Un modèle pour décrire un halo lumineux
Publié par Redbran le 15/11/2018 à 12:00
Source: CNRS INSIS
Quand un matériau diffusant recouvert d'une couche transparente est éclairé par un fin faisceau lumineux, un halo circulaire se forme à sa surface. Des chercheurs de l'institut Pprime, du laboratoire Hubert Curien et de l'Institut d'Optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) Graduate School, ont créé un modèle qui décrit complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique...) la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de...) spatiale et angulaire de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est...) par cette structure. Il devrait permettre une meilleure compréhension de l'aspect visuel de certains matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.), et pourrait aussi avoir des applications dans l'impression couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) et dans la synthèse d'images. Ces résultats sont publiés dans le Journal of the Optical Society of America A.


Plaque de verre de 4 mm d'épaisseur sur un papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres cellulosiques végétales et animales. Il se présente sous forme de feuilles minces et est considéré...) photographique blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec...) éclairée par un pointeur laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light...). (a) Contact optique entre la plaque et le support diffusant, (b) sans contact optique.

Un halo lumineux circulaire apparaît à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) d'un plaque photographique recouverte d'une couche d'émulsion lorsqu'on l'éclaire avec un fin faisceau lumineux. Cet effet, remarqué dès la fin du 19ème siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une...) par les photographes, avait ensuite été corrigé dans les films photographiques. Il se produit en fait avec diverses surfaces diffusantes recouvertes d'une couche transparente: objets vernis ou plastifiés, papiers couchés, céramiques émaillées, etc. Une équipe composée de chercheurs de l'institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le...) Pprime (CNRS/université de Poitiers), du laboratoire Hubert Curien (Hubert Curien (30 octobre 1924, Cornimont - 6 février 2005, Loury) est un cristallographe français, ministre de la recherche de 1984 à 1986.) (CNRS/université de Saint-Étienne) et de l'Institut d'optique graduate school, a créé un modèle mathématique (Un modèle mathématique est une traduction de la réalité pour pouvoir lui appliquer les outils, les techniques et les théories mathématiques, puis généralement, en sens inverse, la traduction des résultats...) qui décrit complètement le comportement de la lumière à l'origine de la formation de ce halo.

Quand un faisceau lumineux est dirigé sur le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés...) revêtu, il traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au ballast les charges des...) la couche transparente, puis frappe le matériau qui diffuse la lumière dans toutes les directions: une partie ressort de la couche, mais une autre est réfléchie à l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de...) entre la couche et l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de...), pour à nouveau frapper le matériau diffusant, et former un anneau lumineux autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) du point (Graphie) d'impact initial. Les chercheurs ont écrit les équations qui permettent de modéliser les multiples réflexions de la lumière, et la formation du halo à la surface du matériau. L'existence de ce halo indique qu'il existe une couche de revêtement en contact optique avec le support. Le diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le...) du halo lumineux permet d'estimer l'épaisseur de la couche transparente (si son indice de réfraction (L'indice de réfraction provient du phénomène de réfraction qui désigne le changement de direction de la lumière au passage d'un milieu à un autre. La notion d'indice a d'abord été introduite empiriquement comme coefficient...) est connu).

Ce modèle pourrait être utilisé afin de mieux comprendre l'aspect visuel d'objets vernis ou plastifiés. Ainsi, les imprimeurs ont depuis longtemps remarqué que les couleurs sont plus sombres et plus saturées sur des impressions en demi-tons plastifiées. Ce phénomène s'explique par le mécanisme modélisé par les chercheurs. Leur modèle pourrait donc servir à optimiser cet effet afin d'obtenir de meilleurs rendus d'impression. Par ailleurs, les chercheurs veulent utiliser leur modèle dans la synthèse d'images, en collaboration avec leurs collègues du Laboratoire d'InfoRmatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le...) en Image et Systèmes d'information (Liris, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public...) / INSA Lyon / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le 10 février 1878 à Paris, est un médecin et physiologiste...) Lyon 1 / Université Lumière Lyon 2 / École Centrale de Lyon), afin d'étudier l'influence du phénomène sur le rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D...) visuel des objets revêtus.

Références publication:
Halo and sub-surface scattering in the transparent coating on top of a diffusing material,
L. Simonot, M. Hébert, M. Gérardin, C. Montpeurt, T. Fournel,
JOSA A vol.35 (2018) 1192-1203.
https://doi.org/10.1364/JOSAA.35.001192

Contact chercheur:
Lionel Simonot - Institut Pprime
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