Énergie rayonnante

Photons
Que les physiciens me pardonnent pour les simplifications qui vont suivre !
La lumière est composée de petites particules d’énergie, les photons.
Les photons se déplacent en ondulant, un peu comme un serpent.

Leur trajectoire est droite. Ils forment ainsi des rayons lumineux.

Une source de lumière incandescente, comme une bougie ou la plus naturelle, le soleil, émet des rayons lumineux dans toutes les directions.

Réflexion

Un rayon lumineux, issu de la source de lumière s’appelle un rayon incident.
Un peu comme une boule de billard, un rayon incident, après avoir percuté un obstacle est renvoyé dans une nouvelle direction, il devient un rayon réfléchi.

Angle de réflexion

L’angle de réflexion est égal à l’angle d’incidence.
Ces deux angles se mesurent par rapport à la normale au plan considéré (la perpendiculaire à ce plan).
Lorsque le plan est courbe, il faut considérer la normale à la tangente de ce plan.

Selon la nature de la surface rencontrée, les rayons lumineux vont se comporter de différentes façons.

Pour vous familiariser avec le jeu des lumières colorées, si important en photographie couleur comme en photographie noir et blanc, j’ai systématiquement utilisé trois rayons de couleur : un bleu, un vert, un rouge.
Une introduction en douceur aux synthèses additive et soustractive.

Objet blanc

En percutant une surface blanche, la quasi-totalité des rayons lumineux d’une lumière blanche (soit un mélange à 33% de bleu, 33% de vert, 33% de rouge)est réfléchie.

Il n’y a jamais de réflexion totale, à 100% !
Le pouvoir réfléchissant d’une surface est indiqué par son albédo.
Sur le schéma, j’ai fait figurer en pointillé la proportion de lumière absorbée par le matériau.
L’énergie de cette lumière absorbée par le matériau est transformée en chaleur.
L’effet est négligeable pour un matériau blanc, une très faible proportion de la lumière étant absorbée.
La quasi-totalité de la lumière est réfléchie, la proportion à 33% entre le bleu, le vert, le rouge est conservée.
Ces rayons réfléchis par ce matériau, sont captées par la rétine de l’œil.
Le mélange de bleu, de vert, de rouge sera interprété par le cerveau comme une lumière blanche.
L’objet est perçu blanc.

Objet noir

Cet objet éclairé par une lumière blanche, soit 33% de bleu, de vert, de rouge nous paraît noir parce qu’il absorbe la quasi-totalité des rayons lumineux et n’en réfléchie qu’une infime partie.
Il n’y a pratiquement pas de lumière réfléchie, l’absence de lumière au niveau de l’œil de l’observateur est traduite par le cerveau comme une couleur noire.

Absence de lumière = absence d’impression colorée.
Il n’existe jamais d’absorption totale, il y a toujours un résidu de rayons réfléchis.
Pour obtenir l’absorption maximum les photographes utilisent du velours de coton noir.
La plupart des rayons lumineux qui éclairent un objet noir, est absorbée par celui-ci et convertie en chaleur.
Cette propriété est utilisée pour les chauffe-eau solaires.
Vous pouvez vous livrer à une expérience très simple.
Prenez deux boîtes métalliques identiques comme des boîtes à thé.
Peignez-en une en blanc, l’autre en noir mat.
Remplissez ces deux boîtes d’eau et mettez les en plein soleil.
Une heure après, l’eau de la boîte noire sera chaude !

Certaines matières ont la propriété de réfléchir certain rayons lumineux et d’en absorber d’autres.

Objet bleu

La matière absorbe les rayons verts et rouges, les transforme en chaleur.

Seul le rayonnement bleu réfléchi peut parvenir à l’œil de l’observateur.
Cet objet nous paraît bleu.

Objet vert

La matière absorbe les rayons bleus et rouges, les transforme en chaleur.

Seul le rayonnement vert réfléchi et parvient à l’œil de l’observateur.
Cet objet est perçu vert.

Objet rouge

La matière absorbe les rayons bleus et verts, les transforme en chaleur.
Seul le rayonnement rouge réfléchi et parvient à l’œil de l’observateur. Cet objet est perçu rouge.

Objet jaune

La matière absorbe les rayons bleus, les transforme en chaleur.
Seul les rayonnements verts et rouges sont réfléchis.

Cet objet est interprété jaune (mélange rouge + vert).

Objet magenta

La matière absorbe les rayons verts, les transforme en chaleur.
Seul les rayonnements bleus et rouges sont réfléchis et peuvent parvenir à l’œil de l’observateur.

Cet objet nous paraît magenta (mélange bleu + rouge).

Objet cyan

La matière absorbe les rayons rouges, les transforme en chaleur.
Seul les rayonnements bleus et verts sont réfléchis et peuvent parvenir à l’œil de l’observateur.

Cet objet nous paraît cyan (mélange bleu + vert).

Diffusion

La diffusion des rayons lumineux peut se faire par transmission ou par réflexion.

Diffusion par réflexion

En rencontrant un objet dont la surface est irrégulière, les rayons lumineux sont réfléchis, en raison des angles d’incidence, dans toutes les directions.

Les plaques de polystyrène expansé, utilisées par les photographes, en sont le meilleur exemple.

Transmission

Un rayon lumineux traverse sans être dévié, un objet transparent simple, comme une vitre.

Dans le détail, ce n’est pas tout à fait exact.
Reportez-vous au chapitre “notions d’optique” pour en savoir plus !

Diffusion par transmission

Les rayons lumineux sont déviés dans toutes les directions dans la structure de la matière d’un verre dépoli, d’une feuille de papier calque ou d’une plaque d’Altuglas translucide.

De même dans un nuage, les rayons lumineux de la lumière solaire sont déviés par les gouttelettes en suspension.
 La lumière est diffusée.
 Le contraste baisse.
 Les ombres sont adoucies.