La revolution verte

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  • Publié le : 26 décembre 2010
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Licence Science et Technologie 1`re ann´e e e Universit´ de Corse Pasquale Paoli e Facult´ des Sciences et Techniques e

´ ´ OPTIQUE GEOMETRIQUE A. G´n´ralit´s – Bases de l’optique g´om´trique e e e e e
1. Introduction L’optique est la science des ph´nom`nes lumineux. La lumi`re, et le sens de la vue, e e e sont tr`s importants pour nous puisqu’ils nous fournissent une grande partie de nos einformations sur le monde. Ils conditionnent notre fa¸on de nous orienter, de nous c d´placer. . . e Deux possibilit´s pour voir un objet : e • l’objet est une source lumineuse (ampoule, flamme, ´toile. . .) et nous voyons e directement la lumi`re ´mise par cette source ; e e • plus g´n´ralement, nous voyons un objet par la lumi`re qu’il r´fl´chit. Dans ce cas, e e e e e la lumi`re peut provenir dusoleil, d’appareils lumineux ou d’autres sources. e 2. Mod`les ondulatoire et corpusculaire e Deux mod`les compl´mentaires pour d´finir ce qu’est la lumi`re et comprendre sa e e e e propagation : 2.1. Le mod`le ondulatoire de la lumi`re e e La lumi`re est une onde ´lectromagn´tique, caract´ris´e par une fr´quence ν et une e e e e e e longueur d’onde λ. La lumi`re visible correspond ` une petitegamme de fr´quences (ou e a e de longueurs d’onde) parmi le large spectre des ondes ´lectromagn´tiques. Dans cette e e gamme (spectre du visible), chaque fr´quence correspond a une couleur. La lumi`re du e ` e soleil contient toutes les fr´quences du visible. On parle de lumi`re blanche. e e

A. G´n´ralit´s – Bases de l’optique g´om´trique e e e e e 2.2. Le mod`le corpusculaire de la lumi`re e e2

La lumi`re est un flux de corpuscules, les photons. Les trajectoires de ces corpuscules e sont appel´es rayons lumineux. Ces rayons v´rifient le principe de Fermat, qui minimise e e le temps de parcours entre deux points. Dans la plupart des circonstances, en particulier dans le cas d’un milieu de propagation homog`ne, les rayons lumineux sont des droites : e il y a propagation rectiligne dela lumi`re. Ce deuxi`me mod`le est appel´ mod`le e e e e e corpusculaire. Il conduit ` la partie de l’optique (optique g´om´trique) que nous allons a e e ´tudier. e 3. Propagation rectiligne de la lumi`re – Vitesse de la lumi`re et indice de e e r´fraction e Dans le vide, la vitesse de la lumi`re est e c = 299 792 458 m · s−1 mais la plupart du temps, on utilise la valeur approch´e e c ≃ 3 × 108 m· s−1 . (2) (1)

Dans l’air, la vitesse de la lumi`re est tr`s l´g`rement inf´rieure ` celle dans le vide. e e e e e a En pratique, on utilise la valeur approch´e pr´c´dente. e e e Dans d’autres milieux transparents, comme l’eau ou le verre, la vitesse de la lumi`re e 3 est toujours inf´rieure ` c. Dans l’eau, veau ≃ 4 c et dans le verre (suivant la vari´t´), e a ee 2 vverre ≃ 3 c. La vitesse dela lumi`re est donc une caract´ristique du milieu de propagation e e consid´r´. On d´finit l’indice de r´fraction du milieu, comme le rapport entre vitesse c ee e e dans le vide et vitesse v dans le milieu : c (3) n= . v Comme c ≥ v, on a toujours n ≥ 1 (n = 1 pour le vide). Pour diff´rents milieux e transparents, neau ≃ 1, 33 (= 4/3) ; nverre ≃ 1, 5 (= 3/2). En fait, pour un milieu donn´, lavitesse v de la lumi`re (et donc l’indice de e e r´fraction n) est aussi fonction de la fr´quence de la radiation consid´r´e. Par exemple, e e ee pour un type de verre donn´ (verre flint), l’indice de r´fraction peut varier entre n = 1, 61 e e (λ = 700 nm, rouge) et n = 1, 67 (λ = 400 nm, violet). Mais on se limitera ` des rayons a de lumi`re monochromatique (une seule fr´quence, donc un seul indice der´fraction). e e e 4. R´flexion et r´fraction de la lumi`re e e e 4.1. R´flexion de la lumi`re e e Quand la lumi`re frappe la surface d’un objet, une partie en est r´fl´chie. Le reste est e e e absorb´ par l’objet (et transform´ en chaleur) ou, si l’objet est transparent (comme le e e

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verre ou l’eau), une partie est transmise `...
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