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Histoire de la Lumière et de la Couleur Pierre BONTON Université Blaise Pascal (Clermont-Ferrand II) LASMEA UMR CNRS 6602 63177 Aubière Tel: 04 73 40 72 43 Mèl: Pierre.Bonton@lasmea.univ-bpclermont.fr. L’UNIVERS 10 à 13 Milliards d’années. LE SOLEIL

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Presentation Transcript
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Histoire de la Lumière et de la Couleur

Pierre BONTON

Université Blaise Pascal (Clermont-Ferrand II)

LASMEA UMR CNRS 6602

63177 Aubière

Tel: 04 73 40 72 43

Mèl: Pierre.Bonton@lasmea.univ-bpclermont.fr

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L’UNIVERS

10 à 13 Milliards d’années

LE SOLEIL

Étoile de 4,5 milliards d'années d'âge

Sa lumière traverse l'espace en 8 minutes pour

nous atteindre

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FEU

Paléolithique –300000 à -12000

Lampe à huile Grecs et Romains

Lampe électrique 1890 Edison

Bougies Moyen Age

Lampe au gaz

ou au pétrole 1860

L’illuminant

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SPECTRE des Illuminants

Lumière

Blanche

Lampe Fluorescente

• Fait ressortir les rouges et les bleus• Lumière optimale pour photosynthèse• Favorise la croissance des plantes

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Réponses:

  • NON
  • NON
  • OUI, la lumière naît d’une source de lumière qui peut être une bougie, une ampoule, le soleil …. Dans la lumière on trouve une série de couleurs qui mélangées entre elles donnent la lumière que nous voyons.

Le citron absorbe la couleur bleue

C’est Maxwell (1831-1879) qui démontre que toutes les nuances peuvent être obtenue à partir de trois teintes fondamentales (couleurs primaires) le Rouge, le Vert et le Bleu.

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Le jaune est complémentaire au bleu: R+V=J

Projection

Télévision

Imprimerie, photos

Cinéma (filtres)

Teinture

Si la vitesse de la lumière est constante dans le vide et l’air sec pour toutes les couleurs. Lorsqu’elle traverse la matière, les couleurs (fréquence de vibration ou longueur d’onde) se propagent à des vitesses différentes.

C’est l’expérience du prisme

Newton (1642-1727)

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Origines!

Auguste Rodin (1840-1917) La Main de Dieu

Selon un mythe Indien Winnebago, le Père créa le monde par la pensée. Il pensa et désira la Lumière et la Terre ….

Dans la Genèse (premier texte – 1100 AV JC), la Lumière fut créée le troisième jour

Elle se pose ainsi comme quelque chose d’essentiel puisqu’elle est,dans pratiquement tous les textes sur les mythes de la création, l’utilité de la naissance du monde et sans doute la vie même de ce même monde.

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Pour les religions Catholique et Musulmane, Dieu est lumière

Le Coran 7ème siècle

-Sourate XXIV « La lumière » verset 35

« Dieu est la lumière des cieux et de la terre . Semblance de sa lumière il niche où brûle une lampe, la lampe dans un cristal;le cristal, on dirait une étoile de perle: Elle tire son aliment d’un arbre de bénédiction, un olivier qui ne soit ni de l’est ni de l’ouest dont l’huile éclaire presque sans que la touche le feu. Lumière sur lumière! Dieu guide à sa lumière qui veut. »

- LXI 8 « Ils (les ignorants)voudraient pouvoir de leur bouche éteindre la lumière de Dieu »

- XCI « Par le soleil en son premier éclat, par la lune quand elle prend sa suite, par l’illumination du jour, par la nuit quand elle l’occulte, par la terre et ce qui l’aplanit, par l’âme et ce qui l’équilibre, lui inspire la luxure ou de se prémunir. Bien heureux sera qui la purifie confondu sera qui l’opacifie »

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Les origines: le miracle grec

Les philosophes, « animés d ’un souffle vivant et incorruptible inventent un raisonnement (des Théories) pour comprendre le monde » (Plutarque 46 – 120 Après JC)

C’est la quête des réponses au Pourquoi des choses!

En optique le seul problème vraiment débattu est la vision …

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Les origines: le miracle grec

Dans l’antiquité, la lumière était considérée comme un « Feu ». Deux théories (déjà !) s’affrontent.

La théorie du « feu externe » (Théorie des Atomistes: Leucippe-500/-420 et Démocrite –460/-370). Ce sont des micro-objets d’un corps qui, du fait de la collision entre-eux, émettent la lumière. Nous ne les voyons pas s’approcher de nous quand nous les percevons, ce sont des simulacres matériels, des « images ! », des « eidola »

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i

i

Les origines: le miracle grec

Pythagore (-570/-480) et Euclide (-330/-270) proposent la théorie du « feu visuel ou intérieur », c’est l’œil qui permet la vision en émettant un rayon spécifique (le « Quid »). Euclide s’appuie sur des faits expérimentaux et sur des postulats (géométrie Euclidienne) pour établir les lois de la réflexion et de la réfraction. Il introduit la notion de rayon lumineux et de propagation rectiligne.

Eidola ou Quid se propage, selon les anciens, à travers un fluide qu’ils nomment « Ether » (ce nom est resté et repris par Huygens et Young pour expliquer que les ondes lumineuses se déplacent dans un fluide puisqu’elles ne sont pas corpusculaires).

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De ces deux théories et donc de la lumière, naît la couleur. Sans rayon, sans « feu visuel », il y a le noir qui est considéré comme une couleur. Des petites particules du « feu externe » résultent l’impression de la couleur blanche. Le noir et le blanc apparaissent comme deux extrémités d’un vecteur couleur. Dans certaines proportions d’un mélange de noir et de blanc apparaissent toutes les couleurs.

De cette idée, tenace jusqu’à la fin du 17ème siècle, d’un seul vecteur correspondant à un axe de clarté, a conduit à envisager la teinte comme une fonction de la clarté. D’où, encore aujourd’hui, notre confusion entre teinte et clarté. La couleur jaune était considérée comme la couleur la plus brillante donc la plus proche du blanc dans l’antiquité. « Yellow » (jaune en anglais) a pour racine un terme indo-européen qui signifie « briller ». On considère de nos jours, depuis Newton, que la couleur est définie par trois paramètres (teinte, clarté et saturation).

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Les origines: le miracle grec

Aristote (-384/-322) (Ces élèves s’appelaient des « Péripatéticiens » car Aristote marchait de long en large…). En observant, il dit: Nous verrions la nuit si la lumière était un «quid». Il propose: Mouvement se propageant entre l’objet et l’œil au travers l’éther (C’est le principe de la théorie ondulatoire). Sa proposition est ignorée de ses contemporains.

L’observation de la vie donne la clef de la compréhension du monde (Aristote). Il observe et met la Terre comme centre de l’univers (!). Cette conception est défendue jusqu’à la Renaissance.

Aristote malgré sa faculté d’observation c’est souvent trompé dans la mise en place des modèles de ses observations.

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Le premier modèle (Euclide):

Rayon « homogène » lumineux ou modèle géométrique

Il explique par exemple la formation d’images photographiques (lentilles)

Il n’explique pas de nombreux autres phénomènes: couleurs des bulles de savon, interférences …

Modèle ondulatoire: 17ème … 19ème

Modèle corpusculaire (photons): 17ème … 20ème

Modèle électrodynamique quantique: 20éme … (Schwinger et Feynman 1956)

Réflexion

Angle incident = angle réfléchi

Applications: - les fibres optiques

- le miroir

Milieu 1

i

i

Milieu 2

La surface qui sépare les deux milieux s’appelle un « Dioptre »

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i

r

Modèle géométrique de Descartes en considérant une vitesse pour la lumière

Snell Van Royen (Flamand 1591-1626)

René Descartes (1596-1650)

Réfraction

n1 sin i = n2 sin r

Réflexion totale: Arcsin n2/n1 > 90°

vitesse de la lumière dans le vide

n=

vitesse de la lumière dans le milieu

Milieu 1

i

Milieu 2

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Newton (1642-1727)considère la lumière non pas comme homogène (selon un axe de clarté) mais hétérogène. Dans son expérience de la décomposition de la lumière par un prisme (1672), chaque couleur est définie par autant de rayons « colorés » que d’angles de réfraction. La teinte n’est plus subordonnée à la luminosité (clarté).

En épistémologie on nomme cela le renversement d’une conception, ici le renversement de la clarté en faveur de la teinte.

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– la (lightness ou brightness) qui correspond à l’aspect clair, foncé

ou terne d’une couleur. Selon la définition donnée par l’AFNOR, c’est

l’attribut de la sensation visuelle selon lequel une surface éclairée par une

source lumineuse déterminée paraît émettre plus ou moins de lumière. C’est

aussi le correspondant psychosensoriel (approximatif) de la grandeur photométrique

“luminance lumineuse”.

– la ou tonalité chromatique (hue) qui correspond à la longueur d’onde

prédominante présente dans la couleur : jaune, rouge, vert, bleu ... Selon la

définition donnée par l’AFNOR c’est l’attribut de la sensation visuelle

qui a suscité des dénominations de couleur telles que : bleu, vert, jaune,

rouge, pourpre, etc.

– la (saturation) qui caractérise le côté plus ou moins “délavé”,

pâle ou vif. C’est le degré de mélange de la longueur d’onde prédominante

avec le blanc. Selon la définition donnée par l’AFNOR c’est l’ attribut

de la sensation visuelle permettant d’estimer la proportion de couleur

chromatiquement pure contenue dans la sensation totale.

luminosité

A.H.MUNSELL1

9

4

6

teinte

saturation

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Le Déclin

Claude Ptolémée (100-170) est un des derniers phares de la science Grecs. Il conçoit un système pour représenter l’univers sous forme d’une structure en pelure d’oignons avec comme centre la terre.

Rome ne pense qu’aux conquêtes (des Bibliothèques sont détruites: Syracuse, Alexandrie …).

La religion prend de l’essor (L’empereur Constantin se convertit en 313).

L’Eglise soutient les « Barbares » qui se convertissent.

Chute de Rome en 476.

Le monde est coupé en deux: Occident et Arabe.

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« Dixit Dominus »

La toute puissancede l ’Eglise médiévale (300 à 1450)

L’Eglise sûre de sa place dominante combat les hérétiques par la violence et excommunie les déviants.

Urbain II (le pape errant) lance la première croisade à Clermont-Ferrand en 1095 (pour reconquérir son siège à Rome!)

On redécouvre Aristote et la science Arabe!

Roger Bacon (1214-1294) découvre la notion de foyers des miroirs concaves.

Saint Thomas d’Aquin (1225 – 1274) essaie d’associer Foi et Raison!

Si quelques personnes préparent « La Renaissance », cette période laisse peu de traces dans la Physique

La nuit du Moyen Age.

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Ibn Al-Haytham

Le yin (noir) et le yang (blanc) deux principes dont la complémentarité forme le Tao (la voie de la sagesse) (Chine –200 …)

Dit Alhazen

( 965-1039 )

Apport d’autres civilisations

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Le monde Arabe

La contribution des Arabes est fondamentale. (Contrairement aux Romains ils assimilent les connaissances des civilisations rencontrées).

Al-Kindi (… 873) et surtout Alhazen.

Son raisonnement est clair, il rejette les théories grecs et explique la réflexion et la réfraction. René Descartes (1596-1650) ne réintroduira ces explications que 6 siècles plus tard.

Alhazen en 1000, de part ses expériences et ses calculs, donne un modèle mécanique simple: la Lumière est matérielle et se propage avec une très grande vitesse selon des rayons.

La modification de cette vitesse par les corps rencontrés cause la REFRACTION.

Le choc de la lumière et des corps crée la REFLEXION.

Cette première théorie est de conception très moderne, la démarche est scientifique.

Naissance de l’Islam début du 7ème siècle.

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Nicolas Copernic (Polonais 1473-1543)

« Le soleil repose au milieu de toutes choses, il gouverne la famille des astres qui tournent autour de lui »

Curieusement ses écrits sont condamnés par l’inquisition le 5 mars 1616 (70 ans après sa mort!)

Giordano Bruno (1548-1582) fait l’apologie de Copernic. Il soutient qu’il existe d’autres soleil et … d’autres terres.

Condamné à être brûlé vif par l’inquisition. Devant ses juges Bruno crie : « J’ignore sur quoi je dois me repentir ». Il est brûlé!

La Renaissance (milieu du 15ème siècle)

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La Renaissance: Galilée (1564-1642) P.R.S.

é puor si muove! (et pourtant elle tourne)

L ’abjuration

Galilée

Une lunette pour le prince!

Galilée construit une des premières lunettes astronomiques, les philosophes de l’époque la qualifient de trompeuse et d’illusoire.

Il soutient les théories de Copernic qui sont condamnées par l’Inquisition.

Son œuvre est immense (Mécanique, Astronomie, Cosmologie, vitesse de la lumière …)

Sur ordre du pape aucun honneur funèbre lui sera rendu.

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Galilée le Père du Raisonnement Scientifique:

OBSERVER

MESURER

MODELISER

VERIFIER

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Le discours de la Méthode contient trois appendices:

La Dioptrique, les Météores, la Géométrie.

A la cour de Suède, discussion scientifique avec la reine Christine

René DESCARTES (1596-1650)

Descartes reprend les écrits d’Alhazen. Comme lui il compare la lumière au rebond d’une balle.

Il propose un modèle mécanique pour expliquer la réfraction. Modèle rejeté par Newton.

Descartes croit à un Dieu Catholique

Newton croit à un Dieu Protestant

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Blaise PASCAL (1623-1662)

Descartes inutile et incertain !

Le complet dénuement d ’une vie entièrement au service de Dieu

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« Il me semble que je n ’ai jamais été qu’un enfant jouant sur une plage, m ’amusant à trouver ici ou là un galet plus lisse ou un coquillage plus beau que d ’ordinaire, tandis que, totalement inconnu, s ’étendait devant moi le grand océan de la vérité… »

Les temps modernes: Isaac NEWTON (1642-1727)

Newton est avec Einstein le plus grand physicien de tous les temps!

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NEWTON:

Théorie corpusculaire de la Lumière

En 1672, il annonce à la Royal Société:

La lumière est composée de 7 couleurs élémentaires (pures) auxquelles correspondent des indices de réfraction propres.

Descartes a tort: Les couleurs ne sont pas créées par les surfaces traversées par la lumières.

Mal accueillie!

15 ans plus tard il rallie la majorité des savants Anglais, à sa théorie, en s’opposant encore à Descartes!

Il établit la loi de Gravitation (attraction) universelle (1687) (« PRINCIPIA »)

F= G (Mterre.Mobjet)/r²

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NEWTON :

« Les corps réfléchissent et réfractent la lumière par une seule et même force diversement mis en action »

Le « rayon » est composée de parties successives (pour nous corpuscules) s’attirant par gravité et qui subissent l’effet d’une force à l’arrivée sur une surface, force qui dévieoutransmet le rayon suivant le degré d’opacité du corps.

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Il faut expliquer le phénomène de dispersion dans un prisme?

Les corpuscules arrivent toutes avec la même vitesse. C’est l’inégalité de leurs masses qui les fait déviées différemment. Les corpuscules rouges sont plus lourdes!

L’optique s’intègre bien dans l’optique du monde (force de gravité) proposée par Newton!

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Réponses:

1: Non

2: Non

3: La lumière diffusée sur les cotés par l’air apparaît bleu, le soleil est jaune.

Le soir et le matin le soleil est trop bas pour que la lumière diffusée bleue nous parvienne. Nous recevons seulement la lumière directe privée de bleu et d’un peu de vert, donc diffusée orangée et le soleil est rouge.

Juste avant que le soleil ne se couche (quelque fois à certains endroits) on observe le soleil comme un « rayon vert ». Ceci est du à la réfraction des rayons V et B, les rayons V étant plus énergiques, ce sont eux que nous observons.

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Ce sont les particules de l’air qui diffusent certaines longueur d’ondes du soleil. Phénomène de Diffusion

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La théorie de Newton n’explique pas tout. En particulier pourquoi un même pinceau lumineux peut-être à la fois réfléchi et réfracté?

« Principia » (1687) ou Principes Mathématiques de la

« Philosophie Naturelle » (nom donné à la Physique).

C’est un modèle de description globale de l’Univers.

S’opposent aux « Principes de la Philosophie » de Descartes!

Orgueilleux il est accroché à son rêve de loi unique pour tout l’univers …!

Et Pourtant!

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Christian Huygens

(1629 – 1695)

Théorie ondulatoire

Elève de Descartes (1596 – 1650) « L’énergie lumineuse se propage par l’intermédiaire de la matière (Ether) comme le son sous forme d’ondes »

Comme Descartes c’est un fervent partisan de la mécanique.

La lumière a une trajectoire rectiligne. Comment des particules qui se croisent peuvent garder cette trajectoire?

Le mouvement est donc dû à des ondes.

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Christian Huygens et: Réflexion et Réfraction

La lumière va moins vite dans un solide que dans un liquide, dans un liquide que dans un gaz, dans un gaz que dans l’éther.

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HU

YGENS

L’air n’a pas une composition constante et son indice de réfraction varie.

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Réflexion! ONDES ou CORPUSCULES ?

Rayons incidents

Rayons incidents

Miroir cercle

Les rayons réfléchis forment des caustiques (comme sur une assiette)

Miroir parabolique

Les rayons réfléchis forment un point nommé foyer

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Il faut attendre Etienne Louis Malus (1775 – 1812) qui observant à travers un prisme de calcite les rayons solaires réfléchis par une fenêtre du palais du Luxembourg, observe deux images. Il pose alors les prémices de la polarisation de la lumière. Deux forces dans deux plans différents agissent sur l’onde lumineuse.

Huygens ne peut pas lui non plus tout expliquer. Par exemple quand il superpose deux cristaux de calcite les rayons obtenus ont des différences d’intensité (double réfraction) et certains rayons peuvent s’éteindre si l’on fait tourner un cristal.

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E

Ey

Ex

Polarisation de la lumière

La lumière naturelle (produite par une source thermique par exemple)est un champ E (perpendiculaire au déplacement de l’onde lumineuse) constant qui varie constamment en orientation car Ex et Ey varient constamment dans le temps.

Si on filtre une des deux composantes (Ex ou Ey) à l’aide d’un polarisateur (la calcite par exemple qui n’a pas le même indice de réfraction dans les deux directions x et y), on obtient une lumière polarisée qui fait ressortir certaines caractéristiques des matériaux (lames de mica, de gypse …).

Les verres polarisants ne laissent passer qu’une composante ce qui atténue de moitié l’intensité. En superposant deux verres polarisants et en tournant l’un par rapport à l’autre, on obtient le noir pour un angle donné.

Développement mathématique qui explique la polarisation par Fresnel (1788 – 1827)

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Newton ne relève que l’aspect négatif de la théorie ondulatoire.

Il fait douter des expériences d’Huygens en les refaisant … et il se trompe malgré ses qualités d’excellent expérimentateur. La théorie ondulatoire est abandonnée durant un siècle.

Ne pouvant tout expliquer lui-même, Newton amène l’influence de Dieu et dit-il: « La théorie ondulatoire qui dispense de l’intervention divine conduit à l’athéisme ».

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Le Siècle des Lumières (XVIIIème siècle)

Les bouleversements sociaux, politiques, économiques et philosophiques vont influer sur les questionnements de la science sur elle-même.

Après trois séjours à la Bastille, Voltaire s’exile (1726) en Angleterre. Il ramène une connaissance d’une philosophie anglaise et en particulier la physique Newtonienne. Anticlérical mais déiste, Voltaire apprécie la démarche théologique de Newton. L’église encourage les scientifiques Newtonien.

En 1751 paraît l’encyclopédie de Diderot et d’Alembert, les luttes pour les dominations coloniales s’installent, la révolution approche … Pour la majorité du mouvement intellectuel, la science n’a plus besoin de l’intervention divine … La critique est ouverte et constructive!

Un siècle pour se révolter (XVIII), un siècle pour comprendre (XIX), un siècle pour établir (XX).

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L ’essor révolutionnaire

« Psyché recevant le premier baiser de l ’amour » (toile de Francis Gérard, musée du Louvre). Les arts symbolisent l ’atmosphère de la révolution. Les sciences sont soulevées par le même élan

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Young

Et son expérience dite

Des « trous de Young »

Thomas Young (1793 – 1829) et les interférences

C’est en 1800 que Young remet en question l’interprétation corpusculaire de la lumière. En observant les couleurs d’une bulle de savon, il voit s’entremêler deux ondes réfléchies, l’une par la face extérieure et l’autre par la face intérieure. Les vitesses de la lumière sont différentes dans l’air et dans l’eau (comme l’a montré aussi Huygens)

Si la différence de marche entre deux faisceaux émis d’une même source est un multiple impair de la demie longueur d’onde, leur superposition est annihilée. Young appelle ce phénomène « Interférence » Il montre l’aspect ondulatoire de la lumière.

Interférences

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Diffraction et Interférences

d

D

Diffraction

l

L

Modèle géométrique si d>L : D=d.L/l (Johannes KEPLER 1571-1630)

Modèle ondulatoire si d<L : D=1,22.L.l/d

l est la longueur d’onde du rayon lumineux.

L est une valeur limite de l’ordre de l .

Puisque l varie entre R et B, la sommation d’ondelettes, créés par d, peut rendre nul ou max l’énergie lumineuse. Des anneaux apparaissent autours de la tache.

C’est Grimaldi (1618-1663) qui observa le premier des franges colorées par l’ombre portée d’un cheveu sur un écran.

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Esthétique des expériences de l’optique ondulatoire: réseau à deux dimensions

Le Triomphe de la théorie ondulatoire!

François Arago (1786 – 1853) et Augustin Fresnel (1788 – 1827)

Grand scientifique, député, ministre, Arago soutient la science

Un ingénieur père d’une théorie fondamentale: Fresnel et l’optique ondulatoire

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Il développe la fameuse lentille à échelon dite de Fresnel. « Les navigateurs sont prévenus que, dans le courant du mois de juillet 1823, il sera fait un changement au feu du phare de Cordouan, qui continuera d ’être un feu tournant à éclipses, mais présentera des éclats beaucoup plus vifs,plus courts et plus fréquents. »

Un ingénieur des Ponts et Chaussées père d ’une théorie fondamentale: Fresnel et l ’optique ondulatoire

Il écrit un mémoire (1819) qui fait toujours date sur la diffraction. Les franges sont dues aux interférences des ondelettes émises par chaque point.

Il énonce un principe sur ce sujet « principe de Huygens Fresnel ».

Puis un autre avec Arago sur la polarisation de la lumière.

vitesse de la lumi re
Vitesse de la lumière?
  • Kepler et Descartes la pensait infini.
  • Galilée et Newton la pensait fini mais n’ont pas pu la mesurer.
  • Olaüs Römer (astronome danois 1644-1710) en observant Io un des satellites de Jupiter, l’estime à 300000 km/s.
  • Hippolyte Fizeau (1819-1896) à l’aide de deux lunettes, l’une à Suresnes et l’autre à Montmartre, mesure 315000 km/s en 1849. Il montre expérimentalement, avec l’aide de Léon Foucault (1819-1868), que cette vitesse varie avec le milieu. La lumière se propage plus vite dans l’air que dans l’eau.
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James C. MAXWELL (1831-1879)

1 pm 1 nm 1 m m 1 mm 1 m 1 km

Rayons gamma rayons x ultra Infrarouge micro-ondes ondes hertziennes

violet

Lumière = ondes visibles de 375 à 740 nm

1021Hz 1018Hz 1015Hz 1012Hz 109Hz 106Hz

Ondes Electromagnétiques

L ’électromagnétisme, première unification

Les ondes lumineuses ne sont qu’un cas particulier des ondes électromagnétiques !

Superposition d’un champ électrique et d’un champ magnétique.

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A la limite de la lumière du point de vue longueur d’onde

Les rayons X nous montrent notre monde nouveau

Wilhelm K. RÖNTGEN

(1845-1923)

La main de Bertha Röntgen, première radiographie

(28-12-1895)

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A la limite de la lumière du point de vue longueur d’onde

Les rayons X nous montrent notre monde nouveau

A gauche, l ’imagerie médicale héritière directe des rayons X; à droite hommage à Antoine Béclère (1856 – 1939), père de la radiologie et radiothérapie françaises

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La théorie de la relativité, les quanta de Planck expliquent ces phénomènes en alliant les deux théories.

En 1926 les quanta de lumière sont officialisés et nommés PHOTONS. Les corpuscules de Newton ont un nom!

1858 - 1947

1879 - 1955

Le mariage des théories corpusculaire et ondulatoire

Comment expliquer:

- La formation progressive d’une image photo? (Nicéphore Niepce 1765 –1833 est le premier à réaliser un négatif photo) sinon par la théorie corpusculaire.

- Les interférences et la polarisation sinon par la théorie ondulatoire.

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Newton (corpuscules) a proposé une mécanique se référant à un temps et à un espace absolus, identiques dans tous les espaces.

  • Fresnel (onde) avait donné une référence absolue l’Ether.
  • Hendrick Antoon Lorentz (1853 – 1928 Hollande) interprète l’expérience de Albert Michelson (1852 – 1931 Etats-Unis) sur la mesure du vent d’Ether du à la rotation de la terre, il (Lorentz) montre l’impossibilité de l’existence de l’Ether. Ce n’est pas bon pour la théorie ondulatoire!
  • En 1887, Heinrich Hertz (1857 – 1894) découvre l’effet photoélectrique.
  • En 1900, Planck introduit la notion de quantum (E = n h f).
  • En 1905 Einstein montre que la lumière est bien formée de photons d’énergie égale à un quantum (h f) qui se propagent à la vitesse de la lumière.
  • En 1916 Einstein énonce la théorie de la relativité générale.

Comment réconcilier une théorie discontinue (photons et quanta) avec la théorie ondulatoire (optique physique) ?

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Interaction de la lumière et de la matière

La lumière formée de particules élémentaires remonte aux Atomistes de l’Antiquité (Démocrite –460-370, Lucrèce –98-55).

Newton: Les atomes d’un corps exerce une force sur les corpuscules de lumière, ce qui explique la réflexion et la réfraction.

Planck introduit la notion de quantum E=n.h.f.

Einstein donne le nom de photons aux particules ou quanta de lumière lors de l’interaction matière/lumière.

La lumière est une onde constituée de photons. Les photons sont créés par les électrons qui changent de niveaux autours du noyau de l’atome….

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Louis de Broglie (1892 – 1987) , un physicien pas comme les autres

Maurice de Broglie (frère de Louis) (1875 –1960) travaille sur les rayons X

En 1923 Louis de Broglie énonce et démontre: Les franges d’interférences sont prévues par la théorie des ondes. Mais, elle ont été tracées par des actions discontinues dues aux arrivées des divers photons.

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Quand les électrons se prennent pour des ondes, ils donnent lieu à diffraction . Ces ondes de matière permettent le fonctionnement du microscope électronique.

Louis de Broglie un physicien pas comme les autres

  • La mécanique Newtonienne est une bonne approximation pour des corps à grande échelle (échelle céleste).
  • A l’échelle atomique, il est nécessaire d’utiliser la notion d’onde rendant compte des effets quantique.

La Mécanique quantique s’impose!

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Ernest Solvay (1838 – 1922) épris de science et … riche finance un congrès réunissant les meilleurs physiciens… Le premier en 1911, le 21ème en 1998…

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Planck âgé avec sa femme

Alfred Kastler (1902 – 1983) propose en 1956 le « pompage optique », c’est le LASER dont une des application est l’holographie.

A présent, il y a autre chose que des galets sur la plage de Newton…..mais pour autant la physique a-t-elle réussi?

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Pas de bonne physique sans bonnes mesures

Dès que les instruments se perfectionnent, on ressent le besoin d’un système d’unités universel

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Blanc de référence

Acquisition des images couleurle calibrage du système

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Le capteur est la première étape pour acquérir une image!

Gottlieb Nipkow (1860-1940) est le premier a proposé le principe de la caméra.

La Science moderne s’attache à comprendre le « comment » de la lumière et non plus le « pourquoi »

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Les premiers enregistrements d’images (30 lignes) réalisés par le procédé mis au point par John Logie Baird (Ingénieur anglais) sur disque. La première émission a été réalisée par la BBC qui émet entre 1932 et 1935, sur son réseau radiophonique, des images, selon le procédé Baird, de 5 cm sur 2 cm.

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Le triptyque: Illuminant, Objet, Caméra !

La couleur n’existe pas en tant que telle. C’est seulement dans notre cerveau que la couleur se construit. Tout est affaire de psychophysique en ce qui concerne nos sens perceptifs et en particulier pour la perception de la lumière. De fait, il n’est pas exact de disserter sur la « vision des couleurs » car ce n’est pas une réalité objective (au sens d’objet) mais subjective (car elle dépend du sujet). On devrait parler de « vision colorée » ou « colorante ». C’est un processus « humain » (œil et cerveau) ou « électronique » (caméra et calculateur) qui crée, qui engendre la couleur.

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Chaîne de traitement des images! (1998)

« Tri et Reconnaissance de Pollens »

  • Acquisition
  • Filtrage
  • Segmentation
  • Analyse
  • Décision
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Platon (-428/-347)

La Vérité, objet de science, n’est pas dans les phénomènes mais dans les idées… (s’oppose à Aristote).

Allégorie (Expression d’une idée par une image) de la Caverne….

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Je laisse à votre bon vouloir les questionnements sur:

La lumière concept abstrait et métaphysique!

Energie, Force, Température et Lumière

La lumière utilisée comme métaphore

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Tout un symbole pour la physique des ondes et des corpuscules: les vagues déferlent sur le site de Pleumeur-Bodou

Esprit d ’analyse

Remerciements à Michel DUGAY (Université Blaise Pascal)

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Mes Principales Sources:

[Maitte 1981] Bernard Maitte « La lumière » Point Sciences.

[Morenas 1984] Marie Colette Morenas « Propagation de la lumière à travers les siècles » IRESPT, Université Blaise Pascal (Clermont II).

[Ronan 1988] Colin Ronan « Histoire mondiale des Sciences » Point Sciences.

[Serres 1989] Sous la direction de Michel Serres « Eléments d’Histoire des Sciences » Larousse-Bordas.

[Léna 1990] Pierre Léna et Alain Blanchard « Lumières » Inter Editions.

[Avron 1994] Dominique Avron « Le Scintillant » Presse universitaire de Strasbourg.

[Sciences 2000] Revue « Pour la Science » numéro spécial « La couleur  ».

[Boudenot 2001] Jean-Claude Boudenot « Histoire de la Physique et des Physiciens » Ellipses.

[Lange 2002] André Lange « Histoire de la télévision » http://histv2.free.fr André Lange.

[Allègre 2003] Claude Allègre « Un peu de science pour tout le monde » Fayard.

[Trémeau, Fernandez, Bonton 2004] « Image Numérique couleur » Dunod (à paraître).

http://www.inrp.fr/lamap/scientifique/optique/savoir/spectre_lumiere.htm

http://www.arcadia-uk.com/fr/220birdlamp.html

http://membres.lycos.fr/cavalampes/SiteLmp/JYP-Ecl4.htm (Histoire des lampes)

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