Diffusion de la lumière par les surfaces et les volumes

Si les lois de Descartes (n sin i = constante) sont couramment enseignées dès le premier apprentissage de l'optique, elles ne s'appliquent qu'à un nombre limité de surfaces dites à faible rugosité. À l'inverse, les phénomènes de diffusion lumineuse, qui régissent une grande majorité de phénomènes dont l'imagerie et la vision, sont encore peu enseignés. L'objet de cet article consiste à conférer, aux ingénieurs et chercheurs non spécialistes, des outils théoriques et expérimentaux pour appréhender et utiliser avec pragmatisme ces phénomènes.

On détaillera dans ce document une approche perturbative caractéristique de milieux aléatoires (surfaces et volumes) responsables d'une diffusion faible devant le flux incident ; cette approche présente de multiples intérêts :

• la modélisation est simple à mettre en œuvre, avec des temps de calcul réduits qui autorisent un traitement tridimensionnel et spectral ;

• le cas des volumes diffusants se traite de façon similaire à celui des surfaces rugueuses ;

• la généralisation aux structures planaires multicouches (filtres interférentiels et guides d'onde) est immédiate ;

• d'un point de vue électromagnétique, le problème de la diffusion dans les systèmes multicouches est identique à celui des microcavités luminescentes ;

• enfin, l'approche perturbative met en évidence des expressions analytiques fort utiles pour guider l'expérimentateur ou le théoricien vers de nouvelles applications ; une fois l'application identifiée, on peut avoir recours à des modèles rigoureux pour établir un domaine de validité et gagner en précision.