Qu'est ce que la lumière?

 Qu'est-ce que la réfraction de la lumière ?         

C'est la propriété qu'a la lumière de changer de direction lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre de densité différente. Ainsi, on peut facilement mettre en évidence la réfraction en observant une paille dans un verre d'eau. On a l'impression que la paille est cassée au niveau de la surface. En fait, la lumière que renvoie la paille vers nos yeux traverse deux milieux différents : l'eau et l'air, dans lesquels les rayons lumineux sont déviés différemment. C'est le même phénomène de réfraction de la lumière qui nous fait voir nos jambes plus petites et déformées quand nous sommes dans la mer ou la piscine.   

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 Qu'est-ce qu'une interférence lumineuse ?

La lumière est constituée d'ondes avec des crêtes et des creux comme pour une vague. Elles varient progressivement d'une émission maximale positive (crête), vers une extinction puis vers une émission maximale négative (creux), puis remontent...  Ces ondes se déplacent dans l'espace à une vitesse de 300 000 km/seconde. Quand deux sources lumineuses se rencontrent, elles réagissent de la même manière que deux gouttes d'eau qui tombent à des endroits différents dans un lac et qui se rejoignent : elles créent chacune des vagues et on verra des points de la surface où deux crêtes s'additionneront pour faire une crête plus grande ; à d'autres points, une creux comblera une crête pour former le calme plat. Sur une plaque de verre, on peut visualiser la rencontre de différentes ondes lumineuses sous forme de franges plus ou moins claires : les franges d'interférences.  

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 Qu'est-ce que la lumière blanche ?     

La lumière blanche est aussi bien émise par le soleil que par une ampoule électrique. Elle se déplace à la vitesse de 300000km/s. Elle est formée d'un mélange de couleurs : ce sont les couleurs de l'arc-en-ciel qui composent le "spectre" de la lumière visible. On distingue sept couleurs : le rouge, l'orange, le jaune, le vert, le bleu, l'indigo et le violet. Pour visualiser toutes les couleurs contenues dans la lumière blanche, il suffit d'observer la surface d'une bulle de savon ou d'un disque laser. La lumière est alors décomposée : c'est le phénomène de diffraction. Dans un arc-en-ciel, ce sont les gouttes d'eau en suspension dans l'atmosphère qui décomposent la lumière du soleil. 

 Synthese additive et soustractive des couleurs

Il existe deux types de synthèse de couleur : •La synthèse additive est le fruit de l'ajout de composantes de la lumière. Les composantes de la lumière sont directement ajoutée à l'émission, c'est le cas pour les moniteurs ou les télévisions en couleur. Lorsque l'on ajoute les trois composantes Rouge, vert, bleu (RVB), on obtient du blanc. L'absence de composante donne du noir. Les couleurs secondaires sont le cyan, le magenta et le jaune car : •Le vert combiné au bleu donne du cyan  •Le bleu combiné au rouge donne du magenta  •Le vert combiné au rouge donne du jaune  

•La synthèse soustractive permet de restituer une couleur par soustraction, à partir d'une source de lumière blanche, avec des filtres correspondant aux couleurs complémentaires : jaune, magenta, et cyan. L'ajout de ces trois couleurs donne du noir et leur absence produit du blanc.  Les composantes de la lumière sont ajoutées après réflection sur un objet, ou plus exactement sont absorbées par la matière. Ce procédé est utilisé en photographie et pour l'impression des couleurs. Les couleurs secondaires sont le bleu, le rouge et le vert car :  •Le magenta (couleur primaire) combiné avec le cyan (couleur primaire) donne du bleu  •Le magenta (couleur primaire) combiné avec le jaune (couleur primaire) donne du rouge  •Le cyan (couleur primaire) combiné avec le jaune (couleur primaire) donne du vert  

Deux couleurs sont dites « complémentaires » si leur association donne du blanc en synthèse additive, ou du noir en synthèse soustractive.

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Le spectre lumineux décomposé par les gouttes d'eau

La question de la nature de la lumière intrigua bon nombre de scientifiques et de savants: certains pensaient que la lumière était une onde, d'autres pensaient qu'elle était constituée de petit corpuscule. La question fut tranché lorsque l'on découvrit que la lumière subissait une diffraction, lors de son passage dans un petit obstacle. La diffraction est un phénomène propre aux ondes, la lumière serait donc une onde. Or, on découvrit aussi au début du XXème siècle que la lumière est constituée de corpuscules. Qui avait tort ? Qui avait raison ? En réalité, les deux camps ont raison, la lumière est à la fois une onde, et un ensemble de corpuscule (nous reviendrons sur ce point dans le chapitre sur la mécanique quantique). Nous allons donc voir dans ce chapitre quelques caractéristiques de la lumière, dans un premier temps nous verrons les caractéristiques de la lumière en tant qu'onde, puis nous parlerons ensuite du modèle corpusculaire.

La lumière est une onde électromagnétique. Elle se propage dans le vide à une vitesse d'environ 300 000 km/s, limite infranchissable fixée par la relativité restreinte d'Einstein. Avant de rentrer dans les caractéristiques de la lumière, nous devons d'abord nous familiariser avec quelques notions concernant les ondes. La longueur d'onde d'une onde est la distance entre deux crêtes ou deux creux de l'onde. La longueur d'onde est inversement proportionnelle à la fréquence de l'onde, c'est à dire que plus la longueur d'onde est grande, plus la fréquence est petite, et inversement, plus la longueur d'onde est petite, plus la fréquence est grande. Vous avez déjà surement entendu parler d'infrarouge, ultraviolet ou encore de rayons  X. En réalité, tous ces types de rayonnement sont de même type que la lumière. Ce qui définit la nature du rayonnement est sa longueur d'onde (voir schéma ci-dessous). Par exemple, les ondes radio ont une longueur d'onde de 10cm environ. La lumière visible (les couleurs de l'arc-en-ciel, rouge orange jaune vert bleu violet) se situe sur une toute petite portion du spectre, entre 700 nm (nanomètre) et 400 nm. Les couleurs proviennent du fait que la lumière blanche soit absorbée par les éléments chimiques, qui ne laisse passer que certaines longueurs d'ondes. Ainsi, si vous voyez un objet rouge, cela signifie que les éléments chimiques le constituant ont absorbés les couleurs vertes, bleu et violette, pour ne laisser passer que les longueurs d'ondes correspondantes aux rouge, orange et jaune. Prenons un exemple concret: notre ciel est bleu, pourquoi ? Car notre atmosphère absorbe la partie inférieure du spectre, correspondant aux grandes longueurs d'ondes et ne laisse passé que les petites longueurs d'ondes correspondant aux couleurs rouge, orange et jaune. 

Maintenant que nous avons vu l'aspect ondulatoire de la lumière, nous allons nous intéresser à l'aspect corpusculaire. Nous verrons cependant dans le chapitre consacré à la mécanique quantique ce qui a conduit à ériger une théorie corpusculaire de la lumière. La particule de lumière, les "grains de lumière" sont appelés les photons. Le photon est une particule ne possédant pas de masse. Il se déplace à la vitesse de la lumière, qui est d'environ 300 000 km/s comme nous l'avons déjà vu. Dans le modèle corpusculaire de la lumière, il faut raisonner en terme d'énergie. L'énergie d'un photon est inversement proportionnelle à la longueur d'onde de la lumière correspondante. Par exemple, pour les rayons gamma, dont la longueur est très petite, de l'ordre de 0,001 nm, les photons seront extrêmement énergétique, tandis que pour les ondes radio, dont la longeur d'onde est relativement grande (environ 10cm), les photons auront une faible énergie.

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Puissé-je briller comme Rê

En ayant écarté tout ce qui est faux

A travers moi, ma Maât de tient devant Rê

Puissé-je briller tous les jours

Comme celui qui est à  l’horizon du ciel 

La Voie  Solaire est votre Voie

La Voie de la Lumière est votre aspiration

La voie du Milieu est votre choix 

Témoignez la Lumière

Incarnez la Lumière

Rayonnez la Lumière. 

Akhenaton

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