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2012
-
2013
IPSA Toulouse
Première année du Cycle Préparatoire Intégré
Nicolas RIVIERE
Onera – Département Optique Théorique et Appliquée
2 avenue Edouard Belin – BP 74025 – 31055 Toulouse cedex
[phone] – [e-mail]

Optique géométrique
IPSA | Rivière Nicolas | [email protected] | 2014 3
Table des matières
Introduction générale ........................................................................................................................................... 7
I. Lumière et optique .......................................................................................................................................... 15
1 Le modèle particulaire de la lumière.............................................................................................................. 15
2 La vitesse de la lumière et l’indice de réfraction............................................................................................ 16
3 Bases de l’optique géométrique ..................................................................................................................... 18
II. Principes fondamentaux de l’optique géométrique..................................................................................... 31
1 Propagation rectiligne de la lumière............................................................................................................... 31
2 Lois de Snell-Descartes.................................................................................................................................. 32
3 Principe du retour inverse de la lumière......................................................................................................... 35
4 Construction du rayon réfracté....................................................................................................................... 36
III. Stigmatisme et approximation de Gauss .................................................................................................... 39
1 Source ponctuelle et objet lumineux .............................................................................................................. 39
2 Définition d’un instrument parfait. Stigmatisme............................................................................................ 39
3 Stigmatisme approché.................................................................................................................................... 40
IV. Miroirs sphériques et miroirs plans............................................................................................................ 43
1 Réflexion vitreuse et réflexion métallique ..................................................................................................... 43
2 Miroir concave et miroir convexe .................................................................................................................. 44
3 Propriétés remarquables des miroirs sphériques ............................................................................................ 45
4 Recherche de l’image d’un point objet situé sur l’axe du miroir.................................................................... 45
5 Notions de foyer et de plan focal.................................................................................................................... 47
6 Construction de l’image d’un objet plan........................................................................................................ 48
7 Formules des miroirs sphériques dans l’approximation de Gauss.................................................................. 50
8 Champ d’un miroir sphérique......................................................................................................................... 52
9 Miroirs plans .................................................................................................................................................. 53
V. Miroirs, lentilles et instruments d’optique................................................................................................... 55
1 Rappels sur les miroirs................................................................................................................................... 55
2 Les lentilles .................................................................................................................................................... 56
3 Formation des images..................................................................................................................................... 59
4 Puissance des lentilles et aberrations.............................................................................................................. 62
5 Généralités et principe de quelques instruments d’optique classiques........................................................... 65
6 Application : la loupe..................................................................................................................................... 66
7 Application : le microscope............................................................................................................................ 67
8 Application : la lunette astronomique............................................................................................................. 69
Annexe.................................................................................................................................................................. 71
1 Rappels sur la division harmonique ............................................................................................................... 71

Table des matières
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Optique géométrique
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Phot os de couve rtur e
Phot os de couve rtur ePhot os de couve rtur e
Phot os de couve rtur e
1. Portrait de René Descartes. Mathématicien, physicien et philosophe français, il est né le 31 mars 1596 à La
Haye en Touraine (localité rebaptisée Descartes par la suite) et il est mort à Stockholm dans le palais royal de
Suède le 11 février 1650.
2. Dessin d’Ibn Sahl (~940-1000). Il est le premier a mentionner la loi de la réfraction en considérant des
triangles rectangles (en haut à gauche) et que le rapport des deux hypoténuses est une constante du système.
3. Notion d’objet et d’image en optique géométrique.
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