Pourquoi le verre est-il transparent ?

[Laskar]

Comment explique-t-on la transparence, la semi-transparence ou l'opacité ? Encore une histoire de photons ??
-----

[deep_turtle]

Non, pas besoin de photons, l'électromagnétisme classique suffit. Le verre est constitué de molécules polarisables, c'est-à-dire dont le nuage électronique peut se déformer sous l'action d'un champ électrique, comme par exemple celui porté par une onde électromagnétique.

Quand une onde électromagnétique arrive dans le verre, le champ électrique variable fait vibrer les nuages moléculaires du milieu? Ceux-ci réémettent alors une onde (dès qu'on fait vibrer des charges électriques, ça rayonne). Il se trouve que l'onde émise collectivement par toutes les molécules du milieu est plus intense dans une certaine direction (un peu différente de la direction de départ en général, c'est le phénomène de réfraction). Du coup, l'onde se propage dans une direction bien définie dans le milieu au lieu d'être diffusée dans tous les sens et de tout brouiller : le milieu est transparent.

[Karibou Blanc]

Salut,

C'est bizare, parce que j'ai une explication totalement (en apparence) différente
En fait dans les solides la lumière intéragit principalement avec les électrons. Or, on montre que ces derniers sont distribués dans des bandes d'énergie séparées par des intervalles d'énergies interdites (gap). La classification isolant/conducteur s'explique comme suit : Une fois qu'on a rempli toutes les bandes permises avec nos électrons, il y a (grosso modo) deux cas de figure. Soit la dernière bande est pleine, soit elle est à moitié remplie. Si elle est pleine le solide est un isolant, car il n'existe pas d'état d'énergie légèrement supérieure disponible (le prochain est au dessus du gap). On ne peut donc pas accélérer les électrons avec un champ électrique externe. Chose qu'on peut faire si la bande est à moitié vide car des états libres très proches sont accessibles et on a un conducteur (les électrons peuvent bouger sont l'effet du champ).
Le rapport avec la lumière maintenant ? C'est assez simple, l'électron ne peut absorber le rayonnement (ie les photons) uniquement si il existe des états libres d'énergie légèrement supérieure au fondamental, dans le cas contraire la transition ne se fait pas, car le gap correspond à une énergie trop grande pour le rayonnement visible.
Le verre est un matériau isolant, les électrons ne "voient" pas la lumière qui arrive sur ce solide, ils restent figés et la lumière traverse comme s'il n'y avait rien.

Ton explication est-elle compatible avec la mienne deep_Turtle?

PS : je sais que le verre n'est pas forcément cristallin mais néanmoins on peut montrer que de telles bandes existent aussi dans le cas amorphe.

[deep_turtle]

Il faut que je réfléchisse sur la relation entre ces deux explications, mais il y a quelque chose qui me gêne dans la conclusion :

Le verre est un matériau isolant, les électrons ne "voient" pas la lumière qui arrive sur ce solide, ils restent figés et la lumière traverse comme s'il n'y avait rien.

Ce n'est pas correct, car si c'était le cas la lumière se propagerait dans ces milieux comme dans le vide et l'indice optique de tous les milieux transparents vaudrait 1, non ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[spi100]

Dans le cas d'un modèle classique -ce que décrit deep_turtle - on considère qu'un electron est lié à l'atome par un ressort avec une certaine fréquence propre, on ajoute un frottement qui tient compte du choc entre électrons. L'onde electromagnétique est absorbée si elle est en résonnance avec l'oscillateur, i.e. si sa fréquence est voisine de la fréquence propre de l'oscillateur. Si les fréquences propres ne sont pas dans le domaine du visible, le matériau est transparent.

La version quantique a été donnée par Karibou Blanc.

[Karibou Blanc]

Salut,

La constante diélectrique des isolants qui régit les lois de propagation (et d'absorption) de la lumière dans ces milieux est obtenue en tenant compte de la polarisation du matériau sous l'effet du champ électrique de la lumière incidente. Pour faire clair, les électrons ne sont pas libres dans les isolants, ils sont localisés sur les atomes du solide, ainsi le champ électrique de la lumière ne peut pas trop agir sur eux pour les faire ballader dans tout le cristal comme pour les métaux. Néanmoins ce champ peut générer des dipôles électriques dans le matériau, c'est à dire décaler légèrement les barycentres de charges négatives et positives sur chaque site atomique. C'est cela qu'on appelle la polarisation. C'est un effet considérablement plus faible que la conductivité électrique dans les métaux. Il a pour conséquence de modifier la propagation de la lumière dans les isolants mais pas trop (les indices n sont souvent proches de l'unité).
Dans les conducteurs cet effet est masqué par le fait que les électrons délocalisés peuvent agir beaucoup plus "librement" avec la lumière. D'ailleurs, la plupart du temps les indices de réfraction sont souvent élevés pour les conducteurs.

Bref, dans les isolants, les électrons sentent le champ électrique de la lumière mais ils sont trop fortement lié à l'atome pour pouvoir se déplacer librement (puisque la bande est pleine), la seule chose qu'ils sont capables de faire c'est de polariser la matière et ainsi modifier la propagation de la lumière.

Je ne sais pas si je suis bien clair mais c'est l'explication qui me vient à l'esprit en fin de journée

PS : les propriétés diélectriques des matériaux sont assez complexes, j'en ai abusivement simplifié le contenu (à tort peut être...) Si vous voyez une faiblesse, je suis preneur, c'est une question très interessante.

Bonne soirée !

[deep_turtle]

Moi ça me va très bien comme synthèse des deux points de vue !

[inviteed7336aa]

Salut,
Il me semble que le verre n'est pas transparent pour toute la bande du spectre lumineux, me trompé-je ?
A+

[spi100]

A priori, il doit bien absorber une ou plusieurs longueurs d'onde mais pas dans le domaine du visible en tout cas.

[deep_turtle]

En effet, le verre est bien transparent dans le visible mais commence à absorber dans l'UV. C'est pour ça qu'on bronze beaucoup moins dans sa voiture que sur la plage, et qu'on fait des cuves en quartz pour contenir des échantillons dont on veut faire de la spectroscopie UV...