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Les mécanisme d'absorption -réflexion d'une onde électromagnétisme peuvent s'expliquer par les lois de la mécanique classique (celle des ondes électromagnétiques) ou les lois de la mécanique quantique. Attardons nous un instant sur cette dernière approche qui permet de donner une bonne intuition du phénomène. Une onde électromagnétique de longueur d'onde
Le calcul exact du spectre réfléchi requiert donc une connaissance extrêmement précise des caractéristiques du milieu qui est rarement disponible. De plus comme nous l'avons rapidement abordé dans le paragraphe précédent le spectre réfléchie dépend de la géométrie de l'objet qui est souvent connue que d'un point de vue macroscopique quand elle n'est pas totalement inconnue (le plan infini est une abstraction mathématique).
Du fait de ces limitations de nombreux modèles ont été établis afin de rendre compte ne fusse que de façon approximative (voir empirique) des phénomènes de réfraction - absorption.
Il est relativement clair que de nombreux matériaux réfléchissent la lumière de façon très différente. Un pot de céramique et de cuivre auront par exemple des propriétés optiques très différentes. Ces différents types de réflexions seront donc caractérisés par différents modèles décrivant différent types de matériaux. On distingue notamment [Sha85,Hea89,Hun75] :
- Les matériaux conducteurs comme les métaux. Comme nous le verrons par la suite ces matériaux atténuent rapidement l'onde incidente si bien que le phénomène de réflexion est essentiellement un phénomène de surface.
- Les matériaux peu conducteurs également appelés diélectriques tels que le verre. Ces matériaux laissent au contraire pénétrer profondément l'onde incidente dans l'objet. La description de la réflexion exige donc pour ces matériaux une modélisation des phénomènes optiques dans le matériau.
- Les matériaux optiquement homogènes. Ces matériaux ont un indice de réfraction constant à l'intérieur du matériau. Pour ce type d'objet la réflexion de l'onde incidente peut être décrite uniquement à partir de la réflexion de l'onde sur la surface du matériau. Les métaux, le verre, les cristaux sont des exemples communs de matériaux homogènes.
- Les matériaux optiquement in-homogènes sont composés d'un matériau qui inclue de nombreuses particules colorantes dont les propriétés optiques sont différentes de celles du support. Dans ce cas, le calcul de l'onde réfléchie doit tenir compte de l'interaction de l'onde incidente avec les particules de colorant. Les plastiques, le papier, les textiles et les peintures font partie des matériaux optiquement in-homogènes.
Notez que les points 1 et 2 indiquent si le phénomène de réflexion est un phénomène de surface. Les points 3 et 4 décomposent les matériaux en fonction des phénomènes optiques se produisant à l'intérieur de ceux ci.
Un autre paramètre important d'une surface est sa rugosité. Ainsi, des matériaux homogènes et parfaitement lisses réfléchissent la lumière dans une direction symétrique au rayon incident par rapport à la normale. Ce phénomène est appelé une réflexion spéculaire. Inversement des matériaux homogènes plus rugueux diffusent la lumière autour de la réflexion spéculaire. L'ensemble des rayons réfléchis est appelé le lobe spéculaire.
L'électromagnétisme permet de décrire les propriétés optiques d'un matériau à l'aide des constantes
Cette atténuation de l'énergie de l'onde incidente ce fait au bénéfice de l'apparition d'un courant appelé courant de surface. La profondeur
(2.2) |
Nous pouvons immédiatement observer que
Un dernier paramètre fondamental dans la description de la réflexion d'une onde électromagnétique est le Coefficient de Fresnel qui décrit la fraction de l'onde incidente réfléchie par la surface d'un matériau. Dans le cas d'un matériau isotropique et homogène, la réflexion d'une onde non polarisée heurtant une surface lisse avec un angle
Les termes
- Le modèle Lambertien
- Le modèle de Beckmann-Spizzichino
- Le modèle de Torrance-Sparrow
- Le modèle de Nayar
- Les modèles de Shafer et Healey
- Conclusion
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