mise à jour : 30 mars 2019
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- Observables

Polarisation par diffusion : Mie

Auteur: Loïc Rossi
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Quelques nuages cumulus
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Si ces cumulus apparaissent blancs, c'est à cause de la diffusion de Mie.
Crédit : Michael Jastremski, CC-BY-SA

definitionLa diffusion de Mie

La diffusion de Mie concerne elle des photons diffusés par des particules de taille similaire ou supérieure à la longueur d'onde. Par exemple, la lumière visible (~500 nm) dans les nuages de gouttelettes d'eau (~5μm). Elle tire son nom du physicien allemand Gustav Mie qui a établi cette solution des équations de Maxwell en 1908.

Contrairement à la diffusion Rayleigh qui peut se résoudre analytiquement, la diffusion de Mie est plus complexe. Il s'agit d'une solution particulière des équations de Maxwell et a une expression analytique, mais dont les calculs sont vite fastidieux ; c'est pourquoi on l'utilise surtout avec des outils numériques.

La diffusion de Mie n'est pas isotrope : elle diffuse préférentiellement vers l'avant, et dépend peu de la longueur d'onde. C'est elle qui rend les nuages blancs : toutes les longueurs d'onde sont diffusées vers l'observateur qui voit donc un nuage blanc !

En termes de polarisation, l'émission varie beaucoup en fonction de la taille du diffuseur, de son indice de réfraction, et de la distribution en taille des diffuseurs. Mais on retrouve des structures caractéristiques :

  • l'arc-en-ciel : uniquement visible pour un indice de réfraction relativement faible (par exemple pour l'eau n=1,33). Visible aussi dans les longueurs d'ondes visibles ; vous en avez sans doute déjà vu un.
  • la gloire : phénomène aussi perceptible en lumière visible. On peut les observer dans la brume quand le soleil est bas, ou quand on est à bord d'un avion dont on voit l'ombre sur les nuages. Les gloires sont souvent confondues avec les halos et les arcs-en-ciel (on parle parfois de Spectre de Brocken).
Indicatrices de rayonnement
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Indicatrices de rayonnement pour différents types de diffusion avec un rayon venant de la gauche. À gauche, la diffusion de Rayleigh, au centre une diffusion intermédiaire entre Rayleigh et Mie, à droite une indicatrice typique de la diffusion de Mie, avec une diffusion principalement vers l'avant.
Crédit : Sharayanan, CC-BY-SA
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