La lumière

LA LUMIÈRE
 LES DIFFÉRENTS TYPES DE LUMIÈRE.
On distingue 2 types de sources de lumière :
- Les sources primaires = Soleil, bougies, lampe à incandescence, tube fluorescent …
 Elles produisent la lumière qu’elles émettent. Les éclairages artificiels tendent à
produire une lumière la plus voisine possible de celle du Soleil (lumière blanche) afin
que notre perception des couleurs se rapproche le plus possible de celle de la lumière
du jour.
- Les sources secondaires = la Lune, le ciel, les planètes, l’écran d’un projecteur …
 Elles absorbent la lumière produite par une source primaire et la diffusent.
La lune et les planètes du système solaire ne produisent aucune lumière. Elles
renvoient en partie la lumière qu’elles reçoivent du Soleil.
Ces différentes sources peuvent être des sources ponctuelles ou des sources étendues.
 LA LUMIÈRE DU SOLEIL.
Si on décompose la lumière du Soleil à l’aide d’un prisme ou d’un réseau, on obtient le spectre de
la lumière solaire.
La lumière du soleil est en fait composée d’une multitude de lumières colorées : les radiations.
Ce spectre est qualifié de « continu » car le passage d’une couleur à l’autre se fait
progressivement.
Elles se classent en six « catégories » : le violet, le bleu, le vert, le jaune, l’orange et le rouge .
Le mélange de toutes ces radiations est perçu comme une lumière blanche par notre œil.
Chacune des radiations est caractérisée par une longueur d’onde ( λ ).
Les radiations visibles par un œil humain ont des longueurs d’onde dans le vide
comprises entre 400 nm et 800 nm .
nm = nanomètre = 10 ⁻ ⁹= un milliardième de mètre.
Les radiations ayant des longueurs d’onde inférieures à 400 nm ne sont pas visibles
pour un œil humain mais sont néanmoins familières : les ultra-violets (= lumière noire),
les rayon X, les rayons gamma ( y ).
Les radiations ayant des longueurs d’onde supérieures à 800 nm nous sont elles aussi
invisibles mais utiles : les infrarouges, les micro-ondes, les ondes hertziennes.
Les lumières comportant plusieurs radiations sont dites polychromatiques.
Celles comportant une seule radiation sont dites monochromatiques.

 L’ARC EN CIEL.
= réfléchissement de la lumière du Soleil sur les gouttes d’eau d’un nuage.
Ce phénomène provient de la séparation des différentes composantes colorées qui constituent la
lumière blanche.
L’arc-en-ciel fait apparaître le spectre lumineux de la lumière blanche, composé d’une infinité de
nuances colorées variant progressivement du rouge au violet.
Si on recompose ces couleurs on retrouve la sensation de blanc.
Ceci peut être réalisé avec le disque de Newton  en coloriant un disque de carton avec les six
couleurs de l’arc-en-ciel et en le faisant tourner rapidement, on obtient, grâce à la pertinence
rétinienne, une superposition visuelle des six couleurs qui se traduit par la perception du blanc ou
du gris clair.
Qu’elle est la nature de la lumière ?
On appelle communément « lumière » le rayonnement auquel notre œil est sensible.
La lumière visible fait partie de la famille de rayonnements appelés « ondes
électromagnétiques ».
Ces rayonnements sont de même nature et ne se différencient que par leurs fréquences (Hz) ou
leurs longueurs d’onde.
Les ondes électromagnétiques

 DÉTECTEURS DE LUMIÈRE ET PROPAGATION.
Les détecteurs de lumière.
Les détecteurs de lumière sont les corps qui réagissent à la lumière.
On les classe en 3 grandes catégories :
- L’œil humain : il reçoit les rayons lumineux qui traversent une succession de milieux
transparents et viennent impressionner la rétine. Par l’intermédiaire, des fibres
nerveuses formant le nerf optique, les cellules de la rétine ( cônes et bâtonnets )
transmettent au cerveau un influx nerveux.
- Les détecteurs photochimiques : ce sont des substances chimiques qui réagissent sous
l’action de la lumière (ex : les sels d’argent des pellicules photographiques qui noircissent
sous l’effet de la lumière).
- Les détecteurs photoélectroniques : ce sont des composants électroniques (photodiodes,
photorésistances, phototransistors, photopiles…) qui ont un comportement qui dépend de
la lumière reçue. Les appareils photographiques et les caméscopes par exemple utilisent
ces composants.
Processus de vision des objets .
Lorsqu’on regarde un objet éclairé par une quelconque source de lumière, notre œil reçoit de
la lumière renvoyée par chaque point de l’objet.
Cet ensemble de rayons lumineux rentre par la pupille et va former sur la rétine un ensemble
de point plus ou moins lumineux constituant l’image de l’objet, analysée par le cerveau.

Propagation de la lumière.
Dans un milieu homogène, la lumière se propage en ligne droite et à vitesse constante.
La vitesse de propagation de la lumière est toutefois différente selon le milieu.
 Elle est très proche de 300 000 km/s dans le vide (299 792 458 m/s) et a quasiment
la même valeur dans l’air. Elle est moins élevée dans les milieux transparents denses.
Elle est de 255 000 km/s dans l’eau et de 200 000 km/s dans le verre.
On appelle indice (n) d’un milieu le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide (c) et la
vitesse de la lumière dans le milieu (v).  n = c/v
La propagation n’est rectiligne que si le milieu est homogène. Si sa trajectoire est modifiée la
rencontre entre lumière et matière peut donner lieu à différents phénomènes :
- L’absorption : la lumière est absorbée par la matière qui va alors s’échauffer.
- La réflexion : la lumière est déviée et renvoyée dans une autre direction.
- La diffusion : la lumière est renvoyée dans toutes les directions.
- La transmission : la lumière traverse la matière et continue de se propager.
- La réfraction : la lumière est déviée lors du passage d’un milieu à un autre d’indice
différent (ex : passage air/eau ; passage air/verre).
- La diffraction : la lumière est déviée sans qu’il y ait réflexion ou réfraction (passage
d’une fente).
- La dispersion : une lumière polychromatique est dispersée quand les différentes
radiations qui la composent sont séparées (prisme, réseau, bulles de savon…).
La lumière permet aussi de distinguer les corps :
- Transparents : s’ils transmettent la lumière sans la diffuser.
- Opaques : Ils diffusent et/ou réfléchissent la lumière. Le phénomène de transmission est
inexistant ou très faible (un miroir est un corps opaque réfléchissant).
- Translucides : s’ils diffusent la lumière qui les traverse ou qu’ils renvoient.

Ombre et pénombre.
Un objet opaque placé devant une source ponctuelle empêche la propagation de la lumière de
cette source dans tout le volume d’espace situé derrière lui.
On distingue :
- L’ombre propre de l’objet (sa partie non éclairée par la source). Ex : la nuit correspond à
l'ombre propre de la Terre .
- L’ombre portée par l’objet sur un écran (ou tout autre surface). Ex : l’ombre
d’une personne ou d’un objet éclairé par le Soleil est une ombre portée .
- Le cône ou la zone d’ombre, projetée par l’objet.
L’ombre ne nous apparaît pas complètement noire.
En fait la zone correspondant à l’ombre ne reçoit pas de lumière directe mais elle reçoit malgré
tout de la lumière indirecte diffusée par tous les objets environnants et éventuellement le ciel.
Ainsi, l’ombre n’est pas une absence de lumière mais un déficit de lumière.
Ce n’est dans le vide de l’espace que les zones d’ombre sont réellement noires.
Exemple d'utilisation des propriétés de propagation de la lumière : la chambre noire.