Lumière - Définition et Explications

Source: Wikipédia sous licence CC-BY-SA 3.0.
La liste des auteurs de cet article est disponible ici.

Les deux représentations de la lumière

Comportement ondulatoire de la lumière

En 1678, Christian Huygens propose une théorie ondulatoire de la lumière, publiée en 1690 dans son Traité de la Lumière. Thomas Young expérimente en 1801 la diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène peut être interprété par la diffusion d'une onde par les...) et les interférences de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...). En 1821, Augustin Fresnel énonce que la conception ondulatoire de la lumière est seule capable d’expliquer de façon convaincante tous les phénomènes de polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique,...) en établissant la nature transversale des ondes lumineuses et en 1850, Léon Foucault fait prévaloir la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...) ondulatoire sur la théorie corpusculaire newtonienne avec son expérience sur la vitesse (On distingue :) de propagation de la lumière. Il faudra attendre les travaux de James Clerk Maxwell (James Clerk Maxwell (13 juin 1831 à Édimbourg, en Écosse - 5 novembre 1879) est un physicien et mathématicien...) pour expliquer le phénomène ondulatoire : il publie en 1873 un traité sur les ondes électromagnétiques, définissant la lumière comme une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans...) qui se propage sous la forme d'un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.), le spectre de ce rayonnement n'étant qu'une partie de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout »,...) du rayonnement électromagnétique (Un rayonnement électromagnétique désigne une perturbation des champs électrique et magnétique.), beaucoup plus large : infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière...), ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et celle des rayons X.), ondes radio, rayons X... Comme déjà dit, on peut qualifier ces rayonnements de lumière au sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du...) large, ou alors restreindre le mot « lumière » à la lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.) (« lumière visible » devient alors un pléonasme).

Les équations de Maxwell (Les équations de Maxwell, aussi appelées équations de Maxwell-Lorentz, sont des lois fondamentales de la physique. Elles constituent les postulats de base de l'électromagnétisme, avec l'expression de la force électromagnétique...) permettent de développer une théorie générale de l'électromagnétisme (L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude des phénomènes électriques et magnétiques dans leur synthèse du champ électromagnétique : le champ électromagnétique est produit...). Elles permettent donc d'expliquer aussi bien la propagation de la lumière que le fonctionnement d'un électroaimant (Un électro-aimant est un organe électrotechnique produisant un champ électromagnétique lorsqu'il est alimenté en électricité. Il est constitué d'un bobinage et souvent d'une pièce en matériau ferromagnétique doux appelé circuit...). Pour les cas simples, les lois de l'optique géométrique (L'optique géométrique est une branche de l'optique, comme le sont l'optique ondulatoire (souvent appelée optique physique) et l'optique quantique. Ces approches ne sont pas opposées, mais complémentaires. L'optique géométrique a...), décrivent bien le comportement des ondes (on démontre que ces lois sont un cas particulier des équations de Maxwell). Cette description classique est la plus utilisée pour expliquer la propagation de la lumière, y compris des phénomènes compliqués comme la formation d'un arc-en-ciel (Un arc-en-ciel est un phénomène optique et météorologique qui rend visible le spectre continu de la lumière du ciel quand le soleil brille pendant la pluie....) ou les fentes de Young (Les fentes de Young sont l'objet d'une expérience de physique réalisée en 1801 par Thomas Young qui consiste à diriger de la lumière sur deux petit trous (ou fentes). La lumière est ensuite...).

Comportement corpusculaire de la lumière

Newton avait développé une théorie purement corpusculaire de la lumière. Elle est rejetée avec la mise en évidence de phénomènes d'interférence (En mécanique ondulatoire, on parle d'interférences lorsque deux ondes de même type se rencontrent et interagissent l'une avec l'autre. Ce phénomène apparaît souvent en optique...) (dans certains cas, additionner deux sources de lumière donne de l'obscurité, ce qui n'est pas explicable par une théorie corpusculaire).

La physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) du XXe siècle a montré que l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) transportée par la lumière est quantifiée. On appelle photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux...) le quantum d'énergie (la plus petite quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe...) d'énergie, indivisible), qui est aussi une particule. L'existence de cette particule ne contredit pas la théorie ondulatoire, au contraire : la dualité onde-particule (« Les objets quantiques sont dingues, mais au moins, ils sont tous dingues de la même manière. Richard Feynman » ) (ou onde-corpuscule) en mécanique quantique (La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de décrire les phénomènes fondamentaux à l'œuvre dans...) dit qu'à chacune des particules est associée une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...). Finalement, si on considère le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement...) d'un unique photon (En physique des particules, le photon (souvent symbolisé par la lettre γ — gamma) est la particule élémentaire médiatrice de l’interaction...), les points d'arrivée possibles sont donnés sous forme de probabilités par l'onde associée. Sur un très grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de photons, chaque lieu d'arrivée est illuminée avec une intensité proportionnelle à la probabilité… ce qui correspond au résultat de la théorie classique.

Physiologie

Les différents facteurs qui déterminent l’absorption optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) des molécules pigmentaires (bleu, vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont la...) - jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :), orange - rouge) dans les trois types de cônes et de bâtonnets sont au centre des préoccupations de la photométrie. La perception des couleurs est rendue possible par l’étroit spectre d’absorption des pigments des cônes. Les bâtonnets quant à eux rendent compte de l’intensité lumineuse. Ils possèdent un pigment nommé molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les propriétés...) rhodopsine (ou pourpre rétinienne) ayant un spectre d’absorption plus large. Ils sont plus sensibles que les cônes.

D´un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) physiologique l´effet de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) est dû aux différents degrés d’absorption des pigments des cônes. La perception des différentes couleurs correspond aux différents domaines du spectre lumineux. Lorsque certaines longueurs d’ondes sont absorbées de la lumière les domaines qui restent donnent alors une impression de couleur. Ainsi une feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux supérieurs. Elle est insérée sur les tiges des plantes au niveau des...) verte n’absorbe-t-elle pas le domaine « vert » des longueurs d’ondes mais les autres qui lui sont complémentaires : le « rouge » (680 nm) et le « bleu » (430 nm).

La lumière telle qu’on la connaît dans le monde (Le mot monde peut désigner :) est un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est...) de différentes longueurs d’ondes. Grâce à un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle...) de diffraction ou prisme on peut décomposer la lumière polychromatique (multicolore) en différentes fréquences monochromatiques (unies). Chacun des composants monochromatiques de la lumière correspond à une perception spécifique de l’œil humain : les couleurs du spectre ou de l’arc-en-ciel.

Les transitions entre les différentes couleurs sont floues. Leur perception est subjective et dépend de la tradition et de la langue. Les mots utilisés pour désigner les couleurs en témoignent.

Chaque domaine de couleur particulier peut être décomposé en différentes nuances. La zone intercalaire entre le bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du cyan à...) et le vert s’appelle le turquoise ou le cyan (Le cyan ( du grec kuanos, à savoir l'azurite) est une couleur pure de la lumière de longueur d'onde 500 nm. Elle est souvent appelée bleu clair ou bleu ciel. C'est un mélange de lumières bleue et verte. Le cyan est le...). D’autres couleurs comme le marron par exemple résultent de la superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut possèder plusieurs valeurs pour une certaine quantité observable (spin, position, quantité de mouvement etc.)) de plusieurs longueurs d’ondes (mélange additif des couleurs) ou proviennent d’un mélange soustractif des couleurs de la lumière obtenu par filtration (La filtration est un procédé de séparation permettant de séparer les constituants d'un mélange qui possède une phase liquide et une phase solide au travers d'un milieu poreux. La filtration est une...) de la lumière blanche (la somme de toutes les couleurs).

Les ondes électromagnétiques dépassant les frontières du visible chez l’être humain : de fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence sans précision, on...) supérieure au violet (Le violet est une couleur, composée d'un mélange de bleu (environ 50% de luminosité) et de rouge (environ 25% de luminosité) en synthèse additive, et d'un mélange de...) sont désignées jusqu’à une certaine limite par le terme d'ultra-violets ou U.V.; celles qui sont de fréquence inférieure au rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) sont appelées infra-rouges. La largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit la mesure la plus étroite de sa face. En géométrie...) de bande de la lumière visible par les animaux peut varier considérablement par rapport aux capacités visuelles des êtres humains.

Page générée en 0.169 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique