3. Cas des particules de dimension supérieure à la longueur d'onde. Application aux nuages
Lorsque les dimensions des particules augmentent, les relations (1) et (2) ne sont plus valables et la relation (3) prend une forme compliquée, faisant intervenir à la fois l'angle θ, le rapport α = R/λ du rayon R des particules à la longueur d'onde de la lumière et leur indice de réfraction, mais cette forme se simplifie à nouveau pour des particules sphériques transparentes si le rapport α est supérieur à 5. Les particules se comportent alors comme de minuscules dioptres sphériques, auxquels on peut appliquer les lois de l'optique géométrique. C'est le cas des gouttelettes nuageuses dans le domaine visible (R ≃ 5 μm).
Considérons une telle particule, de centre O, placée dans un faisceau parallèle d'axe Oz, et un rayon incident S I. Une partie de la lumière se réfléchit en I I′, le reste se réfracte suivant I I1. Une partie de l'énergie réfractée se réfléchit à l'intérieur, le reste se réfracte suivant I1 I′1 ; de même en I2, I3, etc. En faisant la somme des différentes intensités lumineuses réfléchies ou transmises par la gouttelette dans une direction donnée, on obtient l'intensité totale diffusée dans cette direction. On trouve que cette intensité est presque entièrement concentrée au voisinage de la direction de propagation du faisceau. Le flux occulté par chaque gouttelette et emprunté au faisceau par ce processus est de la forme Φ1 = Eπ R2, en représentant par E l'éclairement produit par le faisceau incident au niveau de la gouttelette.
Mais il faut également tenir compte de la diffraction par les bords de chaque gouttelette, dont le contour est assimilable à celui d'un écran circulaire opaque. La répartition des gouttelettes étant absolument irrégulière lorsqu'on observe le Soleil (constituant une source à l'infini) à travers un nuage peu épais, elles donnent une série d'anneaux de diffraction à l'infini. Le rayon angulaire ε de ces anneaux est donné par la relation :[…]
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