Indice de réfraction
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L'indice de réfraction d'un milieu est une grandeur qui caractérise la vitesse de propagation de la lumière dans ce milieu. Il intervient notamment dans les phénomènes de réfraction (d'où son nom) qu'on observe quand un rayon lumineux passe d'un milieu à un autre. La notion d'indice a d'abord été introduite empiriquement comme coefficient dans les lois de Snell-Descartes.
Sommaire |
[modifier] Définition
L'indice de réfraction d'un milieu déterminé pour une certaine radiation monochromatique caractérise la vitesse de propagation de cette radiation dans ce milieu, v étant la vitesse de propagation de la radiation considérée dans le milieu étudié.
Plus précisément, l'indice de réfraction du milieu A par rapport au milieu B est le rapport des vitesses vB / vA, vA et vB étant les vitesses de la même radiation simple dans les milieux A et B. Si le milieu B est le vide, la vitesse vB est égale à la constante c = 299 792 458 m/s (célérité de la lumière), et l'indice de réfraction est appelé indice absolu :
Dans le modèle de l'onde électromagnétique, la célérité dans le vide est reliée aux propriétés électromagnétiques du vide (ɛ0μ0c² = 1) et l'indice est donc lié aux permittivité et perméabilité du matériau : ɛr, μr.
[modifier] Variations de l'indice de réfraction...
[modifier] ... avec la longueur d'onde
La valeur de l'indice dépend généralement de la longueur d'onde du rayon lumineux utilisé.
La première conséquence est l'effet sur la réfraction : l'angle de réfraction n'est pas le même pour différentes « couleurs ». Ceci explique la décomposition de la lumière par un prisme ou par des gouttes d'eau (arc-en-ciel). Ce phénomène est aussi responsable des aberrations chromatiques dans les instruments d'optique.
Les indices de réfraction doivent donc se référer à une radiation monochromatique précise : la raie D de l'hélium (longueur d'onde 587,6 nm), proche du milieu du spectre visible, est utilisée fréquemment comme référence. On utilise également la raie D du sodium (longueur d'onde 589 nm). Il faut donc faire attention puisque toutes les deux ont tendance à être représentées par l'indice « nD », mais puisque les valeurs des deux longueurs d'ondes sont très près l'une de l'autre, les indices sont généralement équivalents dans les deux cas, compte tenu de l'arrondissement des décimales et des incertitudes liées aux instruments de mesures.
La variation de l'indice de réfraction d'un milieu transparent dans le spectre visible est appelée dispersion ; elle est caractérisée par le coefficient de dispersion ou nombre d'Abbe :
F et C désignant deux raies de l'hydrogène (longueurs d'onde λF = 486,1 nm et λC = 656,3 nm)
Pour la radiation D, l'indice absolu nD de l'eau à 20°C est de 1,333 ; celui d'un verre ordinaire est compris entre 1,511 à 1,535.
Pour la lumière visible, une approximation satisfaisante des variations de l'indice avec la longueur d'onde est donné par la Loi de Cauchy[1]
où a0 et a1 sont des coefficients positifs, a0 sans unité, a1 en m², à préciser pour chaque milieu.
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Longueur d'onde (nm) | Source | BK7 | SF2 | Silice UV | CaF2 | MgF2 (nO) | MgF2 (ne) | Quartz cristallin (nO) | Quartz cristallin (ne) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
193 | Laser excimère ArF | 1,65528 | 1,52127 | 1,57077 | 1,50153 | 1,42767 | 1,44127 | 1,66091 | 1,67455 |
244 | Laser excimère ArF | 1,58265 | 1,98102 | 1,51086 | 1,46957 | 1,40447 | 1,41735 | 1,60439 | 1,61562 |
248 | Laser excimère ArF | 1,57957 | 1,93639 | 1,50855 | 1,46803 | 1,40334 | 1,41618 | 1,60175 | 1,61289 |
257 | Laser à l'argon ionisé | 1,57336 | 1,86967 | 1,50383 | 1,46488 | 1,40102 | 1,41377 | 1,59637 | 1,60731 |
266 | Laser à Nd:YAG | 1,56796 | 1,82737 | 1,49968 | 1,46209 | 1,39896 | 1,41164 | 1,59164 | 1,60242 |
308 | Laser excimère XeCl | 1,55006 | 1,73604 | 1,48564 | 1,45255 | 1,39188 | 1,40429 | 1,57556 | 1,58577 |
325 | Laser HeCd | 1,54505 | 1,71771 | 1,48164 | 1,44981 | 1,38983 | 1,40216 | 1,57097 | 1,58102 |
337,1 | Laser N2 | 1,54202 | 1,70749 | 1,47919 | 1,44813 | 1,38858 | 1,40085 | 1,56817 | 1,57812 |
351 | Laser excimère XeF | 1,53896 | 1,69778 | 1,47672 | 1,44642 | 1,38730 | 1,39952 | 1,56533 | 1,57518 |
351,1 | Laser à l'argon ionisé | 1,53894 | 1,69771 | 1,47671 | 1,44641 | 1,38729 | 1,39951 | 1,56531 | 1,57516 |
354,7 | Laser Nd:YAG | 1,53821 | 1,69548 | 1,47612 | 1,44601 | 1,38699 | 1,39920 | 1,56463 | 1,57446 |
363,8 | Laser à l'argon ionisé | 1,53649 | 1,69029 | 1,47472 | 1,44504 | 1,38626 | 1,39844 | 1,56302 | 1,57279 |
404,7 | Arc au mercure, raie h | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
416 | Laser au kripton ionisé | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
435,8 | Arc au mercure, raie g | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
441,6 | Laser HeCd | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
457,9 | Laser à l'argon ionisé | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
465,8 | Laser à l'argon ionisé | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
472,7 | Laser à l'argon ionisé | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
476,5 | Laser à l'argon ionisé | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
480 | Arc au cadmium, raie F' | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
486,1 | Arc à l'hydrogène, raie F | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
488 | Laser à l'argon ionisé | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
496,5 | Laser à l'argon ionisé | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
501,7 | Laser à l'argon ionisé | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
510,6 | Laser à vapeur de Cu | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
514,5 | Laser à l'argon ionisé | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
532 | Laser Nd:YAG | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
543,5 | Laser HeNe | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
546,1 | Arc au mercure, raie e | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
578,2 | Laser à vapeur de Cu | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
587,6 | Arc à l'hélium, raie d | 1,51680 | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
589,3 | Arc au sodium, raie D | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
594,1 | Laser HeNe | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
611,9 | Laser HeNe | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
628 | Laser rubis | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
632,8 | Laser HeNe | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
635 | Diode laser | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
643,8 | Arc au cadmium, raie C' | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
647,1 | Laser au kripton ionisé | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
650 | Diode laser | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
656,3 | Arc à l'hydrogène, raie C | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
670 | Diode laser | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
676,4 | Laser au kripton ionisé | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
694,3 | Laser rubis | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
750 | Diode laser | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
780 | Diode laser | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
830 | Diode laser | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
850 | Diode laser | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
852,1 | Arc au césium, raie s | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
905 | Diode laser | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
980 | Diode laser | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
1014 | Arc au mercure, raie t | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
1053 | Laser Nd:YLF | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
1060 | Laser Nd:verre | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
1064 | Laser Nd:YLF | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
1300 | Diode laser | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
1320 | Laser Nd:YLF | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
1550 | Diode laser | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
1970.1 | Arc au mercure | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
2100 | Laser Ho:YAG | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
1325,4 | Arc au mercure | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
2940 | Laser Er:YAG | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x | 1,x |
[modifier] ... avec la température
L'indice d'un milieu dépend des paramètres qui caractérisent le milieu : température, pression, densité, etc.
Ainsi, l'indice de l'air est égal à 1,000 292 6 dans les conditions normales de température et de pression, mais cet indice dépend de la masse volumique de l'air, et sa variation continue entre des couches d'air de température différente. Ceci permet d'expliquer les mirages.
[modifier] ... avec la pression
Les contraintes imposées à un matériau transparent modifient son indice. La conséquence est généralement l'apparition d'une biréfringence liée à l'anisotropie qui en résulte. Ceci est utilisé pour étudier certaines structures mécaniques.
[modifier] ... avec la direction de propagation : la biréfringence
Certains matériaux n'ont pas un indice de réfraction isotrope : il dépend alors de la direction de propagation et l'état de polarisation de la lumière. Cette propriété porte le nom de biréfringence.
[modifier] Liste d'indices de réfraction
Matériau | Indice |
---|---|
Acétone [3] | 1.360 |
Acier | 2.500 |
Actinolite [3] | 1.618 |
Agalmatolite [3] | 1.550 |
Agate [3] | 1.544 |
Agate mousse [3] | 1.540 |
Aigue-marine [3] | 1.577 |
Air [3] | 1.0002926 |
Alcool [3] | 1.329 |
Alcool éthylique [3] | 1.36 |
Alexandrite [3] | 1.745 |
Aluminium [3] | 1.44 |
Amblygonite [3] | 1.611 |
Ambre [3] | 1.546 |
Améthyste [3] | 1.544 |
Anatase [3] | 2.490 |
Andalousite [3] | 1.641 |
Anhydrite [3] | 1.571 |
Apatite [3] | 1.632 |
Apophyllite [3] | 1.536 |
Aragonite [3] | 1.530 |
Argent [3] | 0.180 |
Argon [3] | 1.000281 |
Augelite [3] | 1.574 |
Axinite [3] | 1.675 |
Azote (gaz) [3] | 1.000297 |
Azote (liquide) [3] | 1.2053 |
Azurite [3] | 1.730 |
Baryte [3] | 1.636 |
Barytocalcite [3] | 1.684 |
Bénitoïte [3] | 1.757 |
Benzène [3] | 1.501 |
Béryl [3] | 1.577 |
Béryllonite [3] | 1.553 |
Bisulfure de carbone [3] | 1.628 |
Bitume [3] | 1.635 |
Brasilianite [3] | 1.603 |
Brome (liquide) [3] | 1.661 |
Bronze [3] | 1.18 |
Brownite [3] | 1.567 |
Calcédoine [3] | 1.530 |
Calcite [3] | 1.486 |
Cancrinite [3] | 1.491 |
Caoutchouc | 1.5191 |
Cassitérite [3] | 1.997 |
Célestine [3] | 1.622 |
Cérusite [3] | 1.804 |
Ceylonite [3] | 1.770 |
Chalbyte [3] | 1.630 |
Chlore (gaz) [3] | 1.000768 |
Chlore (liquide) [3] | 1.385 |
Chlorure de sodium [3] | 1.544 |
Chrome [3] | 2.97 |
Chrome jaune [3] | 2.31 |
Chrome rouge [3] | 2.42 |
Chrome vert [3] | 2.4 |
Chrysobéryl [3] | 1.745 |
Chrysocolle [3] | 1.500 |
Chrysoprase [3] | 1.534 |
Citrine [3] | 1.550 |
Clinozoisite [3] | 1.724 |
Cobalt bleu [3] | 1.74 |
Cobalt vert [3] | 1.97 |
Cobalt violet [3] | 1.71 |
Colémanite [3] | 1.586 |
Coquille (calcaire) [3] | 1.530 |
Corail [3] | 1.486 |
Cordiérite [3] | 1.540 |
Corindon [3] | 1.766 |
Craie [3] | 1.510 |
Cristal [3] | 2.00 |
Cristal d'iode [3] | 3.34 |
Crocoïte [3] | 2.310 |
Cuivre [3] | 1.10 |
Cuprite [3] | 2.850 |
Danburite [3] | 1.633 |
Diamant [3] | 2.417 |
Diopside [3] | 1.680 |
CO2 (gaz) [3] | 1.000449 |
Disthène | 1.715 |
Dolomite [3] | 1.503 |
Dumortiérite [3] | 1.686 |
Eau (gaz) [3] | 1.000261 |
Eau à 100°C [3] | 1.31819 |
Eau à 20°C [3] | 1.33335 |
Eau à 35°C [3] | 1.33157 |
Ebonite [3] | 1.66 |
Ecume de mer [3] | 1.530 |
Ekanite [3] | 1.600 |
Émeraude [3] | 1.576 |
Enstatite [3] | 1.663 |
Epidote [3] | 1.733 |
Ethanol [3] | 1.36 |
Euclase [3] | 1.652 |
Feldspath, albite [3] | 1.525 |
Feldspath, amazonite [3] | 1.525 |
Feldspath, aventurine [3] | 1.532 |
Feldspath, labradorite [3] | 1.565 |
Feldspath, microcline [3] | 1.525 |
Feldspath, oligoclase [3] | 1.539 |
Feldspath, orthose [3] | 1.525 |
Fer [3] | 1.51 |
Fluorine [3] | 1.434 |
Flurorure [3] | 1.56 |
Formica (marque déposée) (résine) [3] | 1.47 |
Gaylussite [3] | 1.517 |
Glace [3] | 1.309 |
Glycérine [3] | 1.473 |
Grenat, almandin [3] | 1.760 |
Grenat, andradite [3] | 1.820 |
Grenat, grossulaire [3] | 1.738 |
Grenat, hessonite [3] | 1.745 |
Grenat, rhodolite [3] | 1.760 |
Grenat, spessartine [3] | 1.810 |
Hambergite [3] | 1.559 |
Hauynite [3] | 1.502 |
Hélium [3] | 1.000036 |
Hématite [3] | 2.940 |
Hémimorphite [3] | 1.614 |
Hiddénite [3] | 1.655 |
Howlite [3] | 1.586 |
Hydrogène (gaz) [3] | 1.000140 |
Hydrogène (liquide) [3] | 1.0974 |
Hypersthène [3] | 1.670 |
Idocrase [3] | 1.713 |
Iolite 1 | 1.548 |
Ivoire [3] | 1.540 |
Jade, jadéite [3] | 1.665 |
Jade, néphrite [3] | 1.610 |
Jais [3] | 1.660 |
Jaspe [3] | 1.540 |
Komérupine [3] | 1.665 |
Kunzite [3] | 1.655 |
Lapis-Lazuli [3] | 1.61 |
Lazulite [3] | 1.615 |
Leucite [3] | 1.509 |
Magnésite [3] | 1.515 |
Malachite [3] | 1.655 |
Mercure (liquide) [3] | 1.62 |
Méthanol [3] | 1.329 |
Moldavite [3] | 1.500 |
Mousse de styro [3] | 1.595 |
Natrolite [3] | 1.480 |
Néphrite [3] | 1.600 |
Nylon [3] | 1.53 |
Obsidienne [3] | 1.489 |
Œil de tigre [3] | 1.544 |
Olivine [3] | 1.670 |
Onyx [3] | 1.486 |
Opale [3] | 1.450 |
Or [3] | 0.47 |
Odyde de cuivre [3] | 2.705 |
Oxygène (gaz) [3] | 1.000276 |
Oxygène (liquide) [3] | 1.221 |
Painite [3] | 1.787 |
Périclase [3] | 1.740 |
Péridot [3] | 1.654 |
Péristérite [3] | 1.525 |
Perle [3] | 1.530 |
Pétalite [3] | 1.502 |
Phénacite [3] | 1.650 |
Phosgénite [3] | 2.117 |
Pierre de lune, adulaire [3] | 1.525 |
Pierre de lune, albite [3] | 1.535 |
Plastique [3] | 1.460 |
Plexiglass [3] | 1.50 |
Plomb [3] | 2.100 |
Polystyrène [3] | 1.55 |
Prase [3] | 1.540 |
Prasiolite (quartz vert) [3] | 1.540 |
Préhnite [3] | 1.610 |
Proustite [3] | 2.790 |
Purpérite [3] | 1.840 |
Pyrite [3] | 1.810 |
Pyrope [3] | 1.740 |
Quartz [3] | 1.544 |
Quartz fondu [3] | 1.45843 |
Rhodizite [3] | 1.690 |
Rodhocrosite [3] | 1.600 |
Rubis [3] | 1.760 |
Rutile [3] | 2.62 |
Sanidine [3] | 1.522 |
Saphir étoilé [3] | 1.760 |
Scapolite [3] | 1.540 |
Scrapolite jaune [3] | 1.555 |
Scheelite [3] | 1.920 |
Sélénium amorphe [3] | 2.92 |
Serpentine 1 | 1.560 |
Silicium [3] | 4.24 |
Sillimanite [3] | 1.658 |
Sinhalite [3] | 1.699 |
Sirop de maïs [3] | 1.5 |
Smaragdite [3] | 1.608 |
Smithsonite [3] | 1.621 |
Sodalite [3] | 1.483 |
Soufre [3] | 1.960 |
Sphalérite [3] | 2.368 |
Sphène [3] | 1.885 |
Spinelle [3] | 1.712 |
Spinelle synthétique [3] | 1.730 |
Spodumène [3] | 1.650 |
Staurolite [3] | 1.739 |
Stéatite [3] | 1.539 |
Stichtite [3] | 1.520 |
Taafféite [3] | 1.720 |
Tantalite [3] | 2.240 |
Tanzanite [3] | 1.691 |
Teflon (polytétrafluoroéthylène) [3] | 1.35 |
Tétrachlorure de carbone [3] | 1.460 |
Thomsonite [3] | 1.530 |
Titanate de strontium [3] | 2.410 |
Topaze [3] | 1.620 |
Topaze blanc [3] | 1.630 |
Topaze bleu [3] | 1.610 |
Topaze jaune [3] | 1.620 |
Topaze rose [3] | 1.620 |
Tourmaline [3] | 1.624 |
Trémolite [3] | 1.600 |
Tugtupite [3] | 1.496 |
Turpentine [3] | 1.472 |
Turquoise [3] | 1.610 |
Ulexite [3] | 1.490 |
Uvarovite [3] | 1.870 |
Variscite [3] | 1.550 |
Verre [3] | 1.51714 |
Verre, albite [3] | 1.4890 |
Verre, Flint (praséodyme), moyen [3] | 1.62725 |
Verre, Flint (praséodyme) et Lantha....(lanthane) [3] | 1.80 |
Verre, Flint (praséodyme), léger [3] | 1.58038 |
Verre, Flint (praséodyme), dense [3] | 1.66 |
Verre, Flint (praséodyme), lourd [3] | 1.65548 |
Verre, Flint (praséodyme), très lourd [3] | 1.89 |
Verre, Crown [3] | 1.520 |
Verre, Crown, zinc [3] | 1.517 |
Vivianite [3] | 1.580 |
Wardite [3] | 1.590 |
Willemite [3] | 1.690 |
Withérite [3] | 1.532 |
Wulfénite [3] | 1.300 |
Zincite [3] | 2.010 |
Zircon cubique[3] | 2.170 |
Zircon léger [3] | 1.800 |
Zircon lourd [3] | 1.960 |
[modifier] Notes et Références
- ↑ METEO FRANCE - réfraction
- ↑ Catalogue Général 2006-2007 - Newport, pages 492-493
- ↑ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac ad ae af ag ah ai aj ak al am an ao ap aq ar as at au av aw ax ay az ba bb bc bd be bf bg bh bi bj bk bl bm bn bo bp bq br bs bt bu bv bw bx by bz ca cb cc cd ce cf cg ch ci cj ck cl cm cn co cp cq cr cs ct cu cv cw cx cy cz da db dc dd de df dg dh di dj dk dl dm dn do dp dq dr ds dt du dv dw dy dx dz ea eb ec ed ee ef eg eh ei ej ek el em en eo ep eq er es et eu ev ew ex ey ez fa fb fc fd fe ff fg fh fi fj fk fl fm fn fo fp fq fr fs ft fu fv fw fx fy fz ga gb gc gd ge gf gg gh gi gj gk gl gm gn go gp gq gr gs gt gu gv gw gx gy gz ha hb hc hd he hf hg hh hi hj hk hl hm hn ho hp hq hr hs ht hu hv hw hx hy hz ia ib ic id BlenderArt n°7, diffusion libre, par JDragonB - FLAHAUT Samuel