Transfert de rayonnement
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Le transfert de rayonnement est un domaine de la physique décrivant la propagation du rayonnement électromagnétique à travers la matière.
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Problématique
Dans de nombreuses applications il est utile de déduire les propriétés intrinsèques d'un objet à partir du rayonnement observé, par exemple en astrophysique puisqu'il n'y a pas de possibilité d'aller mesurer les propriétés physiques in situ. Dans ce cas il est nécessaire de modéliser :
- l'émission de rayonnement en un point de l'objet en fonction des propriétés en cet endroit ;
- la manière dont le rayonnement nous est transmis par la matière située entre le point d'émission et nous, ce qui constitue le transfert de rayonnement.
Par exemple, le soleil change est de couleur rouge au coucher et au lever parce que les rayons lumineux traversent une couche plus importante d'air qui diffuse préférentiellement le bleu et le violet, et laisse préférentiellement passer l'orange et le rouge, et non parce qu'il est intrinsèquement rouge.
Histoire
Théorie du transfert de rayonnement
Présentation générale
Le rayonnement en un point du matériau peut être
- absorbé, contribuant à chauffer le matériau ;
- diffusé, ce qui est susceptible de changer sa direction et sa fréquence ;
- émis par le matériau.
Le rayonnement subit ainsi une variation au cours de sa propagation (absorption, diffusion) et du temps (chauffage donc émission variable), ce qui se traduit par une équation différentielle portant sur les variables de position et de temps.
Le rayonnement dépend de
- trois variables de position,
- deux variables de direction,
- une variable de temps,
- une variable de longeur d'onde,
soit sept variables au total. Cette profusion de variables rend la résolution général du transfert de rayonnement difficile tant d'un point de vue théorique que numérique. De plus, il est à noter que le rayonnement a une influe sur la matière traversée (chauffage, donc modification de la structure) qui influe rétroactivement sur le rayonnement (émission). Aussi le traitement du transfert est-il itératif dans la grande majorité des cas.
Dans un grand nombre de cas, l'échelle de temps radiative est très courte par rapport à l'échelle de temps thermique, de sorte que l'on peut supposer le transfert de rayonnement comme quasi-statique, éliminant ainsi la variable temporelle. Dans d'autres cas, le nombre de variables de position peut être réduit à deux ou à une seule si la géométrie du système s'y prête. Enfin, il est courant d'utiliser des valeurs bolométriques pour le rayonnement afin d'éliminer la variable de longueur d'onde, mais il s'agit d'une approximation difficile à manier.
Milieu plan-parallèle
Cas général
Bibliographie
Ouvrages spécialisés en anglais :
- Subrahmanyan Chandrasekhar (1960) Radiative transfer, éd New York: Dover, ISBN 0486-6059-06
- Dimitri Mihalas (1970) Stellar atmospheres, éd. W. H. Freeman and company, ISBN 0716-7033-35