vite que la lumière

Proportionnalité
Chapitre 7
Plus vite que la lumière
Nous savons aujourd’hui que la vitesse de la lumière est d’environ 300000 km/s (en 1983, les scientifiques l’ont
fixée à 299792458m/s très exactement), mais cette recherche a été très longue…
Généalogie d’une recherche
– Avant Galilée (1564-1642), les savants pensaient que la lumière se propageait instantané-
ment dans l’air. Galilée fut le premier à penser que la vitesse de la lumière était finie (c’est-
à-dire bornée, limitée).
– En 1676, l’astronome danois Ole Römer détermina une vitesse de la lumière à l’aide
d’ «une méthode astronomique»: il utilisa une éclipse de Io, un satellite de Jupiter, et trouva
une vitesse de 212 0000 km/s (au lieu de 300000 km/s, soit une erreur de presque 30%).
– C’est en 1849 que la première mesure terrestre de la vitesse de la lumière fut effec-
tuéepar le physicien français Hippolyte Fizeau.
L’expérience de Fizeau
Hippolyte Fizeau utilisa une roue dentée (voir photographie ci-dessous), placée sur le Mont Valérien à Suresnes,
pour envoyer un signal lumineux vers Montmartre (distant de 8633 m) où un miroir le renvoya à son point de départ.
En réglant la vitesse de rotation de sa roue dentée, Fizeau parvint à mesurer le temps mis par la lumière pour faire
le trajet Suresnes-Montmartre-Suresnes.

Chapitre 7
Quelques liens utiles
expositions.obspm.fr/lumiere2005/experiencefizeau.html
Sur le site de l’Observatoire de Paris, on retrouve les détails de l’expérience de Fizeau mais aussi une reproduc-
tion de cette expérience faite à Paris en 2005 avec un faisceau laser.
(expositions.obspm.fr/lumiere2005/tir_laser.html)
www.universcience-vod.fr/media/1535/vitesse-de-la-lumiere--2.html
Ce site Internet est une plateforme dédié au film pédagogique sur les sciences et les technologies.
On y trouve un film pédagogique d’environ 10 minutes sur la mesure de Fizeau présenté par Jamy Gourmaud
(animateur de la célèbre émission C’est pas sorcier).
clubastronomie.free.fr/lois/romer.htm
Cet amateur présente, de très belle façon, différentes mesures de la vitesse de la lumière et notamment celle
de Fizeau avec tous les détails et tous les calculs scientifiques de l’époque.
Proportionnalité
L’expérience de Fizeau, en 1849, fut la première mesure de la vitesse de la lumière n’utilisant pas de techniques liées à l’astrono-
mie. L’idée principale est l’utilisation d’une roue dentée en rotation permettant de relier la vitesse de rotation de la roue à la vitesse
de la lumière. Le dispositif expérimental se compose de deux lunettes terrestres, d’une roue dentée comportant 720 dents mise
en mouvement par un lourd contrepoids et d’une source de lumière. La lumière très vive de la lampe à oxygène et hydrogène
arrive à l’intérieur de la première lunette sur une lame séparatrice à 45°. Cette lame réfléchit la lumière vers l’axe de la lunette.
Elle passe à travers la roue dentée puis part dans la direction d’une autre lunette placée à plusieurs kilomètres de distance sur
la butte de Montmartre. Cette seconde lunette est munie d’un miroir lui permettant de renvoyer la lumière vers Suresnes. La
lumière est récupérée par la première lunette, passe à nouveau à travers la roue dentée puis est observée avec l’oculaire de la
lunette. Si l’on tourne, très lentement, la roue en regardant dans l’oculaire, on observe l’éclat de lumière qui apparaît, puis dispa-
raît et réapparaît encore, car les dents de la roue font obstacle au passage de la lumière. Si, en revanche, on accélère la roue, la
rémanence de la lumière sur la rétine fait disparaître le clignotement pour ne laisser qu’une tache continue. Lorsque l’on dépasse
les 12 tours par seconde, il arrive un instant où le temps que met la lumière pour faire Suresnes-Montmartre-Suresnes (environ
17 kms) correspond à la durée de passage d’une dent dans le faisceau. Ainsi, le faisceau qui réussit à traverser la roue à l’aller trouve
au retour une dent qui lui bloque le passage. Le même phénomène se reproduit si l’on tourne la roue 3 fois, 5 fois plus vite, etc.
Le calcul
• Calcul de la distance: d = 2 × 8 633 m. • Calcul du temps: t = 0,000055 s
• Calcul de la vitesse: v = d
t = 2 × 8 633 0,000055 ≈ 314000 000 m/s
Cette valeur était très correcte, compte tenu des moyens techniques de l’époque.