Qu'est-ce que la diffusion électromagnétique?
La diffusion électromagnétique est l'effet physique d'une onde électromagnétique, telle que la lumière ou les ondes radio, frappant un objet. Au lieu de procéder en ligne droite, comme les ondes lumineuses ne se gênent pas, la lumière se réfracte ou rebondit sur les textures microscopiques de l'objet. La diffusion électromagnétique est souvent responsable de l'apparition de la couleur et se présente sous plusieurs formes distinctes.
Avec suffisamment de connaissances sur les particules et les ondes diffusantes, il est possible de prédire comment la lumière se diffusera. Le processus peut également fonctionner en sens inverse, car l'observation scientifique de la diffusion peut fournir des informations sur l'onde entrante et les particules qui la diffusent. L'étude de la diffusion a conduit à d'importants progrès dans plusieurs domaines, notamment l'imagerie de synthèse, les radars et les technologies médicales.
Pourquoi le ciel est bleu est une question populaire qui peut être expliquée par la diffusion électromagnétique. La diffusion Rayleigh est basée sur les expériences d'un scientifique anglais du début du XXe siècle, John Strutt, troisième baron de Rayleigh. Ses travaux ont porté sur les effets de diffusion des ondes lumineuses sur des particules plus petites que les ondes incidentes. Parce que le bleu a une courte longueur d'onde, il est particulièrement susceptible de se disperser car il rebondit sur les particules de gaz de l'air environnant de la Terre. Les teintes rouge, jaune et orange sont des longueurs d'onde beaucoup plus longues, c'est pourquoi elles ne sont visibles que dans le ciel lorsque vous regardez de près ou vers le soleil.
En raison de la petite taille des particules diffusantes lors de la diffusion Rayleigh, la forme des particules n’est pas considérée comme significative. Les grands centres de diffusion sont couverts par la théorie de la diffusion électromagnétique de Mie, du nom du physicien allemand Gustav Mie. Mie a déterminé que les changements de couleur et d'opacité sont déterminants pour la taille et la forme du centre de diffusion. Son travail est considéré comme particulièrement utile pour comprendre la diffusion électromagnétique à travers les brouillards ou les nuages.
Les solutions de Rayleigh et de Mie sont considérées comme élastiques, ce qui signifie que la diffusion des ondes n’affaiblit pas leur énergie de manière significative. Il existe plusieurs autres formes qui traitent des transferts d'énergie dus à la diffusion électromagnétique, notamment la diffusion de Brillouin, Raman et Compton. La diffusion Compton est considérée comme particulièrement importante, car elle montre que la lumière peut avoir à la fois des propriétés d'onde et de flux de particules. La diffusion électromagnétique inélastique est utilisée dans plusieurs domaines, notamment l'astrophysique, la technologie des rayons X et la mesure de la réponse élastique des tissus vivants.
La diffusion électromagnétique est à la base d'un concept simple, visible dans des situations de tous les jours. L’étude scientifique de la diffusion est extrêmement complexe et même les différentes solutions énumérées ci-dessus n’expliquent pas pleinement les effets et les résultats de toutes les situations de diffusion. Ce qui a été découvert a conduit à une formidable innovation scientifique dans les techniques d’imagerie, tout en nous permettant de comprendre enfin pourquoi le ciel est bleu.