La diffusion électromagnétique est l’effet physique d’une onde électromagnétique, telle que la lumière ou les ondes radio, frappant un objet. Au lieu de procéder en ligne droite, comme les ondes lumineuses le font sans entrave, la lumière se réfracte ou rebondit sur les textures microscopiques de l’objet. La diffusion électromagnétique est souvent responsable de l’apparition de la couleur, et a plusieurs formes distinctes.
Avec suffisamment de connaissances sur les particules et les ondes de diffusion, il est possible de prédire comment la lumière se diffusera. Le processus peut également fonctionner en sens inverse, car l’observation scientifique de la diffusion peut fournir des informations sur l’onde entrante et les particules qui la diffusent. L’étude de la diffusion a conduit à des avancées importantes dans plusieurs domaines, notamment l’imagerie générée par ordinateur, le radar et la technologie médicale.
Pourquoi le ciel est bleu est une question populaire qui peut être expliquée par la diffusion électromagnétique. La diffusion de Rayleigh est basée sur les expériences d’un scientifique anglais du début du 20e siècle, John Strutt, le troisième baron de Rayleigh. Ses travaux ont porté sur les effets de diffusion des ondes lumineuses sur des particules plus petites que les ondes entrantes. Parce que le bleu a une courte longueur d’onde, il est particulièrement sensible à la diffusion car il rebondit sur les particules de gaz de l’air entourant la Terre. Les teintes rouges, jaunes et oranges sont des longueurs d’onde beaucoup plus longues, c’est pourquoi elles ne sont visibles dans le ciel que lorsque l’on regarde près ou vers le soleil.
En raison de la petite taille des particules de diffusion dans la diffusion Rayleigh, la forme des particules n’est pas considérée comme significative. Les centres de diffusion plus grands sont couverts par la théorie de Mie de la diffusion électromagnétique, du nom du physicien allemand Gustav Mie. Mie a déterminé que les changements de couleur et d’opacité sont déterminants sur la taille et la forme du centre de diffusion. Son travail est considéré comme particulièrement utile pour comprendre la diffusion électromagnétique à travers les brumes ou les nuages.
Les solutions de Rayleigh et de Mie sont toutes deux considérées comme élastiques, ce qui signifie que la diffusion des ondes n’affaiblit pas significativement leur énergie. Plusieurs autres formes qui traitent des changements d’énergie dus à la diffusion électromagnétique existent également, notamment la diffusion Brillouin, Raman et Compton. La diffusion Compton est considérée comme particulièrement importante, car elle prouve que la lumière peut avoir les propriétés d’une onde et d’un flux de particules. La diffusion électromagnétique inélastique est utilisée dans plusieurs domaines, notamment l’astrophysique, la technologie des rayons X et la mesure de la réponse élastique des tissus vivants.
La diffusion électromagnétique est, à sa base, un concept simple, visible dans les situations de tous les jours. L’étude scientifique de la diffusion est extrêmement complexe, et même les différentes solutions énumérées ci-dessus n’expliquent pas complètement les effets et les résultats de toutes les situations de diffusion. Ce qui a été découvert a conduit à une formidable innovation scientifique dans les techniques d’imagerie, et nous a enfin permis de comprendre exactement pourquoi le ciel est bleu.