Mon plus jeune a 6 ans ; un petit garçon du nouveau millénaire. Il n’est pas intéressé par les contes de fées. Ce qu’il trouve fascinant, c’est la physique. Surtout la physique des particules, bien que je ne pense pas qu’il sache vraiment la différence. Il est obsédé par le Grand collisionneur de hadrons du CERN et regarde les conférences TED avec Brian Cox. Il y en a un en particulier, qui parle de ce qui a mal tourné dans le LHC ; c’est son préféré. Je pense que c’est parce qu’à la fin, Brian Cox dit qu’ils essaient de découvrir les éléments constitutifs de l’univers en faisant entrer en collision de petites particules à la vitesse de la lumière. Ainsi, lorsque Léon regarde un arc-en-ciel, il n’imagine pas des pots d’or à la fin, mais plus probablement des particules qui entrent en collision et révèlent les blocs de construction de l’univers.

Le suivi de particules (appelé ray tracing en termes de lumière) est, en toute honnêteté, un très bon moyen de simuler la lumière et ses effets thermiques. La lumière se disperse, se réfléchit, se réfracte et provoque des effets thermiques sur l’objet avec lequel elle entre en contact. La réfraction est une propriété très importante de la lumière et est également responsable de certains phénomènes optiques naturels, dont les arcs-en-ciel. Donc, s’il y a un pot d’or à la fin de l’arc-en-ciel, c’est certainement un pot chaud !

Dans Simcenter STAR-CCM+ 2019.3, nous publions un nouveau solveur stochastique d’énergie thermique de rayonnement (RTE) basé sur la méthode de traçage de rayon Surface Photon Monte Carlo (PMC) avec modélisation de la réfraction. PMC est sans doute la méthode la plus précise pour RTE. Ainsi, le nouveau solveur (PMC) est très précis et très efficace, et modélise les effets de la réfraction et de la réflexion, ce qui le rend bien adapté aux applications des phares. Les comparaisons avec le Discrete Ordinate Model (DOM), qui est le seul autre modèle de rayonnement à modéliser la réfraction, montrent que le nouveau modèle PMC est plus efficace et plus précis dans la prédiction de la réfraction que DOM (consultez les images de comparaison).

La réfraction est le changement de direction de la lumière passant d’un milieu à un autre ou d’un changement graduel dans le milieu. Dans le cas des phares, cela peut être le plastique de la lampe frontale ou même l’air à l’intérieur. La réfraction est importante dans le domaine de la sécurité thermique. Afin de pouvoir prédire où la lumière créera un point chaud, nous devons savoir comment elle se réfracte. De cette façon, nous pouvons tenir compte de la charge thermique adéquate provenant des LED ou du soleil. Comme les phares comportent plusieurs matériaux émetteurs de rayonnement ainsi que le plastique externe, la lumière est réfractée et crée des points chauds dans certaines zones et la chaleur peut endommager le phare. Pourquoi est-ce important ? Laissez-moi vous donner quelques exemples :

Exemple 1 : L’ampoule est un point chaud sur la lentille de couverture, causé par la lentille optique, par exemple avec une lampe au xénon. Ce point chaud est typiquement plus chaud si la réfraction existe (monde réel ou modélisé) et donc important pour ces types de systèmes.

Exemple 2 : La lumière solaire (irradiation) est regroupée par une lentille optique (par exemple, une lampe au Xénon, une lumière LED) et a le point focal près d’une surface qui peut créer des dommages. Avec le nouveau modèle PMC de surface, nous pouvons prédire avec précision ces points chauds et modifier la conception en incluant des boucliers thermiques aux bons endroits, ce qui conduit à des conceptions meilleures et plus durables.

Les phares sont très chers et très délicats. Les nouveaux designs sont également transparents, ce qui fait de l’esthétique un aspect assez important. Pour que les fabricants de lampes frontales puissent maintenir l’esthétique, tout en étant confiants sur la durabilité, ils doivent prédire avec précision ces points chauds.

L’application que nous examinons aujourd’hui est l’éclairage des phares mais d’autres applications comme le médical (rayons X, IRM et radiothérapie), la fabrication de semi-conducteurs et la défense ont besoin d’une modélisation précise des propriétés des rayonnements, ce qui rend le PMC très attractif.

Retour à mon petit scientifique et à la réalité des arcs-en-ciel et de la réfraction. C’est tellement agréable de voir son enthousiasme ! L’autre jour, il m’a dit « Quand je serai grand, je serai un physicien principal au CERN ». J’ai bien sûr répondu : « C’est adorable, mon chéri ! Veux-tu être le prochain Brian Cox ? » Sa réponse m’a fait pleurer de rire et m’a rappelé qu’il n’était encore qu’un petit garçon. Il a dit, « Non maman, je préfère garder mon propre nom » ! !!

« Pour les petits scientifiques du futur »