La réflectivité en physique et en ingénierie

Description de la réflectivité

La réflectivité est une mesure de la quantité de lumière ou d'énergie réfléchie par une surface, qui est importante dans de nombreux domaines scientifiques et techniques.

--Qu'est-ce que la réflectivité ?

Laréflectivité est le rapport entre la lumière ou l'énergie réfléchie et la lumière ou l'énergie incidente qu'une surface renvoie. La réflectivité est une propriété essentielle en science des matériaux et en optique, car elle détermine la manière dont les matériaux réfléchissent la lumière.

--Réflectivité et réflectance

Bien qu'elles soient utilisées comme synonymes, la réflectivité et la réflectance ne sont pas identiques. La réflectivité est une propriété d'un matériau définie comme la capacité du matériau à réfléchir l'énergie à toutes les longueurs d'onde. La réflectance est la mesure de la lumière réfléchie par rapport à la lumière incidente pour une longueur d'onde et un angle donnés.

--Réflectivité et émissivité

La réflectivité et l'émissivité sont des propriétés analogues mais opposées. La réflectivité mesure la capacité d'un objet à émettre de l'énergie sous forme de rayonnement thermique. La loi de Kirchhoff sur le rayonnement thermique indique qu'à l'équilibre thermique, la réflectivité est égale à un moins l'émissivité. Une forte réflectivité correspond à une faible émissivité, et vice versa.

Utilisations de la réflectivité

1) Panneaux solaires

Lespanneaux solaires utilisent des revêtements antireflets et des surfaces rugueuses pour réduire la réflexion de la lumière dans les longueurs d'onde que les cellules photovoltaïques absorbent le mieux, ce qui permet de piéger un maximum d'énergie. Cela permet d'améliorer l'efficacité en captant plus de lumière solaire sous forme d'électricité plutôt que sous forme de réflexion. Les revêtements antireflets sont généralement placés sur la surface des panneaux solaires afin de réduire la réflexion de la lumière et d'améliorer le piégeage de l'énergie.

2) Efficacité énergétique

Les matériaux réfléchissants sont utilisés dans les bâtiments efficaces pour réduire l'absorption de la chaleur, ce qui permet d'abaisser les températures intérieures. Les matériaux de toiture réfléchissants, par exemple, peuvent diminuer l'absorption de la lumière du soleil par les bâtiments, réduisant ainsi les coûts de climatisation.

3) Miroirs et instruments optiques

Les miroirs extrêmement réfléchissants sont utilisés dans un grand nombre d'équipements optiques, des télescopes aux microscopes en passant par les appareils laser et les caméras. La haute réflectivité de l'argent et de l'aluminium est essentielle au fonctionnement de ces instruments.

4) Technologie des radars et des satellites

La réflectivité a également des applications importantes dans les systèmes radar, où la réflectivité du matériau aux ondes électromagnétiques peut faire ou défaire une lecture. De même, les revêtements des satellites doivent être réfléchissants pour certaines longueurs d'onde de rayonnement afin de fonctionner au mieux.

5) Photographie

L'exposition photographique et la qualité de l'image sont influencées par la réflectivité de différentes surfaces. Les surfaces réfléchissantes sont utilisées pour refléter la lumière sur les objets dans la photographie de portrait et les méthodes d'éclairage.

Réflectivité des matériaux courants

1) Miroir (argent, aluminium)

Les miroirs sont généralement fabriqués à partir de métaux réfléchissants tels que l'argent ou l'aluminium. L'argent possède l'une des meilleures valeurs de réflectivité, avec une réflectivité qui reflète environ 95-98% de la lumière visible. L'aluminium présente également une réflectivité élevée, de l'ordre de 90 %. Ces deux matériaux peuvent être utilisés dans une large gamme d'applications allant des miroirs ménagers aux équipements de laboratoire.

2) Surfaces blanches

Les surfaces blanches, telles que la peinture ou le papier blanc, réfléchissent près de 80 à 90 % de la lumière visible. Le blanc est l'une des couleurs les plus appropriées pour la réflectance, car il diffuse la lumière dans toutes les directions et offre une réflexion maximale sur l'ensemble du spectre visible.

3) Surfaces noires

Les surfaces noires, telles que la peinture ou le tissu noir, absorbent la quasi-totalité de la lumière visible, avec une réflectance de seulement 5 à 10 %. Les matériaux noirs conviennent donc parfaitement aux applications où la chaleur doit être absorbée, comme dans les collecteurs solaires ou les échangeurs de chaleur.

4. le verre

Le verre est relativement réfléchissant et reflète environ 8 à 10 % de la lumière visible. La réflectivité varie toutefois en fonction de l'épaisseur, du revêtement et du type de verre. Par exemple, le verre réfléchissant des bâtiments et des fenêtres peut être revêtu pour augmenter la réflectivité jusqu'à 30 % et plus.

5) Métaux (or, cuivre, acier inoxydable)

Lesmétaux, en particulier les métaux précieux comme l'or et l'argent, sont d'excellents réflecteurs de la lumière. L'or, par exemple, réfléchit jusqu'à 98 % de la lumière visible et est également très réfléchissant dans l'infrarouge ; il est donc particulièrement utile dans des applications telles que les revêtements réfléchissants des télescopes spatiaux. Le cuivre, bien qu'il ne soit pas aussi réfléchissant que l'or, réfléchit tout de même environ 90 % de la lumière visible.

6) L'eau

L'eau réfléchit environ 10 % de la lumière visible, mais ce pourcentage augmente considérablement lorsque la surface de l'eau est calme. La réflectance de l'eau dépend également de la longueur d'onde, avec une réflectance plus élevée dans l'infrarouge et plus faible dans l'ultraviolet.

7) Bois et tissu

Le bois et le tissu ont un pouvoir réfléchissant relativement faible et reflètent 20 à 30 % de la lumière visible. La réflectance spécifique peut varier en fonction de la texture et de la couleur du matériau, et les bois et les tissus de couleur claire réfléchissent davantage que ceux de couleur foncée.

8) Béton

Les finitions en béton, en particulier les finitions sèches, reflètent environ 30 à 40 % de la lumière visible. La réflectivité peut être augmentée par l'utilisation de revêtements réfléchissants ou d'additifs dans le mélange.

9. le plastique

La réflectivité des plastiques peut varier considérablement en fonction de leur type et de leur finition. Les plastiques transparents comme l'acrylique peuvent avoir une réflectivité modérée, de l'ordre de 10 à 20 %. Les plastiques brillants ont une réflectivité de l'ordre de 80 à 90 %. Les plastiques mats ont une réflectivité plus faible car la lumière est dispersée.

10) Pierres et roches

Les pierres telles que le granit et le marbre ont une réflectivité modérée, généralement comprise entre 20 et 40 % pour leurs surfaces brillantes. Les pierres rugueuses ou non polies présentent une réflectivité plus faible et une diffusion plus diffuse.

Questions fréquemment posées

Quelle est la différence entre la réflectance et la réflectivité ?

La réflectivité est une propriété matérielle qui indique la capacité d'un matériau à réfléchir l'énergie de n'importe quelle longueur d'onde, tandis que la réflectance mesure la quantité de lumière réfléchie par rapport à la lumière incidente à une longueur d'onde et un angle spécifiques.

Comment la réflectivité contribue-t-elle à l'efficacité des panneaux solaires ?

Les matériaux à haute réflectivité ont la capacité de réduire l'absorption inutile de chaleur, minimisant ainsi la perte d'énergie et l'efficacité des panneaux solaires en général.

La réflectivité des matériaux est-elle modifiable ?

Oui, la réflectivité peut être modifiée en changeant la couleur, la composition ou la texture de la surface d'un matériau afin d'obtenir les propriétés de réflexion souhaitées pour une application donnée.

Quel est le lien entre la réflectivité et l'émissivité ?

L'émissivité est une mesure de la capacité d'un matériau à émettre de l'énergie sous forme de rayonnement thermique. L'émissivité est égale à un moins la réflectivité à l'équilibre thermique, et donc une réflectivité élevée implique une faible émissivité et vice versa.

Pourquoi la réflectivité est-elle importante dans les dispositifs optiques ?

La réflectivité des miroirs et des lentilles est cruciale car les meilleures propriétés de réflexion sont essentielles au bon fonctionnement des instruments optiques dans la focalisation, le guidage et la manipulation de la lumière.