Énergie et contrôle

Énergie et contrôle

Énergie et contrôle – Bloc 1 305
Bloc 1 : Les types d’énergie lumineuse et la réflexion de la
lumière
3 heuresDurée :
Principes scientifiques
Les principes scientifiques s’adressent aux enseignantes et aux enseignants.
Il est essentiel de distinguer une source lumineuse d’un simple objet qui réfléchit la lumière. Par
exemple, le Soleil est une source lumineuse, tandis que la Lune est un astre (un objet) qui
réfléchit la lumière du Soleil. Une lampe est une source lumineuse, tandis que le miroir n’est
qu’un objet qui réfléchit la lumière de la lampe.
Les sources lumineuses
Il existe plusieurs types de sources lumineuses.
1) les sources incandescentes
Les sources qui chauffent un objet jusqu’à ce qu’il émette de la lumière sont incandescentes.
À une certaine température, ces objets deviennent lumineux.
L’ampoule électrique est un exemple de source incandescente. Le filament de tungstène
à l’intérieur de l’ampoule électrique devient très chaud et produit de la lumière. Puisqu’une
grande partie de l’énergie consommée sert à chauffer le filament, les ampoules incandescentes ne
sont pas très efficaces énergétiquement. Un autre défaut de l’ampoule incandescente, c’est que le
filament de tungstène s’évapore graduellement et que l’ampoule cesse de fonctionner après un
certain temps d’utilisation.
Les ampoules halogènes sont des ampoules incandescentes améliorées présentant un meilleur
rendement. La lumière est produite par incandescence à l’aide d’un filament de tungstène
à l’intérieur de l’ampoule. L’ampoule contient un gaz halogène comme l’iode. L’iode permet au
tungstène, qui s’évapore, de se rattacher au filament restant. L’ampoule a alors une plus longue
durée de vie. L’ampoule halogène fonctionne à une température beaucoup plus élevée que
l’ampoule incandescente ordinaire. Celle-là est donc plus lumineuse. Puisque cette ampoule est
plus petite, on utilise un gaz de meilleure qualité améliorant ainsi son efficacité. Un des
avantages de la présence de gaz est que la chaleur est rapidement perdue.
2) les sources fluorescentes
Certains matériaux deviennent lumineux lorsqu’ils sont exposés à des rayons ultraviolets. Par
exemple, on utilise des lumières noires comme source de rayon ultraviolet, rendant lumineux les
vêtements blancs. Les vêtements blancs absorbent l’énergie des rayons ultraviolets invisibles et
la relâchent en lumière visible.

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Dans un tube fluorescent, le même phénomène se produit. La source de rayons ultraviolets se
trouve à l’intérieur du tube et les vêtements blancs sont remplacés par une couche blanche
(phosphore) qui recouvre l’intérieur du tube. Les rayons ultraviolets frappent cette couche,
rendant le tube lumineux. L’avantage des tubes fluorescents, contrairement aux ampoules
incandescentes, c’est qu’ils ne produisent presque pas de chaleur. Par contre, les tubes
fluorescents contiennent de la vapeur de mercure qui peut nuire à la santé si elle est inspirée.
3) les sources phosphorescentes
Les sources phosphorescentes fonctionnent selon le même principe que les sources fluorescentes.
Des rayons ultraviolets sont absorbés par des substances phosphorescentes qui relâchent cette
énergie en lumière visible. Ce qui distingue les sources phosphorescentes, c’est qu’elles relâchent
souvent l’énergie absorbée en lumière plusieurs heures plus tard. Les petites étoiles que l’on colle
au plafond d’une salle absorbent de l’énergie toute la journée pour ensuite la libérer dans
l’obscurité.
4) les sources chimioluminescentes
Les sources chimioluminescentes émettent de la lumière produite par une réaction chimique. Les
tubes lumineux, vendus pendant les festivals, qui produisent de la lumière après le
déclenchement d’une réaction chimique en sont un bon exemple.
5) les sources bioluminescentes
Tout comme les sources chimioluminescentes, les sources bioluminescentes fonctionnent à la
suite d’une réaction chimique, mais cette fois la luminescence se produit dans un être vivant : les
lucioles et certaines méduses sont des sources bioluminescentes.
La réflexion de la lumière
La réflexion est le phénomène optique par lequel un objet normalement invisible dans l’obscurité
peut être perçu à l’œil nu. Ce phénomène se produit lorsqu’un rayon de lumière atteint une
surface réfléchissante et rebondit vers l’œil. La lumière peut être réfléchie de façon diffuse et de
façon régulière.
La réflexion diffuse se produit lorsque la surface réfléchissante est rugueuse, comme celle du
papier d’aluminium froissé.
La réflexion régulière se produit lorsque la surface réfléchissante est lisse, comme celle de l’eau
calme ou d’un miroir.
La loi de la réflexion
Lorsque la lumière est réfléchie sur un miroir plan, elle s’éloigne en décrivant le même angle que
celui du point d’arrivée, à la manière d’une boule de billard en frappant le rebord de la table. En
termes plus scientifiques, l’angle de réflexion est égal à l’angle d’incidence. Ces angles sont
toujours mesurés en partant de la normale, du plan dressé au point d’incidence. La normale est
tout simplement une ligne perpendiculaire à la surface réfléchissante.

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Le rayon qui part de la source lumineuse pour frapper le miroir est le rayon incident. L’angle
d’incidence est l’angle formé par le rayon réfléchi et la normale.
Le rayon qui part du point d’incidence du miroir est le rayon réfléchi. L’angle de réflexion est
l’angle formé par le rayon réfléchi et la normale.
Selon la loi de la réflexion :
- les rayons incidents et réfléchis ainsi que la normale de la surface réfléchissante se trouvent
toujours au même plan;
- l’angle de réflexion est toujours égal à l’angle d’incidence.
Cette loi s’applique même si la surface réfléchissante n’est pas plane.
Il y a deux grandes catégories de miroirs : les miroirs plans et les miroirs courbés, mais la loi de
la réflexion s’applique toujours, quelle que soit la forme de la surface réfléchissante.
Selon la loi de la réflexion, lorsque des rayons lumineux parallèles atteignent un miroir
convergent, ils se joignent en un point que l’on appelle foyer. Un miroir convergent fait donc
converger les rayons lumineux. Un miroir convergent a une surface réfléchissante de forme
concave.
Lorsque des rayons lumineux parallèles heurtent un miroir divergent, la loi de la réflexion stipule
que les rayons s’éloignent les uns des autres. Même s’il ne semble pas y avoir de foyer, il y a un
foyer virtuel créé derrière le miroir. C’est le point d’où semblent provenir tous les rayons
réfléchis. On dit qu’un miroir divergent fait diverger les rayons lumineux. Un miroir divergent
a une surface réfléchissante de forme convexe.
Carte sémantique du domaine
Vous trouverez la carte sémantique en format Smart Ideas ainsi qu’en format pdf dans le cd qui
accompagne ce module.