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Les dialogues sur la physique-chimie
appliquée aux arts

Chapitre VII

Sfumato et diffusion Rayleigh

Emmanuel : Nous avons parlé récemment de l'aérogel et je me suis demandé pourquoi il donne de tels effets de contours et de halos. Est-il polariseur ? Interférentiel ?

Jean-Louis : Je n'ai pas vérifié mais je ne pense pas que l'aérogel soit biréfringent, donc je ne crois pas qu'il y ait des effets de polarisation. Par contre c'est un matériau diffusif.

Emmanuel : Un matériau diffusif ?

Jean-Louis : Ce qui définit un matériau diffusif, c'est que la lumière y progresse en zigzag, et non pas en ligne droite. Le verre dépoli comparé au verre poli. Ce sont généralement des matériaux hétérogènes ou dont la structure varie légèrement à l'échelle submicronique. L'air pur n'est pas diffusif et est incolore, comme l'eau. Si il y a des gouttelettes d'eau ou des poussières dans l'air, il devient diffusif, et les couchers de soleil sont spectaculaires. Un coucher de soleil est toujours plus "beau" à la mer qu'à la montagne où l'air est très pur et très sec.

Pourquoi le coucher de soleil est plus beau en mer

Lorsque le matériau est diffusif, la diffusion de la lumière est de type "diffusion Rayleigh". Ce type de diffusions dépend de la puissance -4 de la longueur d'onde de la lumière. Les bleus sont beaucoup plus diffusés que les rouges.

Donc, l'aérogel apparaît bleuté en réflexion et jaunâtre en transmission. C'est la même chose que pour le bleu du ciel : le ciel apparaît bleu car la composante bleue de la lumière solaire est beaucoup diffusée. Le soir, quand la lumière du soleil traverse une épaisseur maximale d'atmosphère, tout le bleu est diffusé. Il ne reste que le rouge, la couleur du soleil couchant.

Emmanuel : Donc diffuser, au sens strict - que l'on a un peu tendance à oublier moi compris -, c'est répandre dans toutes les directions (cf. Académie française). D'une certaine manière, ce qui est diffusé en premier est perdu en premier. Si l'on suit la logique de Lord Rayleigh, plus il y a d'épaisseur de matériau diffusif, plus les couleurs correspondant à des longueurs d'ondes courtes sont "mises hors champ" parce qu'elles sont diffusées avant que les autres le soient.

Est-ce que cela peut avoir un impact par exemple en peinture ?

Jean-Louis : Le sfumato, mon bon ami, le sfumato. Un exemple typique de diffusion dans les couches picturales.

Pour ce que l'on en sait, le sfumato s'obtient en dispersant un pigment peu couvrant genre blanc de zinc dans le médium. Une comparaison serait quelques gouttes de lait dans de l'eau. Les particules d'oxyde de zinc (ou les globules de graisse du lait) agissent comme des centres diffusants, bien que le milieu demeure relativement transparent.

Emmanuel : On trouvera dans le chapitre XXXIII, « Ocre bleue : enfin une solution ? » une réflexion sur ce phénomène dans le cadre d'une application inventée par le peintre Degottex. Cliquer ici ou sur l'image.

En astronomie, grâce à l'effet Rayleigh on discernera aisément parmi les nébuleuses les parties nuageuses proches d'une étoile ou éclairées par réflexion car elles apparaissent en bleu, toujours pour la même raison : les longueurs d'ondes les plus courtes sont les premières réfléchies.

Cliquer sur l'image pour l'agrandir.

Copyright © Robert Gendler

(cité in Nasa Apod du 28/12/2001)