Physique – Terminale S
Chapitre 3
Cours
1
Le modèle ondulatoire de la lumière
… en finir avec le modèle du rayon de lumière ??
1 – La lumière est-elle une onde ?
La nature de la lumière n’apparaît pas de façon évidente : est-ce une onde ? est-ce un ensemble de
particules qui se déplacent en ligne droite ? Des faits expérimentaux ont tranché en faveur de la première
hypothèse (Grimaldi, 1665 – puis Young et Fresnel au début du XIXème siècle) et ont montré la nature
ondulatoire de la lumière.
Chronologie
–600 : Pythagore suppose que la lumière est émise par l’œil.
–400 : Démocrite suggère que la lumière est « une impression dans l’air due à l’œil et à l’objet ».
–300 : pour Euclide, les rayons de lumière, émis par l’œil, sont des lignes droites ; il énonce les lois de la
réflexion sur un miroir. Ces remarques avaient été faites vers –400 par le chinois Mo Di.
1000 : le cairote Alhazen (ou Ibn-Al-Haitam) suggère que la lumière est quelque chose émis par l’objet.
1600 : Johannes Kepler indique que « dans la lumière, le mouvement se fait le long d’une droite, et ce
qui se déplace est une sorte de surface ». Il énonce une loi approchée de la réfraction, les lois des
lentilles et de formation des images après que Galilée a inventé la lunette.
1625 : Snell donne les lois de la réfraction et pose des bases solides pour l’optique géométrique (comme
Descartes en 1637 et Fermat en 1667).
1665 : Grimaldi découvre la diffraction sur le bord des ombres.
1675 : Römer donne une valeur finie à la vitesse de la lumière en observant les satellites galiléens de
Jupiter.
1678 : pour Huyghens, la lumière est une sorte d’ébranlement qui se propage en cercles à partir de la
source, et qui est capable de se renforcer par addition. Il explique la propagation rectiligne, et démontre
les lois de la réflexion et de la réfraction.
1704 : Newton explique les couleurs et pose des questions sur une nature corpusculaire de la lumière.
1800 : Young découvre le phénomène d’interférences : « de la lumière plus de la lumière peut donner de
l’obscurité ». Pour lui, la lumière monochromatique est une onde sinusoïdale.
1814–1820 : Fresnel donne une théorie mathématique de la diffraction et des interférences.
1840–1860 : naissance de l’électromagnétisme avec Faraday et Maxwell.
1900 : Planck découvre la répartition spectrale du rayonnement thermique. Grâce à Einstein notamment,
la mécanique quantique se développe…
2005 : tous les phénomènes lumineux observables sont expliqués… Il ne reste qu’à se donner de
nouveaux challenges !
1.1 – Lumière monochromatique et lumière polychromatique