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Article

1 - RAPPELS

2 - RÉFLEXION MÉTALLIQUE PAR UNE SURFACE LISSE

3 - MESURER DES INDICES DE RÉFRACTION COMPLEXES

4 - RÉSULTATS DE MODÈLES ET MESURES OBTENUS : UN EXEMPLE D’ALLIAGE BINAIRE

5 - LA SURFACE DE TOUTES LES RÉFLECTANCES SWR ET LA SIMULATION SPECTRALE

6 - CONCLUSION

7 - ANNEXE

Article de référence | Réf : AF3253 v2

Conclusion
Couleur et apparence visuelle - L’aspect métallique

Auteur(s) : Patrick CALLET

Date de publication : 10 mars 2018

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RÉSUMÉ

Cet article s’intéresse à la réflexion de la lumière par une surface métallique lisse ou rugueuse et à la simulation de son apparence visuelle. Les données fondamentales gouvernant le comportement optique des métaux et milieux conducteurs sont rappelées et de nombreuses valeurs des indices de réfraction complexes des éléments métalliques sont données en annexe. Les propriétés optiques de quelques alliages et minéraux à éclat métallique sont également présentées. Les rudiments théoriques exposés sont appliqués à la simulation de l'apparence visuelle d'alliages binaires ; l'exemple abordé concerne les bronzes (alliages de cuivre et d'étain) mais aussi l'électrum. Les méthodes classiques pour obtenir ces données fondamentales que sont les indices de réfraction complexes sont brièvement décrites.

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ABSTRACT

Color and Visual Appearance. The Metallic Look

Theoretical and practical aspects of the reflection of light by a smooth or rough metallic surface are presented within the framework of a spectral simulation process. Fundamentals data, as the complex indices of refraction are presented for characterizing the metallic reflection from metals, semi-metals, alloys and some minerals. Some complex indices of refraction are given in appendix. A study of binary alloys is described around the example of bronzes (Copper and Tin alloys) and electrum.The methods for acquiring these pertinent data that are the complex indices of refraction are shortly presented.

Auteur(s)

  • Patrick CALLET : Chercheur associé - CAOR-Centre de Robotique de Mines-Paris Tech - PSL Research University - Président du Centre Français de la Couleur - Laboratoire MICS, Centrale Supélec, Université Paris-Saclay - École Centrale Paris Châtenay-Malabry, France

INTRODUCTION

Nous nous intéressons ici à la réflexion de la lumière par une surface métallique lisse ou rugueuse et à la simulation de son apparence visuelle. Les données fondamentales gouvernant le comportement optique des métaux et milieux conducteurs sont rappelées et de nombreuses valeurs des indices de réfraction complexes des éléments métalliques sont données en annexe. Les propriétés optiques de quelques alliages et minéraux à éclat métallique sont également présentées. Ces données, plus que rares dans la littérature scientifique, ont permis de calculer l’apparence visuelle de quelques éléments métalliques et semi-métaux dans un grand état de pureté. Les rudiments théoriques présentés sont appliqués à la simulation de l’apparence visuelle d’alliages binaires ; l’exemple abordé concerne les bronzes (alliages de cuivre et d’étain) mais aussi l’électrum. Les méthodes classiques pour obtenir ces données fondamentales que sont les indices de réfraction complexes sont brièvement décrites. La matière n’étant pas la seule en cause dans l’interaction avec la lumière, et la vision qu’en a l’observateur, ne saurait être complètement décrite sans aborder les effets de l’éclairage. Nous montrons comment l’effet d’un éclairage ambiant orthotrope modifie la perception de l’éclat métallique, sorte de « non-éclat » dans ce cas précis. Ce calcul se fait par la détermination d’une intégrale particulière définissant une surface, nommée SWR. Nous en donnons une version graphique obtenue par intégration numérique dans le cas où la partie imaginaire de l’indice de réfraction n’est pas nulle. Il existe une réponse analytique au calcul de cette intégrale dans le cas où l’indice de réfraction est un nombre réel pur. L’influence d’un éclairage directionnel rend l’interprétation visuelle, la compréhension de ce qui est vu, plus habituelle ; c’est bien là le rôle des images obtenues par une synthèse spectrale d’image fondée sur l’usage exclusif de cette notion d’indice de réfraction complexe et présentées au fil du texte.

Il est recommandé, bien que pas absolument nécessaire au spécialiste, d’avoir lu la première partie de ce texte, intitulée « Le transparent, le translucide et l’opaque » [AF3252].

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KEYWORDS

alloys   |   metals   |   spectroscopic ellipsometry   |   complex indices of refraction

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-af3253


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6. Conclusion

L’éclat métallique se distingue bien de l’apparence visuelle des corps non conducteurs, si toutefois ces derniers s’abstiennent de s’arranger en couches multiples. On confond ainsi aisément l’apparence visuelle d’un mica à celle de ce qui pourrait être métallique et cela d’autant mieux que les grains sont petits. La forte réflectivité des métaux et de certains alliages dans le domaine visible se caractérise essentiellement par des valeurs élevées de la partie imaginaire de leur fonction diélectrique. Réduits en poudres, les métaux, suivant leur conductivité prendront une teinte plus sombre que ne le feraient, à mouture égale, des corps isolants. La limite chromatique relative, entre métaux et diélectriques, celle de leurs brillants également est indiquée par les semi-conducteurs. Ces propriétés visuelles des métaux ou des composés à éclat métallique se modélisent grâce à la physique des plasmas et l’accès aux données fondamentales intrinsèques que sont les composantes des tenseurs diélectriques complexes est donné par l’ellipsométrie spectroscopique. Si les corps diélectriques se caractérisent bien, surtout dans l’état granulaire à l’aide de techniques et instruments de la spectrophotométrie, l’éclat métallique se dévoile par sa spécularité caractérisée par l’ellipsométrie spectroscopique. Les modèles contemporains de simulation spectrale exploitent ces caractères fondamentaux des corps à éclat métallique en ce qu’ils lient la nature (« en quoi c’est ») et la structure (« comment c’est »). De ces données de sciences fondamentales sont calculées des images de plus en plus physiquement réalistes qui permettront, dans un très proche avenir, de décider de la production d’un objet à partir des seules représentations numériques, visuelles incluses, de toutes ses propriétés. On a bien raison de simuler sans faire semblant.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - WEAVER (H.), KRAFKA (C.), LYNCH (D.W.), KOCH (E.E.) -   Optical Properties of Metals,  -  volume 18-1 et 18-2. Fachinformationzentrum, 7514 Eggenstein-Leopoldhafen 2, Karlsruhe, Germany (1980).

  • (2) - BORN (M.), WOLF (E.) -   Principles of Optics – Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light–.  -  Pergamon Press, Oxford (1975).

  • (3) - FOURNET (G.) -   Électromagnétisme.  -  [D1020] Génie électrique (1993).

  • (4) - VERNES (A.), SZUNYOGH (L.), WEINBERGER (P.) -   Ab initio calculation of Kerr spectra for semi-infinite systems including multiple reflections and optical interferences.  -  Physical Review B., 65(144448) : 1-11 (2002).

  • (5) - VERNES (A.), SZUNYOGH (L.), WEINBERGER (P.) -   Limitations of the two-media approach in calculating magneto-optical properties of layered systems.  -  Physical Review B., 66(214404) : 1-5 (2002).

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