Physique Optique: Mesures, Unités SI et Comportement de la Lumière

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PHYSIQUE OPTIQUE
CHAPITRE 1 : GÉNÉRALITÉS
1. MESURES PHYSIQUES
On appelle grandeur physique, ou simplement grandeur, toute propriété d'un phénomène physique, d'un
corps ou d'une substance, qui peut être mesurée ou calculée, et dont les valeurs possibles s'expriment à l'aide
d'un nombre (réel ou complexe) et d'une référence (comme une unité de mesure).
Mesure (définition selon le dictionnaire Larousse) : Action d'évaluer une grandeur d'après son rapport avec une
grandeur de même espèce, prise comme unité et comme référence : La mesure du temps, des longueurs.
La mesure physique est l'estimation ou la détermination d'une dimension spécifique (longueur, capacité, etc.),
habituellement en relation avec un étalon (ou standard en anglais) ou une unité de mesure. Le résultat de la
mesure physique s'exprime en termes de multiple de l'étalon (un nombre réel multipliant l'unité). On pourra
citer comme exemple la mesure de distances (kilomètres, miles, lieues) ou la mesure du temps (secondes,
heures). Le processus de mesure physique implique l'estimation ou la détermination du rapport de la grandeur
d'une quantité à celle d'une unité de même type (c.-à-d. longueur, temps, masse, etc.). Une mesure physique
est le résultat d'un tel processus, exprimé comme le produit d'un nombre réel et d'une unité, dans lequel le
réel est le rapport estimé. À la différence d'un compte, c'est-à-dire une quantité entière d'objets connue de
manière exacte, chaque mesure physique est en réalité une estimation et possède donc une certaine
incertitude.
La mesure se distingue habituellement du comptage. Une mesure est un nombre réel et n'est jamais exact.
Un compte (ou dénombrement) est un entier naturel et peut être exact. On peut par exemple dire qu'il y a
douze œufs dans un carton en les dénombrant. Cependant, certains groupes ne peuvent être facilement
dénombrés, et estimer leur nombre par une approche statistique peut être similaire à effectuer une mesure

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physique. Ainsi par exemple, l'estimation du nombre de malades lors d'une pandémie ou le dénombrement
des étoiles appartenant à la Voie lactée possèdent des marges d'erreurs associées, et peuvent être considérées
comme estimées plutôt que comme comptées de manière exacte.
2. GRANDEUR ET UNITÉ
Mesurer une grandeur, c’est déterminer combien de fois elle contient une autre grandeur de même espèce,
choisie arbitrairement comme grandeur de comparaison et appelée unité.
Exemple : Le nombre d qui mesure la distance Namur-Bruxelles est 60, lorsqu’on choisit le kilomètre comme
unité. Nous adopterons l’écriture simplifiée suivante 𝑑 = 60 en kilomètres et pour alléger davantage le texte,
nous utiliserons le plus souvent la notation 𝑑 = 60 𝑘𝑚
3. SYSTÈME DE MESURE
Le système international d'unités (abrégé en SI) est la forme moderne et révisée du système métrique.
C'est le système d'unités le plus répandu dans le monde à la fois dans la vie courante et dans les domaines
scientifiques.
Il y a deux types d'unités SI, les unités de base et les unités secondaires. Les unités de base sont les mesures
correspondant au temps, à la longueur, à la masse, à la température, à la quantité (d'objets), au courant
électrique, et l'intensité lumineuse. Les unités secondaires sont construites sur les unités de base; comme par
exemple la masse volumique qui s'exprime en kg/m³.

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3.1 UNITÉS DE BASES
Grandeur physique Symbole de la
dimension
Nom de
l’unité (SI)
Symbole
de l’unité (SI)
Longueur L mètre m
Courant électrique I ampère A
Intensité lumineuse J candela cd
Masse M kilogramme kg
Quantité de matière N mole mol
Température thermodynamique ϴ kelvin K
Temps T seconde s

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3.2 PRINCIPALES UNITÉS DÉRIVÉES
Grandeur physique Nom de
l’unité (SI)
Symbole
de l’unité (SI)
En unité
(SI)
angle radian[N 1] rad m/m
angle solide stéradian[N 1] sr m2/m2
fréquence hertz Hz s−1
force, poids newton N kg m s−2
pression, contrainte pascal Pa kg m−1 s−2
énergie, travail joule J kg m2 s−2
puissance, flux énergétique watt W kg m2 s−3
potentiel électrique (tension
électrique), f.é.m. volt V kg m2 s−3 A−1
résistance, impédance, réactance ohm Ω kg m2 s−3 A−2
induction magnétique tesla T kg s−2 A−1
température Celsius degré
Celsius °C K[N 2]
flux lumineux lumen lm cd sr
éclairement lumineux lux lx cd sr m−2
Notes
1. Le radian et le stéradian sont définis comme des unités dérivées sans dimension.
2. Pour une différence ou un écart de température, la valeur est la même qu'elle soit donnée
en degrés Celsius ou en kelvins.

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Choix des unités
Il est parfois plus judicieux de choisir une unité non-standard pour mesurer certaines grandeurs physique.
Ce choix peut dépendre notamment de l'ordre de grandeur (il est plus aisé de compter les distances
interstellaires en années-lumière, par exemple) ou de l'utilisation que l'on veut en faire. Donner deux grandeurs
dans la même unité permet de comparer, et cela facilite l'interprétation des données, même si ça implique de
donner un résultat dans une unité qui ne correspond pas à sa dimension.
4. MESURES DIRECTES ET INDIRECTES
Quand on compare effectivement la grandeur à mesurer à une représentation concrète de l'unité choisie on
dit que l'on effectue une mesure directe. Cette méthode est généralement utilisée pour les longueurs, les
masses et les durées.
Souvent, il n'est pas possible expérimentalement de comparer directement la grandeur à l'unité
correspondante. On mesure alors indirectement la grandeur considérée, en mesurant les autres grandeurs
dont elle dépend.
Exemple : mesure de l'aire d'une surface triangulaire S, grâce à la formule :
𝑆 =
On ramène alors la mesure S à celles de 2 longueurs b et h.
Remarque : comme les mesures de b et h comportent une erreur, la superficie calculée est sans doute
approximative ; en revanche, la formule demeure exacte.