Qu'est-ce que la pression de radiation ?
La pression de radiation est la pression mécanique exercée sur une surface par le rayonnement électromagnétique, c'est-à-dire la lumière. Comme les photons transportent une quantité de mouvement, ils exercent une poussée sur tout objet qu'ils rencontrent. Bien que ce phénomène soit infime dans la vie courante, il devient déterminant pour les voiles solaires, les grains de poussière dans l'espace, les queues de comètes ou encore les lasers de haute puissance. Ce calculateur est universel : il ne repose que sur des constantes physiques et s'applique dans n'importe quel contexte.
Comment utiliser le calculateur
Saisissez l'intensité lumineuse \(I\) en watts par mètre carré (W/m²) — par exemple, la constante solaire au voisinage de la Terre vaut environ 1361 W/m². Indiquez ensuite si la surface est parfaitement absorbante ou parfaitement réfléchissante. L'outil affiche alors la pression de radiation en pascals (N/m²), ainsi que la force totale que cette pression produirait sur un kilomètre carré.
La formule expliquée
Pour une surface parfaitement absorbante, toute la quantité de mouvement des photons incidents est transférée : $$P = \frac{\text{Intensity }I}{c}$$ où \(c = 299\,792\,458\ \text{m/s}\) est la vitesse de la lumière. Pour une surface parfaitement réfléchissante, les photons font demi-tour, ce qui transmet deux fois plus de quantité de mouvement : $$P = \frac{2\,\text{Intensity }I}{c}$$ Les surfaces réelles se situent entre ces deux extrêmes selon leur pouvoir réfléchissant.
Exemple concret
Supposons qu'une lumière solaire d'intensité \(I = 1361\ \text{W/m}^2\) frappe une voile solaire parfaitement réfléchissante. On obtient alors $$P = \frac{2 \times 1361}{299\,792\,458} \approx 9{,}08 \times 10^{-6}\ \text{Pa}$$ Sur un kilomètre carré (\(10^6\ \text{m}^2\)), cela génère une force d'environ 9,08 N : minime, mais elle s'exerce en continu et accélère peu à peu une voile légère.
FAQ
Pourquoi la pression est-elle doublée sur une surface réfléchissante ? Un photon réfléchi voit sa quantité de mouvement varier du double de sa valeur initiale (il s'arrête puis repart en sens inverse), si bien qu'il transmet une impulsion deux fois plus grande que lorsqu'il est absorbé.
Quelle unité utiliser pour l'intensité ? L'intensité doit être exprimée en W/m². La pression est obtenue en pascals (N/m²).
Est-ce la même chose que la pression du vent solaire ? Non. Le vent solaire est un flux de particules chargées, tandis que la pression de radiation provient ici uniquement de la lumière (les photons).
