Liste de phénomènes optiques

Une aurore boréale typique.

Un phénomène optique est le nom générique donné à tout événement observable résultant de l'interaction entre la lumière et la matière. Ils peuvent être des effets très généraux et fondateurs, comme la diffraction ou la réfraction, ou bien être le résultat de plusieurs effets optiques combinés.

Les phénomènes atmosphériques, les plus visibles et connus des effets optiques, liés à l'interaction de la lumière du Soleil ou de la Lune avec l'atmosphère, les nuages, l'eau ou les poussières sont appelés photométéores. Il en existe d'autres, liés, eux, à l'interaction de particules chargées avec l'atmosphère.

Les autres phénomènes sont des aspects ou des effets de l'interaction plus générale de la lumière avec la matière, au niveau micro ou macroscopique, de l'émission ou de l'absorption de la lumière. Lorsque la lumière est d'une intensité particulièrement importante, les phénomènes perdent leur caractère linéaire et l'on obtient des phénomènes non-linéaires.

Lorsque les effets optiques ne sont pas le résultat de l'interaction de la lumière avec la matière mais un effet neurologique de l'analyse de l'image par l’œil, comme les illusions d'optique, ou bien dont la source est dans l’œil lui-même, on parle alors de phénomène entoptique.

Phénomènes atmosphériques

Les aurores polaires sont le résultat de l’interaction de particules chargées avec la magnétosphère d'une planète^[1].

Phénomènes visibles dans le ciel

On retrouve les halos^[2],[3],[4] et arcs, phénomènes entourant les astres visibles dans le ciel, comme le Soleil ou la Lune, au aparaissant simplement dans le ciel :

• Anthélie et antisélène
• Arc circumhorizontal, circumzénithal^[5], infralatéral, supralatéral et supérieur de Parry
• Cercle parhélique, cercle parasélénique, et leurs variantes le cercle subparhélique, et le cercle suparasélénique
• Bande sombre d'Alexandre^[6]
• Colonne lumineuse^[7]
• petit et grand halo
• Parhélie^[8], paranthélie et parasélène
• Anneau de Bishop
• Arc blanc^[9]
• Arc-en-ciel^[10], qui peut se former grâce à la lumière solaire ou lunaire, ou même dans la rosée
• Gegenschein et Heiligenschein
• Gloire
• Spectre de Brocken
• Sous-soleil

Couleur du ciel

La couleur du ciel même est un phénomène optique en soit : variable selon la météo, la composition de l'atmosphère et l'heure, elle est fortement dépendante aussi de la présence de nuages.

• Heure bleue
• Lumière zodiacale
• Ceinture de Vénus, ou arche anticrépusculaire^[11]

Mirages et réfraction atmosphérique

• Réfraction atmosphérique^[12], qui permet d'obtenir le phénomène de la lune rousse
• Mirage

On retrouve plusieurs types de mirages particuliers :

• Fata Morgana (optique)
• Effet Novaya Zemlya
• Rayon vert liant un phénomène de réfraction atmosphérique et de diffusion

Phénomènes généraux optiques

Les interactions très générales connues depuis le plus longtemps en optique sont :

• Réfraction^[12]
• Réflexion^[12]
• Absorption

Il existe quelques phénomènes optiques liés à ceux-ci :

• Réflexion totale^[13],[14]
• Réflexion totale frustrée^[12]
• Dispersion^[15]
• Double réfraction : c'est l'observation du phénomène de double réfraction qui a permis de découvrir la biréfringence des matériaux^[16]

Diffraction

La diffraction si elle n'est pas limitée à la seule optique, puisque c'est un phénomène agissant sur toute particule, est un phénomène particulièrement important en optique^[17].

• Diffraction de Bragg

Interférences

Les interférences, comme la diffraction, si elles ne se limitent pas à la seule optique, sont un phénomène important de l'optique^[18]. On trouve quelques phénomènes connus liés aux interférences :

• Interférence par une couche mince^[19]
• Anneaux de Newton^[20]
• Brouillage^[21]
• Inversion de contraste^[22]

Anisotropie de la matière et polarisation

L'anisotropie des milieux peut créer plusieurs phénomènes optiques :

• Biréfringence
• Dichroïsme et pléochroïsme^[23]
• Photoélasticité^[24]
• Polarisation

Diffusion

Deux types de diffusion interviennent en tant que phénomènes optiques, relevant de l'interaction de la lumière avec la matière^[25] :

• Diffusion de Mie
• Diffusion de Rayleigh

Phénomènes de luminescence

• Fluorescence
• Phosphorescence

Les phénomènes de luminescence sont en général subdivisés en^[26] :

Effets optiques

• Effet photoélectrique
• Effet laser^[29]
• Effets magnéto-optiques^[29] :
  • Effet Faraday
  • Effet Kerr magnéto-optique
• Effet Kerr^[30],[31]
• Effet Kerr électro-optique

• Photoionisation^[22]
• Photodissociation^[24]

Phénomène chiraux optiques^[32] :

• Activité optique
• Dichroïsme circulaire

• Chatoyance
• Effet Umov
• Effet Zeeman
• Métamérisme
• Radiation de synchrotron

Phénomènes non-linéaires

Lorsque la lumière que l'on utilise est d'un puissance particulièrement forte, des effets non-linéaires interviennent lors des interactions lumière-matière :

• Autofocalisation^[1]
• Effet photoréfractif^[33]
• Doublement de fréquence^[16]
• Génération de seconde harmonique^[34]
• Génération de troisième harmonique^[35]
• Génération de la fréquence somme^[36]
• Génération de différence de fréquence^[36]
• Effet magnétochiral^[36]
• Biréfringence magnétochirale inverse^[36]
• Rotation optique non-linéaire^[36]
• Dichroïsme circulaire non-linéaire^[36]
• Activité optique cohérente Raman^[36]
• Effet Kerr optique^[35]

Phénomènes entoptiques

Les phénomènes entoptiques résultent de la structure de l'œil :

• Houppe d’Haidinger
• Polyplopie monoculaire
• Phosphène

Phénomènes optiques en minéralogie

Les gemmes, cristaux et pierres sont susceptibles, à cause de leur cristallographie ou leurs inclusions et leur structure, de faire apparaître des phénomènes optiques ; diffraction, diffucion ou changements de couleurs ont lieu, donnant des aspects très particuliers aux minéraux dont quelques noms sont rassemblés ci-dessous^[37] :

• Adularescence
• Opalescence
• Aventurescence (en)
• Chatoyance (en)
• Astérisme
• Ténébrescence (en)

Annexe

Notes et références

Bibliographie

 : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

• Richard Taillet, Pascal Febvre et Loïc Villain, Dictionnaire de physique, De Boeck, coll. « De Boeck Supérieur »,‎ novembre 2009, 754 p. 
• David K. Lynch, Aurores, mirages, éclipses... Comprendre les phénomènes optiques de la nature, Dunod
  Livre consacré aux phénomènes atmosphériques
• Michael Cagnet, Maurice Françon et Jean-Claude Thrier, L'atlas des phénomènes optiques, Springer Verlag,‎ 1962
  Ce livre recense et illustre les principaux phénomènes de l'optique : diffraction à l'infini et en champ proche, interférences, etc.

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