Chapitre 5 : Le photon, modèle corpusculaire de la lumière
I. La lumière, onde électromagnétique
Comme toutes les ondes (sonores par exemple), la lumière transporte de l’énergie sans déplacer de matière. La lumière émise par le Soleil permet le chauffage de l’atmosphère terrestre (absorption des IR par les gaz de l’atmosphère), ou bien permet la photosynthèse des plantes (absorption de la lumière visible par la chlorophylle).
Les ondes lumineuses appartiennent au domaine des ondes électromagnétiques (chap. 4). Chaque radiation est caractérisée par une longueur d’onde (dans le vide) λ ou bien par sa fréquence ν (« nu »), qui ne change pas selon le milieu de propagation.
On a la relation suivante :

λ : longueur d’onde de la radiation lumineuse (en m) ν : fréquence de la radiation (en Hz) c : célérité de la lumière ; c = 3,00.108m.s-1

II. La lumière : onde ou particules ?
II.1. Limites du modèle ondulatoire
Le modèle ondulatoire de la lumière explique les phénomènes de réfraction, de réflexion, de dispersion, mais surtout la diffraction, ainsi que la polarisation, et les interférences. Il explique la propagation de la lumière.
Mais il n’explique pas certains phénomènes qui se produisent avec des corps noirs (« catastrophe ultraviolette »).
L’approche ondulatoire atteint ses limites lors de faibles échanges énergétiques lumière-matière. Le modèle corpusculaire (où la lumière est un ensemble de particules) doit alors être introduit pour expliquer l’effet photoélectrique ou la détection de photon unique.

II.2. Le photon, « grain de lumière »
Les transferts d’énergie matière – lumière se réalisent de façon discontinue … on dira quantifiée : ils se font par
« paquets » d’énergie contenant chacun une énergie bien déterminée.
Chaque « paquet » (ou quantum) d’énergie lumineuse, est appelé photon.
Remarque : c’est le physicien allemand Max Planck qui développera la théorie des quanta dès 1895. C’est le début de la physique quantique.
Ainsi,