énergétique d'onde lumineuse

On a vu par ailleurs les questions optiques de la réflexion

Ici sont évoquées les grandeurs intervenant dans l'étude énergétique de la réflexion (par ordre alphabétique):

COEFFICIENT REFLECTEUR de LUMIERE

Synonymes: coefficient de réflexion lumineuse ou degré de réflexion lumineuse ou coefficient de réflectance

C'est (yr) un rapport spectral (qui se rapporte au spectre), adimensionnel, exprimant la comparaison entre la puissance réfléchie et la puissance reçue en incidence.

Comme les 2 puissances en cause sont proportionnelles aux réflectances et aux intensités lumineuses, le rapport yrpeut être aussi bien celui de ces autres grandeurs 2 à 2

yr = Pr / Pi      yr = coefficient de réflexion lumineuse (ou de réflectance)

Pi et Pr(lx-m²)= respectivement puissance incidente lumineuse reçue et puissance réfléchie par le matériau

Valeurs pratiques de yr >>> tissu noir(5%)--zinc(60%)--neige(90%)

Nota 1: ce coefficient yr est distinct du pouvoir réflecteur yΦ  qui compare, lui, la puissance reçue à celle d'un corps noir en conditions équivalentes

Nota 2: l’albédo est le nom de ce coefficient réflecteur quand il est utilisé en astronomie (yb)

Nota 3: yr est variable avec la longueur du rayonnement lumineux (il est plus faible pour des longueurs d'onde plus petites)

 

ÉNERGIE SURFACIQUE (dite aussi quantité superficielle de lumière)

Equation aux dimensions structurelles:M.T-2   Symbole de désignation : W'

 Unité d’usage : lx-s

W' = p*é.t    et     W' = Er / S

W'(lx-s)= quantité de lumière surfacique réfléchie

p*é(lx)= réflectance spécifique pendant le temps t(s)

Er(lx-s-m²)= réflexion sur une surface S(m²)

 

FLUX RÉFLÉCHI (OU PUISSANCE LUMINEUSE RÉFLÉCHIE)

Equation aux dimensions structurelles :L2.M.T-3

Symbole de désignation : Pl       Unité d'usage : le lx-m²

Pl = p*.S    et  Pl = Dé.S.Ω    ainsi que   Pl = El / t

Pl(lx-m²)= puissance réfléchie

p*(lx)= réflectance spécifique

Dé(lx/sr)= réflectance sur surface S(m²)

W(sr)= angle solide

El(lx-s-m²)= énergie lumineuse réfléchie pendant un temps t(s)

 

FLUX MONOCHROMATIQUE

C’est une puissance (flux) linéique, considérée pour une seule longueur d'onde l donnée

Synonymes : flux spectrique ou puissance spectrique ou RAYONNEMENT monochromatique ou RAYONNEMENT spectrique

Equation aux dimensions structurelles : L.M.T-3

Symbole de désignation : r*                Unité d’usage : lx-m, valant yé(W/m)

r* = P / ∫violetrougedλ      où r* (lx-m)= flux monochromatique réfléchi par une puissance P(lx-m²) sous longueur d’onde λ (m)

 

FLUX SUPERFICIEL

C'est une puissance lumineuse (ou flux) ramenée à une surface donnée

Synonymes: densité (sous-entendu superficielle) de flux--réflectance spécifique

Equation aux dimensions structurelles : M.T-3        Symbole de désignation : p*x

Unité : le lux(lx) valant 1,464.10-3Watt / sr au maxi (en longueur d’onde verdâtre)

p*x = Pl / S.cosθ       et p*x = Dl.W

p*x(lx)= flux superficiel sur une surface S(m²)

Pl(lx-m²)= flux lumineux correspondant (qui est une puissance reçue)

q(rad)= angle entre rayon et normale de S

Dl(lx-sr)= réflectance lumineuse (qui est la puissance surfacique spatiale)

Ω(sr)= angle solide de la zone d’émission des rayons

 

FLUX SPATIAL (ou INTENSITÉ LUMINEUSE)

Equation aux dimensions structurelles: L2.M.T-3.A-1

Symbole de désignation : P'              l'unité d’usage est le lx-m²/ sr

P’l = Dl.Sé.F'y/ cosθ         et    P’l = Pl / W

P’l(lx-m²/sr= intensité lumineuse réfléchie

q(rad)= angle plan entre l'arrivée des rayons lumineux et la normale du réflecteur

F'y(nombre)= facteur de visibilité

Dl(lx/sr)= réflectance(puissance surfacique spatiale) sur surface égale à Sé(m²)

Pl(lx-m²)= flux lumineux (une puissance) en un angle solide W(sr)

Formule de Fresnel

la diminution d’intensité lumineuse dans une réflexion -pour un faisceau circulant dans un milieu diélectrique- est mesurée par le rapport

yp= tg²(θi- qr) / tg²(qi+ qr)   où qi et θr(rad)= angles incident et réfléchi d’un faisceau lumineux par rapport à la normale du point de réflexion

yp(nombre)= coefficient réflecteur -ci-dessus défini-

Quand l’incidence est normale(qi = 0)    yp =(n*-1)² / (n*+1)2

 

POUVOIR RÉFLECTEUR (OU POUVOIR RÉFLÉCHISSANT)

C'est le rapport ( yΦ) entre la puissance réfléchie du phénomène et une puissance réfléchie dans des conditions similaires avec un corps noir de référence.

Il est indépendant de la température, mais varie avec la longueur d’onde de la lumière incidente.

Ce rapport est nul pour un corps noir. Il est de 90% pour de la neige fraîche -il tombe à 50% pour de la neige ancienne et comme l’absorption est plus faible pour le rouge-orangé, la neige vue à travers son épaisseur paraît légèrement bleue-vert (couleur complémentaire)

Pour les métaux polis, yΦ vaut environ 0,20 dans le violet, mais 0,90 dans le rouge

En milieu vitreux (diélectrique) on cherche à avoir une bonne transmission des rayons par l'instrument optique, mais une partie se réfléchit et yf peut atteindre quelques pour-cent

 

RÉFLECTANCE

C'est une grandeur utilisée pour exprimer la puissance surfacique spatiale réfléchie par un corps recevant des rayons lumineux (c'est la même notion que la réflectivité, qui concerne des rayonnements à conséquences calorifiques)

Equation aux dimensions : M.T-3.A-1       Symbole Dé      

Unité d'usage : le lux par stéradian(lx/sr)

Dé = P’ / S      et    Dé = p*/ W

où Dé(lx/sr)= réflectance réfléchie par un corps

p*(lx)= réflectance spécifique

W(sr)= angle solide

P’(lx-m²/sr)= flux lumineux spatial réfléchi correspondant

S(m²)= section

 

RÉFLECTANCE SPÉCIFIQUE

Il s'agit ici de la puissance surfacique d'un corps réfléchissant la lumière

Equation aux dimensions  : M.T-3     Symbole de désignation : p*      

Unité d’usage : le lux(lx)

p* = Pl / S       et     p* = Dl.W

avec p*(lx)= réflectance spécifique

Pl(lx-m²)= puissance(flux lumineux) réfléchie par le récepteur de S(m²)

Dl(lx/sr)= réflectance lumineuse

W(sr)= angle solide (qui ne vaut 4pi stéradians que si c'est l'espace tout entier est concerné)

 

RÉFLEXION ÉNERGÉTIQUE PROPREMENT DITE 

C'est l’énergie lumineuse réfléchie 

Equation aux dimensions :L2.M.T-2      Symbole de désignation : El

Unité d’usage : lx-s-m² (valant ye Joule) 

El = Pl.t         où El(lx-s-m²)= énergie (lumineuse) de réflexion 

Pl (lx-m²)= flux lumineux réfléchi pendant le temps t(s)