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Chapitre A.2. Optique géométrique
1°) Radiations lumineuses
La lumière est une onde électromagnétique, qui se propage en ligne droite dans tout
milieu transparent et homogène.
La célérité (vitesse) de propagation de la lumière dans le vide est co = 3.108 m.s-1 ;
ailleurs cette vitesse dépend du milieu dans lequel elle se propage, mais elle est toujours
inférieure à la vitesse dans le vide.
La distance parcourue par l’onde, au cours d’une période, est appelée longueur
d’onde en m



 c . T = c / f
L’ordre de grandeur des longueurs d’onde des radiations lumineuses est le µm.
La lumière blanche ( celle du soleil, d’une lampe à incandescence) peut se décomposer en un
spectre continu de couleur ( arc-en-ciel).
La lumière visible :
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Les rayons infrarouges (I.R) sont mis en évidence par leur effet thermique.
0,8 µm < IR < 1 mm
Les corps chauds produisent des infrarouges ( exemple d’application : radiateur
d’appartement à infrarouge).
Les rayons ultraviolets (U.V) sont mis en évidence grâce à la fluorescence qu’ils
produisent.
10 nm < UV < 0,4 µm
Ils produisent le bronzage mais aussi des brûlures ( coup de soleil). Un exemple
d’application des U.V : Les lampes “ noires ” utilisées dans les discothèques émettent des U.V
et de la lumière bleue.
2°) Composants de base permettant de modifier les caractéristiques géométriques d'un
faisceau lumineux : miroirs, fibres optiques, lentilles
2.1) Définitions
2.1.1) Rayons et faisceaux lumineux
Un rayon lumineux est le trajet suivi par la lumière pour aller d'un point à un
autre.
Le faisceau est un ensemble de rayons issus d'une source lumineuse.
2.1.2) Miroir
C’est un système optique simple, dont la surface est polie avec ou non dépôt
d’une mince couche de métal.
Symbole:
2.1.3) Fibres optiques
Ce sont des fils de verre très fin comportant un cœur formé d’un verre d’indice
n1, entouré d’une gaine formée d’un verre d’indice n2 < n1. Dans ces conditions, la
lumière se propage à l’intérieur de la fibre optique grâce à une succession de réflexions
totales sur les parois.
L’angle d’incidence restant toujours supérieur à l’angle limite.
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2.1.4) Lentilles
C'est un système optique qui utilise le phénomène de réfraction pour la
formation d'image.
2.2) Lois de l’optique
Réflexion :
ir
Angle d’incidence = angle de réflexion i = ir
Le rayon réfléchi appartient au plan d’incidence défini par le rayon lumineux d’incidence et la
normale N
Réfraction : (brusque changement de direction que subit la lumière quand elle traverse
la surface de séparation de deux milieux).
Rayon incident
I1
Milieu 1
Surface de séparation
Milieu 2
Ir
Rayon réfracté
Le rayon réfracté appartient au plan de réfraction défini par le rayon lumineux
d’incidence et la normale N
N1 sin i1 = N2 sin i2
N1 : indice absolu de réfraction du milieu 1 par rapport au vide.
N1 = co / c1
Co : célérité de la lumière dans le vide. C1 : célérité de la lumière dans le milieu 1.
2.3) Lentilles minces
2.3.1) Généralités
Une lentille sphérique est constituée par un milieu transparent, généralement en
verre, limité par deux surfaces sphériques ou par une surface sphérique et une surface
plane.
Axe principal : 
Centres de courbure : O1 et O2.
Rayons de courbure : R1 et R2.
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R1
R2
O1
O2

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Deux sortes de lentilles peuvent être considérées:
Celles à bords minces
Celles à bords épais
Plan convexe Biconvexe
Ménisque
Plan concave Biconcave Ménisque concave
Symboles respectifs:
O
Axe
principal
O: centre
optique
Les lentilles sont dites minces, si leur épaisseur est faible devant les rayons de courbure
des faces.
2.3.2) Marche des rayons lumineux
2.3.2.1) Propriété du centre optique
Tout rayon incident passant par le centre optique O d’une lentille la traverse
sans être dévié.
O
Axe
principal
O
O: centre optique
2.3.2.2) Foyers principaux
Lentilles convergentes
O
Lentilles divergentes
Axe
principal
O
O: centre optique
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Un faisceau incident parallèle provenant d’une source située à l’infini donnera un
faisceau émergent, dont le support passera par le foyer principal image.
O
Axe
principal
O
O: centre optique
Un faisceau émergent parallèle provenant à l’axe optique provient d’un faisceau
incident, dont le support passe par le foyer principal objet.
2.3.4) Distance focale
C’est la distance qui sépare un foyer principal du centre optique.
Distance focale objet : OFo; distance focale image : OFi.
Valeur absolue (OFo ) = valeur absolue (OFi).
C’est une grandeur algébrique, comptée positivement pour une lentille
convergente, négativement pour une lentille divergente.
2.3.5) Vergence d’une lentille
C’est l’inverse de sa distance focale image.
C 1
C s’exprime en dioptrie :OFi en mètre.
OF
i
2.4) Construction géométrique de l’image d’un objet
Un point objet ou image peuvent être :
Réel : les rayons lumineux se coupent réellement en ce point.
Virtuel : Ce point se trouve à l’intersection des supports des rayons lumineux.
A l’infini: les rayons lumineux sont parallèles.
Remarque : une image virtuelle ne peut pas être projetée sur un écran.
Pour déterminer l’image d’un objet AB, il suffit de construire quelques rayons
caractéristiques issus du point B.
a) le support du rayon passant par B et le centre optique ne sera pas dévié et
l’image de B se trouvera sur le support du rayon.
b) Le support du rayon passant par B parallèlement à l’axe optique sortira de la
lentille de telle sorte que le support du rayon émergent passe par l’image de B et par le
foyer principal image.
c) Le support du rayon passant par B et par le foyer principal objet sortira de la
lentille de telle sorte que le support du rayon émergent passe parallèlement à l’axe
optique et par l’image de B.
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O
Axe
principal
O: centre optique
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