La lumière

« La lumière fait partie des phénomènes avec lesquels tout le monde est familier, mais qui demeurent malgré tout très mal connus, à la fois du public et des scientifiques : elle est sans doute l'un des phénomènes les plus mystérieux de la nature .

En effel même si on sait la manipuler pour en faire des spectacles de lumière, des lasers , des photocopieuses , des appareils photos, ou vidéos ...

ce n'est pas pour autant que nous pouvons dire ce qu'est la lumière .

Prétendre le contraire serait très audacieux .

En fait on sait très bien la décrire ...

mais c'est à peu près tout.

Cela fait pourtant très longtemps , depuis les penseurs grecs, que l'on cherche à appréhender sa véritable nature.

Si elle nous échappe tant, c'est sans doute parce que nos sens ne nous permettent pas de la « saisir », de la voir.

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mais seulement de la percevoir.

une onde, cela signifie que quelque chose vibre.

Mais quoi ? Il était difficile de déterminer la nature de la vibration .

L'autre question qui se posait dans la conception ondulatoire était de savoir si, en additionnant deux faisceaux lumineux , on pouvait obtenir de l'obscurité.

On n'avait jamais observé que deux lumières donnent d 'une expérience extrêmement simple, celle dite des fentes de Young, il montre que la lumière ajoutée à de la lumière peut bel et bien donner de l'obscurité! C'était le premier pas vers la victoire de la théorie ondulatoire , laquelle , par la suite, r-------------1 a été confirmée par d 'autres 11@411 Pendant très longtemps, on n'a fait que spéculer sur la nature de la lumière.

C'est principalement à partir du XVI~ siècle que l'on a commencé à étudier la lumière de manière plus systématique et rigoureuse .

A partir de cette époque deux théories opposées se sont affrontées : la théorie corpusculaire et la théorie ondulatoire .

La première voyait la lumière comme étant constituée de très petits grains ; la seconde l'imaginait comme une onde .

Or, l'une des caractéristiques d'une onde , c'est qu'elle peut s'annuler si elle est ajoutée à une onde opposée .

En effel qui dit onde, dit vibration : deux vibrations de même amplitude en sens opposés s'annulent bien évidemment.

Mais si la lumière est expériences .

En 1815 , Fresnel produira une théorie ondulatoire de la lumière , toujours valide de nos jours .

Au XIX' siècle donc , la lumière est considérée comme une onde.

Au cours des années 1870 et 1880 , grâce notamment à l'Écossais Maxwell (1831 -1879 ), sa nature devient claire : il s 'agit d'une onde ayant des propriétés à la fois électriques et magnétiques.

C'est ce que l'on appelle depuis une onde é lectro­ magnétique telles les ondes radio ou les micro-ondes que l'on découvrira par la suite.

La différence entre les diverses gammes d 'ondes provient de la fréquence.

Celle-ci indique combien de fois, à chaque seconde, le champ électromagnétique vibre.

Cependant , la découverte en 1887 d'un phénomène appelé effet photoélectrique vient remettre en cause cette conception ondulatoire et contraint les physiciens à admettre avec Albert Einstein (1879-1955) que, dans cet effet , la lumière mani­ feste un caractère corpusculaire : elle est formée de grains appe lés photons dont l'énergie dépend de la fréquence de la lumière (V), selon l'expression d'Einstein- Planck E; hv , où h est la constante de Planck.

QU'EST-CE QUE LA LUMIÈRE? Finalement on en est venu à dire que la lumière est un phénomène d'une nouvelle espèce qui n'est ni onde, ni corpuscu le, mais qui présente selon l'expérience un caractère ondulatoire ou un caractère corpusculaire.

LUMIÈRE SUR U NOIR Par définition , la lumière est une onde électromagnétique visible .

Dans l'approche ondulatoire on dit que la lumière est une onde électro­ magnétique dont la fréquence est comprise entre 3,8.10w Hertz (rouge) et 7 ,5 .10w Hertz (violet), dans l'approche corpusculaire on dit qu'elle est constituée de photons dont l'éner gie est située entre 2 ,5.10·" Joules (rouge) et 5 .10·• Joules (violet) .

Les ondes électromagnétiques comme les ondes hertziennes, les micro-ondes, l'infrarouge, l'ultravioletles rayons X ou gamma n'étant pas visibles , ne sont pas considérées comme de la lumière , même si parfois on parle à tort de « lumi ère infrarouge » ou " lumière ultraviolette ».

En tombant sur la rétine, la lumière nous donne une sensation de couleur.

On a la sensation de noir lorsque la rétine ou une zone de celle-ci n 'est pas éclairée.

Le noir est par conséquent une absence de lumière, si bien que d'un point de vue physique , le noir n'est pas une couleur.

Synthèse additive (OUUURS DE LA LUMIÈRE, SYNTHÈSE ADDITIVE Il faut bien avoir à l'esprit qu'une couleur est une sensatio n que nous procure notre cerveau lorsque la rétine est éclairée par une lumière.

Chacune des fréquences dans le visible nous donne une sensat ion bien particulière : par exemple à 5 ,uow Hertz , ou avec un photon de 3 ,4.Hl" " joules, nous avons la sensation du jaune ; à 5,5 .10w Hertz , ou avec un photon de 3,7.10 ·• joule s, nous avons la sensation du vert etc.

Cependant aucune fréquence ne peut nous donner la sensation de la couleur rose ou magenta.

Pour avoir cette sensation, il faut au moins deux fréquences, deux photons d 'énergies différentes : il nous faut du bleu et du rouge .

Aussi , la couleur rose n 'est pas une couleur pure , monochro­ matique, mais composée.

Or, comme chacun le sail un prisme décompose la lumière et sépare les fréquences les unes des autres lorsqu'il est éclairé par une lumière composée de plus d'une fréquence.

Cela signifie que si l'on fait tomber un faisceau rose sur un prisme, on verra émerge r de celui-ci deux couleurs : le bleu et le rouge .

Et si l'on fait tomber sur un prisme un faisceau blanc issu d 'une lampe à 1------------""'"------------ ......

------------l incandescence, on verra éme rger une infinité de couleurs que l'on désigne souvent par des « nuances », car on peut y distinguer en fait quatre, cinq , voire six couleurs différentes.

En effet comme le magenta , le blanc est une lumière composée.

Les gouttes d'eau d'un arc-en-ciel agissant comme des prismes , on comp rend pourquoi il n'y a pas de rose ou de magenta dans l'arc en ciel.

Il est donc faux de dire que toutes les couleurs sont présentes dans l'ore- jaune bleu en-ciel ! Une infinité de fréquences nous donne la sensation du blanc.

Mais avec deux couleurs seulement on peut également avoir cette sensation : par exemple avec du bleu et du jaune, ou du rouge et du cyan, ou du vert et du magenta .

Dans chacun des couples cités , nous avons deux couleurs dites « complémentaires ».

Comme c'est la somme de lumières colorées tombant sur notre rétine qui nous donne une nouvelle sensation , on parle de " synthèse additive ».

Ainsi , en synthèse additive, à la lumière verte, il faut ajouter une lumière magen t a pour voir blanc.

Or, dans ce couple, le magenta est lui-même composé de bleu et rouge .

Donc, l'associa tion des lumières bleu, rouge et verte donne du blanc.

C'est de cette manière que l'on obtient le blanc sur un écran d'ordinate ur ou ....

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de télévision .

Ce blanc n'est composé que des trois fréquences ou photons correspondant aux trois couleurs dites " primaires » en synthèse additive : rouge, vert bleu .

Le blanc d'une lampe à incandescence en revanche contient une infinité de fréquences , une infinité de photons de couleurs différentes .

La sensation est la même, mais physiquement il ne s'agit pas de la même chose .

(OUUURS DES OBJETS, SYNTHÈSE SOUSTRACTIVE Si une tomate nous para it rouge en plein jour , a lors qu'elle n'est pas visible si elle n'est pas éclairée, c'est Vitesse de la lumière dans le videenkmjs Quelques mètres par seconde Vitesse à laquelle les scientifiques ont réuSSI à ralentir lo lumière amin lOs Temps nécessaire à la lumière solaire pour nous parvenir 10 000 milliards de km Valeur approchée d'une année lumière JO milliards demi/liards Nombre de photons émis par une lampe à incandescence de 100 W toutes les seco ndes 7,5.10 14 Hertz. »