Il existe plusieurs théories qui expliquent la diffusion de la lumière par des particules de petite taille. Les 2 principales sont les théories de Rayleigh (pour les particules de taille inférieure à la longueur d'onde) et Mie (pour les particules de taille supérieure à la longueur d'onde). Elles font l'hypothèse de particules parfaitement sphériques avec des indices de réflexion, de réfraction et d'absorption. L'intensité de la lumière diffusée dépend donc non seulement de la taille de la particule mais aussi de sa nature ce qui rend plus difficile la classification des particules par taille. D'autant plus que les particules réelles ne sont pas des sphères parfaites (elles sont parfois même plutôt cylindriques).

• *Théorie de Mie**

Dans notre cas, puisqu'on s'intéresse à de la lumière proche du visible (quelques centaines de nanomètres) et à des particules entre 0.1 et 10 µm, on va regarder de plus près la théorie de Mie. La théorie de Mie prend en compte la réflexion directe sur la sphère ainsi que les réfractions après réflexions successives à l'intérieur de la sphère. Il est possible de simuler grâce au logiciel Mieplot l'intensité diffusée par une particule connaissant l'intensité et la longueur d'onde du faisceau incident, des distances de la particule à la source et des caractéristiques de la particule (taille, indices optiques).

Sur les graphes suivants générés avec le logiciel Mieplot, on remarque que comme le prévoient respectivement les modèles de Rayleigh et Mie, l'intensité diffusée varie comme la taille des particules à la puissance 6 quand leur taille est inférieure à la longueur d'onde et au carré de la taille si celle-ci est plus grande que la longueur d'onde. Les couleurs représentent les angles d'observation selon la légende suivante. (abscisses : taille en microns et ordonnées : intensité en UA)

• rouge - 0°
• jaune - 10°
• vert - 20°
• cyan - 40°
• bleu - 60°
• magenta - 90°

Ensuite, cette intensité varie en fonction de l'angle d'observation. Pour pouvoir discerner correctement les tailles des particules, il est important de placer le photo récepteur à un angle pour lequel l'intensité est une fonction strictement monotone de la taille des particules. Les couleurs représentent les tailles des particules selon la légende suivante.

• rouge - 10 um
• jaune - 5 um
• vert - 2.5 um
• cyan - 1 um
• bleu - 0.5 um
• magenta - 0.25um