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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 : Enseignant‐chercheur - Laboratoire de mathématiques appliquées aux systèmes - École centrale des arts et manufactures (Paris) - Secrétaire général du Centre français de la couleur
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) [1]. 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 [2] en ce qu’elle intervient dans tous les phénomènes en présence lorsqu’il s’agit de couleur et, plus généralement, d’apparence visuelle [18]. Cette notion de fonction diélectrique complexe assure alors le lien entre les phénomènes fondamentaux de l’interaction lumière‐ matière, causes profondes relevant de l’optique et de l’échelle dimensionnelle de la longueur d’onde, et les mesurages macroscopiques 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 l’opacité, de la dispersion de la lumière à la diffusion simple puis multiple de la lumière.
Pour toute description de la technique colorimétrique, le lecteur pourra se reporter à la référence [17], article du traité Mesures et Contrôle des Techniques de l’Ingénieur.
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- Version courante de janv. 2017 par Patrick CALLET
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5. Diffusion de la lumière
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.
HAUT DE PAGE5.2 Milieux condensés, diffusion multiple ou diffusion volumique
Dans les milieux opaques ou milieux concentrés, comme les poudres, le rayonnement incident interagit un grand nombre de fois avec les particules du milieu. Il apparaît ainsi un rayonnement diffusé émergent de façon quasi isotrope, aucune relation d’ordre entre les particules internes étant supposée. La loi de Lambert peut donc s’y appliquer. Lorsque ce milieu est encore plus composite en raison de la présence d’une phase continue, comme pour les plastiques ou les peintures (liant ou solvant), les effets de réflexion spéculaire interne et externe viennent ajouter leur complexité propre. Nous avons vu que la caractérisation de tous les effets présents, tant dans le continuum que dans le discontinuum, nécessitait l’accès aux fonctions diélectriques complexes de tous les agents réunis. Ces grandeurs assurent le lien entre ces deux « simplifications » extrêmes que constituent les théories de la diffusion simple et celles de la diffusion multiple.
HAUT DE PAGE5.3 De la diffusion simple à la diffusion multiple
Naturellement, la transition entre les régimes de diffusion simple et de diffusion multiple passe par une diffusion qui n’est plus tout à fait la première mais pas encore la seconde. Le paramètre de distance définissant le libre parcours moyen de la lumière dans le milieu et aussi la perte de cohérence du rayonnement transmis permet de régler cette diffusion dite dépendante [53]...
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Diffusion de la lumière
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ANNEXES
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HAUT DE PAGE
Dans les Techniques de l’Ingénieur
DUVAL (B.) - Commission internationale de l’éclairage - . Traité Mesures et contrôle, R 86 (2000).
HENRY (M.) - Activité optique - . Traité Mesures et contrôle, R 6 470 (1991).
DESVIGNES (F.) - Radiométrie. Photométrie - . Traité Mesures et contrôle, R 6 410 (1992).
COJAN (Y.) - Propagation du rayonnement dans l’atmosphère - . Traité Électronique, E 4 030 (1995).
LA TOISON (M.) - Éclairage électrique. Lampes à incandescence - . Traité Génie électrique, D 5 805 (1987).
LA TOISON (M.) - Éclairage électrique. Lampes à décharge - . Traité Génie électrique, D 5 810 (1992).
GIACOBINO (E.) - Optique des milieux matériels - . Traité Sciences fondamentales, A 1 080 (1993).
FOURNET (G.) - Électromagnétisme - . Traité Génie électrique, D 1 020 (1993).
AVERBUCH (P.) - Structure électronique des solides - . Traité Sciences fondamentales, A 1 335 (1996).
CHATAIN (M.) - HERVÉ (P.) - Propriétés thermo-optiques - . Traité Plastiques et composites, A 3 145 (1989).
LUCAS (M.) - LANGUÉNOU (E.) - Synthèse d’image - . Traité Informatique, H 3 748 (2000).
ROBLIN (G.) - Microscopies optiques...
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