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Sciences & Technologies

Sujet : Question lumière solaire et surfaces réflechissantes
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Un_esclave7
Niveau 9
03 décembre 2020 à 11:53:31

La lumière solaire a des propriétés particulières, elle chauffe d'une certaine quantité, elle provoque certaines réactions sur la peau ou les plantes, elle agit via plusieurs longueurs d'ondes, etc. Maintenant, si nous réfléchissons cette lumière, par exemple via un miroir, les propriétés restent-elles strictement identiques ou bien y en a-t-il certaines qui sont perdues lors du processus ?

Je sais que nous aurons moins de lumière, par exemple 99%, mais est-ce que ces 99% se comporteront de la même façon, toutes proportions gardées, que la lumière initiale ?

blue-tamere
Niveau 12
03 décembre 2020 à 12:42:48

La lumiere qui nous vient de soleil comporte plusieurs longueurs d'onde, c'est a dire plusieurs "couleurs". Et un mirroir ne reflete pas forcement toutes les longueurs d'ondes de la meme maniere, la proportion de lumiere absorbee par rapport a celle reflechie depend de cette longueur d'onde.

En pratique je sais pas si c'est significatif pour le soleil et les mirroirs classiques... Mais en prenant les premieres courbes que j'ai trouve via google/wikipedia ca a l'air de joueur un petit role.
Apparemment le spectre de transmission ressemble a ca pour du verre de miroir classique.
https://en.wikipedia.org/wiki/Soda–lime_glass#/media/File:Soda-lime_glass,_typical_transmission_spectrum_(2_mm_thickness).svg
le graphe donne le pourcentage de lumière reflechie en fonction de la longueur d'onde (100%: tout est renvoye, 0%: tout est absorbe).
Alors que la spectre de longueur d'onde qu'on recoit du Soleil, au sol, ressemble a ca (la courbe coloree, AM1.5):
https://fr.wikipedia.org/wiki/Raies_de_Fraunhofer#/media/Fichier:Sonne_Strahlungsintensitaet.svg
(intensite lumineuse en fonction de la longueur d'onde)

Donc oui a priori la forme de ce spectre devrait etre un peu differente apres etre reflechie par un miroir classique (ca serait la meme chose si la premiere courbe etait une ligne horizontale)

Un_esclave7
Niveau 9
03 décembre 2020 à 23:37:55

Merci, c'est très intéressant.

A première vue, il semble exister des verres qui redirigent l'intégralité du spectre, mais je n'ai rien vu qui dépassait les 90%, exemple : https://www.researchgate.net/profile/Michal_Inglot/publication/318985472/figure/fig3/AS:525401799180289@1502276958768/Transmittance-measurements-for-the-different-type-of-glass-the-trade-names-of-each-type.png

Il me semblait pourtant qu'il existait des verres qui réfléchissaient plus de 99% de la lumière. :(

blue-tamere
Niveau 12
04 décembre 2020 à 00:05:48

plus de 90% pour certaines longueur d'onde ca se fait, voir par exemples les courbes ici:
https://www.newport.com/f/pinhole-free-broadband-metallic-mirrors
https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=139
https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=807 (tres proche de 100% pour des longueurs d'ondes specifiques)

Le dernier lien c'est le genre de miroirs qu'on peut retrouver sur des microscopes a fluorescence j'imagine, ou quand on joue avec des lasers pour d'autres raisons. On sait quel instrument on va utiliser, donc on sait qu'on n'a besoin que ca réfléchisse parfaitement (ou presque) seulement sur une gamme très limitée de longueur d'onde.

J'y connais rien a fabrication de systèmes optiques, et ca m'intéresse pas assez pour y passer beaucoup de temps :hap: apparemment pour arriver a de tres bonnes performances sur certaines gammes de longueur d'onde il y a des traitement de surface tres specifiques, du coup je sais pas si c'est possible de faire un mirroir qui soit "tres performant" (a definir) sur "tout" le spectre (a definir aussi, on peut considerer des longueurs d'onde arbitrairement petites ou grandes, faut se fixer des limites). Sur un autre site d'un des constructeurs/vendeurs d'optique les plus populaires (pour applications scientifiques) il y a souvent des explications sympa si ca t'interesse vraiment (pas que pour des trucs compliques d'ailleurs, meme pour des notions de base en optique parfois, genre distance focale et cie):
https://www.edmundoptics.com/knowledge-center/trending-in-optics/high-reflectivity-mirrors
J'ai pas regarde, c'est peut etre imbitable sans deja s'y connaitre en optique... en tout cas ils parlent meme de >99.98% dans certains cas

Un_esclave7
Niveau 9
04 décembre 2020 à 13:14:28

C'est intéressant, mais apparemment ce n'est utilisé que dans des situations précises de pointe, localisées, comme la microscopie comme tu l'as signalé. Je me suis renseigné et la fibre optique serait l'outil le plus utilisé pour transporter la lumière solaire dans des milieux clos, c'est-à-dire la fibre de verre. Bien que je ne sois pas certain du type de verre qui est utilisé pour cette fibre, son spectre de transmission engloberait l'intégralité du spectre solaire de manière relativement uniforme, mais avec seulement ~90% d'efficacité. Quelque chose comme ça : https://www.researchgate.net/profile/Stephen_Hoon/publication/235353465/figure/fig3/AS:295493751066646@1447462608652/Optical-transmission-of-the-Borofloat-borosilicate-glass-window-in-the-visible-and-PAR.png

Je ne sais pas exactement comment la fibre optique fonctionne, mais une telle transmission impliquerait qu'il n'y ait qu'une ou deux réflexions en jeu même sur des centaines de mètres et à travers différents niveaux pour que la lumière restituée reste raisonnable. :(

Les applications ont l'air vraiment sympas, avec notamment l'illumination naturelle de milieux clos :

  • https://dornob.com/windowless-daylight-fiber-optics-project-sun-sky-inside/
  • https://news.energysage.com/solar-fiber-optic-lighting-overview/

et même de l'agriculture en intérieur :

  • https://www.ted.com/talks/stuart_oda_are_indoor_vertical_farms_the_future_of_agriculture/transcript
  • https://www.youtube.com/watch?v=smLnDFdbP20
blue-tamere
Niveau 12
05 décembre 2020 à 11:37:03

Oui j'ai un peu oublie que tu parlais de lumiere naturelle dans le dernier message.. Je connaissais pas, ca a l'air sympa comme application.

Pour ce qui est de la fibre optique, je ne sais pas exactement pourquoi il n'y a pas beaucoup de pertes, mais clairement il y a beaucoup reflexions, ca doit être au moins de l'ordre du millier par metre. Je comprends pourquoi il y a l'air d'avoir un problème vis-a-vis de la discussion d'au dessus, mais les phenomenes en jeu sont quand meme assez different. Typiquement pour un mirroir on considere des rayons pas loin d'etre perpendiculaire a la surface, alors que dans une fibre optique les rayons lumineux sont plus "rasants". J'imagine que ca change pas mal de choses au niveau des proprietes d'absorption.
Ce lien explique les bases assez clairement je trouve, ca n'explique pas en detail pourquoi les fibres optiques marchent aussi bien mais ca pose les bases https://www.edmundoptics.com/knowledge-center/application-notes/optics/optics-101-level-1-theoretical-foundations/

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