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Histoire de la Lumière et de la CouleurHistoire de la Lumière et de la Couleur
Pierre BONTONPierre BONTONUniversité Blaise Pascal (ClermontUniversité Blaise Pascal (Clermont--Ferrand II)Ferrand II)
LASMEA UMR CNRS 6602LASMEA UMR CNRS 660263177 Aubière63177 Aubière
Tel: 04 73 40 72 43Tel: 04 73 40 72 43
Mèl: Mèl: [email protected]@lasmea.univ--bpclermont.frbpclermont.fr
LE SOLEILLE SOLEIL
ÉÉtoile de 4,5 milliards d'anntoile de 4,5 milliards d'annéées d'âgees d'âge
Sa lumiSa lumièère traverse l'espace en 8 minutes pourre traverse l'espace en 8 minutes pour
nous atteindrenous atteindre
L’L’UNIVERSUNIVERS
10 à 13 Milliards d’années10 à 13 Milliards d’années
L’illuminantL’illuminant
Bougies Moyen AgeBougies Moyen Age
FEUFEUPaléolithique Paléolithique ––300000 à 300000 à --1200012000
Lampe à huile Grecs Lampe à huile Grecs et Romainset Romains
Lampe au gazLampe au gaz
ou au pétrole 1860ou au pétrole 1860
Lampe électrique Lampe électrique 1890 Edison1890 Edison
SPECTRE des IlluminantsSPECTRE des Illuminants
LumièreLumière
BlancheBlanche
Lampe FluorescenteLampe Fluorescente
•• Fait ressortir les Fait ressortir les rouges et les bleusrouges et les bleus•• Lumière optimale Lumière optimale pour photosynthèsepour photosynthèse•• Favorise la Favorise la croissance des plantescroissance des plantes
C’est Maxwell (1831C’est Maxwell (1831--1879) qui démontre que toutes les 1879) qui démontre que toutes les nuances peuvent être obtenue à partir de trois teintes nuances peuvent être obtenue à partir de trois teintes
fondamentales (couleurs primaires) le Rouge, le Vert et le fondamentales (couleurs primaires) le Rouge, le Vert et le Bleu.Bleu.
Le citron absorbe la couleur bleueLe citron absorbe la couleur bleue
Réponses:Réponses:1.1. NONNON
2.2. NONNON
3.3. OUI, la lumière naît d’une source de lumière qui peut être une OUI, la lumière naît d’une source de lumière qui peut être une bougie, une ampoule, le soleil …. Dans la lumière on trouve une bougie, une ampoule, le soleil …. Dans la lumière on trouve une série série de couleurs qui mélangées entre elles donnent la lumière que noude couleurs qui mélangées entre elles donnent la lumière que nous s voyons.voyons.
ProjectionProjection
TélévisionTélévision
Imprimerie, photosImprimerie, photos
Cinéma (filtres)Cinéma (filtres)
TeintureTeinture
Le jaune est Le jaune est complémentaire au complémentaire au bleu: R+V=Jbleu: R+V=J
Si la vitesse de la lumière est Si la vitesse de la lumière est constante dans le vide et l’air constante dans le vide et l’air sec pour toutes les couleurs. sec pour toutes les couleurs. Lorsqu’elle traverse la Lorsqu’elle traverse la matière, les couleurs matière, les couleurs (fréquence de vibration ou (fréquence de vibration ou longueur d’onde) se longueur d’onde) se propagent à des vitesses propagent à des vitesses différentes.différentes.
C’est l’expérience du prismeC’est l’expérience du prisme
Newton Newton (1642-1727)
Expérience du prismeExpérience du prismeNewton Newton (1642-1727)
Selon un mythe Indien Selon un mythe Indien WinnebagoWinnebago, le , le Père créa le monde par la pensée. Il Père créa le monde par la pensée. Il pensa et désira la Lumière et la pensa et désira la Lumière et la Terre ….Terre ….
Dans la Genèse (premier texte Dans la Genèse (premier texte ––1100 AV JC), la Lumière fut créée 1100 AV JC), la Lumière fut créée le troisième jourle troisième jour
Elle se pose ainsi comme quelque Elle se pose ainsi comme quelque chose dchose d’’essentiel puisquessentiel puisqu’’elle est,dans elle est,dans pratiquement tous les textes sur les pratiquement tous les textes sur les mythes de la crmythes de la crééation, lation, l’’utilitutilitéé de la de la naissance du monde et sans doute la naissance du monde et sans doute la vie même de ce même monde.vie même de ce même monde.
Origines!Origines!
Auguste Rodin (1840Auguste Rodin (1840--1917) La Main de Dieu1917) La Main de Dieu
Pour les religions Catholique et Musulmane, Dieu est lumièrePour les religions Catholique et Musulmane, Dieu est lumière
Le Coran 7ème siècleLe Coran 7ème siècle
--Sourate XXIV «Sourate XXIV « La lumièreLa lumière » verset 35 » verset 35
«« Dieu est la lumière des cieux et de la terre . Semblance de sa Dieu est la lumière des cieux et de la terre . Semblance de sa lumière il niche où brûle une lampe, la lampe dans un cristal;lelumière il niche où brûle une lampe, la lampe dans un cristal;lecristal, on dirait une étoile de perle: Elle tire son aliment d’cristal, on dirait une étoile de perle: Elle tire son aliment d’un un arbre de bénédiction, un olivier qui ne soit ni de l’est ni de larbre de bénédiction, un olivier qui ne soit ni de l’est ni de l’ouest ’ouest dont l’huile éclaire presque sans que la touche le feu. Lumière dont l’huile éclaire presque sans que la touche le feu. Lumière sur sur lumière! Dieu guide à sa lumière qui veut.lumière! Dieu guide à sa lumière qui veut. »»
-- LXI 8 «LXI 8 « Ils (les ignorants)voudraient pouvoir de leur bouche Ils (les ignorants)voudraient pouvoir de leur bouche éteindre la lumière de Dieuéteindre la lumière de Dieu »»
-- XCI «XCI « Par le soleil en son premier éclat, par la lune quand elle Par le soleil en son premier éclat, par la lune quand elle prend sa suite, par l’illumination du jour, par la nuit quand elprend sa suite, par l’illumination du jour, par la nuit quand elle le l’occulte, par la terre et ce qui l’aplanit, par l’âme et ce quil’occulte, par la terre et ce qui l’aplanit, par l’âme et ce quil’équilibre, lui inspire la luxure ou de se prémunir. Bien heurel’équilibre, lui inspire la luxure ou de se prémunir. Bien heureux ux sera qui la purifie confondu sera qui l’opacifiesera qui la purifie confondu sera qui l’opacifie »»
Les origines: le miracle grecLes origines: le miracle grec
Les philosophes, « animés d ’un souffle vivant et incorruptible inventent un raisonnement (des Théories) pour comprendre le
monde » (Plutarque 46 – 120 Après JC)C’est la quête des réponses au C’est la quête des réponses au PourquoiPourquoi des choses!des choses!
En optique le seul problème vraiment débattu est la vision …En optique le seul problème vraiment débattu est la vision …
Les origines: le miracle grecLes origines: le miracle grec
Dans lDans l’’antiquitantiquitéé, la lumi, la lumièère re éétait considtait considéérréée comme un e comme un «« FeuFeu »». Deux th. Deux thééories (dories (dééjjàà !) s!) s’’affrontent. affrontent.
La thLa thééorie du orie du «« feu externefeu externe »» (Théorie des Atomistes: (Théorie des Atomistes: LeucippeLeucippe--500/500/--420 et Démocrite 420 et Démocrite ––460/460/--370). C370). Ce sont e sont des microdes micro--objets dobjets d’’un corps qui, du fait de la collision un corps qui, du fait de la collision entreentre--eux, eux, éémettent la lumimettent la lumièère. Nous ne les voyons re. Nous ne les voyons paspas ss’’approcher de nous quand nous les percevons, ce approcher de nous quand nous les percevons, ce sont des sont des simulacressimulacres matmatéériels, des riels, des «« imagesimages !! »», des , des «« eidolaeidola »»
EidolaEidola ou Quid se propage, selon les anciens, ou Quid se propage, selon les anciens, àà travers un fluide qutravers un fluide qu’’ils nomment ils nomment «« EtherEther »» (ce nom est rest(ce nom est restéé et repris par Huygens et Young pour expliquer que et repris par Huygens et Young pour expliquer que les ondes lumineuses se dles ondes lumineuses se dééplacent dans un fluide puisquplacent dans un fluide puisqu’’elles ne sont pas elles ne sont pas corpusculaires).corpusculaires).
Les origines: le miracle grecLes origines: le miracle grecPythagore (Pythagore (--570/570/--480) et Euclide (480) et Euclide (--330/330/--270) proposent la th270) proposent la thééorie du orie du «« feu visuel ou intfeu visuel ou intéérieurrieur »», c, c’’est lest l’œ’œil qui permet la vision en il qui permet la vision en éémettant mettant un rayon spun rayon spéécifique (le cifique (le «« QuidQuid »»). Euclide s). Euclide s’’appuie sur des faits appuie sur des faits expexpéérimentaux et sur des postulats (grimentaux et sur des postulats (gééomoméétrie Euclidienne) pour trie Euclidienne) pour éétablir tablir les lois de la rles lois de la rééflexion et de la rflexion et de la rééfraction. Il introduit la notion de fraction. Il introduit la notion de rayon lumineux et de propagation rectiligne.rayon lumineux et de propagation rectiligne.
ii ii
De ces deux thDe ces deux thééories et donc de la lumiories et donc de la lumièère, nare, naîît la couleur. t la couleur. Sans rayon, sans Sans rayon, sans «« feu visuelfeu visuel »», il y a le noir qui est consid, il y a le noir qui est considéérréécomme une couleur. Des petites particules du comme une couleur. Des petites particules du «« feu externefeu externe »»rréésultent lsultent l’’impression de la couleur blanche. Le noir et le blanc impression de la couleur blanche. Le noir et le blanc apparaissent comme deux extrapparaissent comme deux extréémitmitéés ds d’’un vecteur couleur. un vecteur couleur. Dans certaines proportions dDans certaines proportions d’’un mun méélange de noir et de blanc lange de noir et de blanc apparaissent toutes les couleurs.apparaissent toutes les couleurs.
De cette idDe cette idéée, tenace jusque, tenace jusqu’à’à la fin du 17la fin du 17èèmeme sisièècle, dcle, d’’un seul un seul vecteur correspondant vecteur correspondant àà un axe de clartun axe de clartéé, a conduit , a conduit ààenvisager la teinte comme une fonction de la clartenvisager la teinte comme une fonction de la clartéé. D. D’’ooùù, , encore aujourdencore aujourd’’hui, notre confusion entre teinte et clarthui, notre confusion entre teinte et clartéé. La . La couleur jaune couleur jaune éétait considtait considéérréée comme la couleur la plus e comme la couleur la plus brillante donc la plus proche du blanc dans lbrillante donc la plus proche du blanc dans l’’antiquitantiquitéé. . «« YellowYellow »» (jaune en anglais) a pour racine un terme indo(jaune en anglais) a pour racine un terme indo--europeuropééen qui signifie en qui signifie «« brillerbriller »». On consid. On considèère de nos jours, re de nos jours, depuis Newton, que la couleur est ddepuis Newton, que la couleur est dééfinie par trois paramfinie par trois paramèètres tres (teinte, clart(teinte, clartéé et saturation). et saturation).
Les origines: le miracle grecLes origines: le miracle grec
Aristote (Aristote (--384/384/--322) (Ces élèves s’appelaient des 322) (Ces élèves s’appelaient des «« PéripatéticiensPéripatéticiens » car Aristote marchait de long en » car Aristote marchait de long en large…). En observant, il dit: Nous verrions la nuit si la large…). En observant, il dit: Nous verrions la nuit si la lumière était un «lumière était un «quidquid». Il propose: Mouvement se ». Il propose: Mouvement se propageant entre l’objet et l’œil au travers l’éther (C’est le propageant entre l’objet et l’œil au travers l’éther (C’est le principe de la théorie ondulatoire). Sa proposition est principe de la théorie ondulatoire). Sa proposition est ignorée de ses contemporains.ignorée de ses contemporains.
L’L’observationobservation de la vie donne la clef de la compréhension de la vie donne la clef de la compréhension du monde (Aristote). Il observe et met la Terre comme du monde (Aristote). Il observe et met la Terre comme centre de l’univers (!). Cette conception est défendue centre de l’univers (!). Cette conception est défendue jusqu’à la Renaissance.jusqu’à la Renaissance.
Aristote malgré sa faculté d’observation c’est souvent Aristote malgré sa faculté d’observation c’est souvent trompé dans la mise en place des modèles de ses trompé dans la mise en place des modèles de ses observations.observations.
ii iiRéflexion Réflexion
Angle incident = angle réfléchiAngle incident = angle réfléchi
Applications: Applications: -- les fibres optiquesles fibres optiques
-- le miroirle miroir
Milieu 2Milieu 2
Milieu 1Milieu 1
Le premier modèle (Euclide): Le premier modèle (Euclide):
Rayon « homogène » lumineux ou modèle géométriqueRayon « homogène » lumineux ou modèle géométrique
Il explique par exemple la formation d’images photographiques (lIl explique par exemple la formation d’images photographiques (lentilles)entilles)
Il n’explique pas de nombreux autres phénomènes: couleurs des buIl n’explique pas de nombreux autres phénomènes: couleurs des bulles de lles de savon, interférences …savon, interférences …
Modèle ondulatoire: 17ème … 19èmeModèle ondulatoire: 17ème … 19ème
Modèle corpusculaire (photons): 17ème … 20èmeModèle corpusculaire (photons): 17ème … 20ème
Modèle électrodynamique quantique: 20éme … (Schwinger et FeynmanModèle électrodynamique quantique: 20éme … (Schwinger et Feynman 1956)1956)
La surface qui sépare les deux La surface qui sépare les deux milieux s’appelle un milieux s’appelle un «« DioptreDioptre »»
ii
rr
RéfractionRéfractionn1 sin i = n2 sin rn1 sin i = n2 sin r
Réflexion totale: Réflexion totale: ArcsinArcsin n2/n1 > 90°n2/n1 > 90°
vitesse de la lumière dans le videvitesse de la lumière dans le vide
n=n=
vitesse de la lumière dans le milieuvitesse de la lumière dans le milieu
Milieu 1Milieu 1
Milieu 2Milieu 2
ii
SnellSnell Van Van RoyenRoyen (Flamand 1591(Flamand 1591--1626)1626)
René Descartes (René Descartes (1596-1650)
Modèle géométrique de Descartes en considérant Modèle géométrique de Descartes en considérant une vitesse pour la lumièreune vitesse pour la lumière
Newton Newton (1642-1727) considconsidèère la lumire la lumièère non pas comme re non pas comme homoghomogèène (selon un axe de clartne (selon un axe de clartéé) mais h) mais hééttéérogrogèène. Dans ne. Dans son expson expéérience de la drience de la déécomposition de la lumicomposition de la lumièère par un re par un prisme (1672), chaque couleur est dprisme (1672), chaque couleur est dééfinie par autant de finie par autant de rayons rayons «« colorcolorééss »» que dque d’’angles de rangles de rééfraction. La teinte fraction. La teinte nn’’est plus subordonnest plus subordonnéée e àà la luminositla luminositéé (clart(clartéé).).
En En éépistpistéémologie on nomme cela le mologie on nomme cela le renversement drenversement d’’une conception, ici le une conception, ici le renversement de la clartrenversement de la clartéé en faveur de la teinte.en faveur de la teinte.
– la (lightness ou brightness) qui correspond à l’aspect clair, foncé
ou terne d’une couleur. Selon la définition donnée par l’AFNOR, c’est
l’attribut de la sensation visuelle selon lequel une surface éclairée par une
source lumineuse déterminée paraît émettre plus ou moins de lumière. C’est
aussi le correspondant psychosensoriel (approximatif) de la grandeur photométrique
“luminance lumineuse”.
– la ou tonalité chromatique (hue) qui correspond à la longueur d’onde
prédominante présente dans la couleur : jaune, rouge, vert, bleu ... Selon la
définition donnée par l’AFNOR c’est l’attribut de la sensation visuelle
qui a suscité des dénominations de couleur telles que : bleu, vert, jaune,
rouge, pourpre, etc.
– la (saturation) qui caractérise le côté plus ou moins “délavé”,
pâle ou vif. C’est le degré de mélange de la longueur d’onde prédominante
avec le blanc. Selon la définition donnée par l’AFNOR c’est l’ attribut
de la sensation visuelle permettant d’estimer la proportion de couleur
chromatiquement pure contenue dans la sensation totale.
A.A.H.H.
MMUUNNSSEELLLL
11
99
44
66
Le DéclinLe Déclin
Claude Ptolémée (100Claude Ptolémée (100--170) est un des derniers phares de la 170) est un des derniers phares de la science Grecs. Il conçoit un système pour représenter l’univers science Grecs. Il conçoit un système pour représenter l’univers sous forme d’une structure en pelure d’oignons avec comme sous forme d’une structure en pelure d’oignons avec comme centre la terre.centre la terre.
Rome ne pense qu’aux conquêtes (des Bibliothèques sont Rome ne pense qu’aux conquêtes (des Bibliothèques sont détruites: Syracuse, Alexandrie …). détruites: Syracuse, Alexandrie …).
La religion prend de l’essor (L’empereur Constantin se La religion prend de l’essor (L’empereur Constantin se convertit en 313). convertit en 313).
L’L’EgliseEglise soutient les «soutient les « BarbaresBarbares » qui se convertissent.» qui se convertissent.
Chute de Rome en 476.Chute de Rome en 476.
Le monde est coupé en deux: Occident et Arabe.Le monde est coupé en deux: Occident et Arabe.
La toute puissanceLa toute puissance de lde l ’Eglise médiévale (300 à 1450)’Eglise médiévale (300 à 1450)
« Dixit Dominus »
L’L’EgliseEglise sûre de sa place dominante sûre de sa place dominante combat les hérétiques par la violence et combat les hérétiques par la violence et excommunie les déviants.excommunie les déviants.
Urbain II (le pape errant) lance la Urbain II (le pape errant) lance la première croisade à Clermontpremière croisade à Clermont--Ferrand Ferrand en 1095 (pour reconquérir son siège à en 1095 (pour reconquérir son siège à Rome!)Rome!)
On redécouvre Aristote et la science On redécouvre Aristote et la science Arabe!Arabe!
Roger Bacon (1214Roger Bacon (1214--1294) découvre la 1294) découvre la notion de foyers des miroirs concaves.notion de foyers des miroirs concaves.
Saint Thomas d’Saint Thomas d’AquinAquin (1225 (1225 –– 1274) 1274) essaie d’associer Foi et Raison!essaie d’associer Foi et Raison!
Si quelques personnes préparent «Si quelques personnes préparent « La La RenaissanceRenaissance », cette période laisse peu », cette période laisse peu de traces dans la Physiquede traces dans la Physique
La nuit du Moyen Age.La nuit du Moyen Age.
Apport d’autres civilisationsApport d’autres civilisations
Ibn Ibn AlAl--HaythamHaytham
Dit AlhazenDit Alhazen
( 965-1039 )
Le yin (noir) et le yang (blanc) Le yin (noir) et le yang (blanc) deux principes dont la deux principes dont la
complémentarité forme le Tao (la complémentarité forme le Tao (la voie de la sagesse) (Chine voie de la sagesse) (Chine ––200 …)200 …)
Le monde ArabeLe monde Arabe
La contribution des Arabes est fondamentale. (Contrairement aux La contribution des Arabes est fondamentale. (Contrairement aux Romains ils assimilent les connaissances des civilisations rencoRomains ils assimilent les connaissances des civilisations rencontrées).ntrées).
AlAl--Kindi (… 873) et surtout Kindi (… 873) et surtout Alhazen.Alhazen.Son raisonnement est clair, il rejette les théories grecs et expSon raisonnement est clair, il rejette les théories grecs et explique la lique la réflexion et la réfraction. René Descartes (1596réflexion et la réfraction. René Descartes (1596--1650) ne réintroduira 1650) ne réintroduira ces explications que 6 siècles plus tard.ces explications que 6 siècles plus tard.
Alhazen en 1000, de part ses expériences et ses calculs, donne uAlhazen en 1000, de part ses expériences et ses calculs, donne un n modèle mécanique simple: la Lumière est matérielle et se propagemodèle mécanique simple: la Lumière est matérielle et se propage avec avec une très grande vitesse selon des rayons.une très grande vitesse selon des rayons.
La modification de cette vitesse par les corps rencontrés cause La modification de cette vitesse par les corps rencontrés cause la la REFRACTION.REFRACTION.
Le choc de la lumière et des corps crée la REFLEXION.Le choc de la lumière et des corps crée la REFLEXION.
Cette première théorie est de conception très moderne, la démarcCette première théorie est de conception très moderne, la démarche he est scientifique.est scientifique.
Naissance de l’Islam début du 7ème siècle.Naissance de l’Islam début du 7ème siècle.
La Renaissance (milieu du 15ème siècle)La Renaissance (milieu du 15ème siècle)
Nicolas Copernic (Polonais 1473Nicolas Copernic (Polonais 1473--1543)1543)
«« Le soleil repose au milieu de toutes choses, il Le soleil repose au milieu de toutes choses, il gouverne la famille des astres qui tournent autour de gouverne la famille des astres qui tournent autour de luilui »»
Curieusement ses écrits sont condamnés par Curieusement ses écrits sont condamnés par l’inquisition le 5 mars 1616 (70 ans après sa mort!)l’inquisition le 5 mars 1616 (70 ans après sa mort!)
Giordano Bruno (1548Giordano Bruno (1548--1582) fait l’apologie de 1582) fait l’apologie de Copernic. Il soutient qu’il existe d’autres Copernic. Il soutient qu’il existe d’autres soleil et … d’autres terres.soleil et … d’autres terres.
CondamnCondamnéé àà être brêtre brûûlléé vif par lvif par l’’inquisition. inquisition. Devant ses juges Bruno crieDevant ses juges Bruno crie : : «« JJ’’ignore sur ignore sur quoi je dois me repentirquoi je dois me repentir »». Il est brûlé!. Il est brûlé!
La Renaissance: Galilée (1564La Renaissance: Galilée (1564--1642) P.R.S.1642) P.R.S.
GaliléeGaliléeUne lunette pour le prince!Une lunette pour le prince!GalilGaliléée construit une des premie construit une des premièères lunettes astronomiques, les philosophes res lunettes astronomiques, les philosophes de lde l’é’époque la qualifient de trompeuse et dpoque la qualifient de trompeuse et d’’illusoireillusoire..
Il soutient les théories de Copernic qui sont condamnées par l’IIl soutient les théories de Copernic qui sont condamnées par l’Inquisition.nquisition.
Son œuvre est immense (Mécanique, Astronomie, Cosmologie, vitessSon œuvre est immense (Mécanique, Astronomie, Cosmologie, vitesse de la e de la lumière …)lumière …)
LL ’abjuration’abjuration
é é puorpuor si muove! si muove! (et pourtant elle tourne)
Sur ordre du pape aucun honneur funèbre lui sera rendu.Sur ordre du pape aucun honneur funèbre lui sera rendu.
Galilée le Père du Raisonnement Galilée le Père du Raisonnement Scientifique:Scientifique:
OBSERVEROBSERVER
MESURERMESURER
MODELISERMODELISER
VERIFIERVERIFIER
René DESCARTES René DESCARTES (1596-1650)
Descartes reprend les écrits d’Alhazen. Comme Descartes reprend les écrits d’Alhazen. Comme lui il compare la lumière au rebond d’une balle. lui il compare la lumière au rebond d’une balle.
Il propose un modèle mécanique pour expliquer la Il propose un modèle mécanique pour expliquer la réfraction. Modèle rejeté par Newton.réfraction. Modèle rejeté par Newton.
A la cour de Suède, A la cour de Suède, discussion scientifique avec discussion scientifique avec
la reine Christinela reine Christine
Le discours de la Méthode contient trois Le discours de la Méthode contient trois appendices:appendices:
La Dioptrique, les Météores, la Géométrie.La Dioptrique, les Météores, la Géométrie.
Descartes croit à un Dieu CatholiqueDescartes croit à un Dieu Catholique
Newton croit à un Dieu ProtestantNewton croit à un Dieu Protestant
Blaise PASCAL Blaise PASCAL (1623-1662)
Le complet dénuement dLe complet dénuement d ’une vie entièrement au ’une vie entièrement au service de Dieu service de Dieu
Descartes inutile et incertain !Descartes inutile et incertain !
Les temps modernes: Isaac NEWTON Les temps modernes: Isaac NEWTON (1642-1727)
«« Il me semble que je nIl me semble que je n ’ai jamais été qu’un enfant ’ai jamais été qu’un enfant jouant sur une plage, mjouant sur une plage, m ’amusant à trouver ici ou là ’amusant à trouver ici ou là un galet plus lisse ou un coquillage plus beau que un galet plus lisse ou un coquillage plus beau que
dd ’ordinaire, tandis que, totalement inconnu, ’ordinaire, tandis que, totalement inconnu, ss ’étendait devant moi le grand océan de la vérité…’étendait devant moi le grand océan de la vérité… »»
Newton est avec Einstein le plus Newton est avec Einstein le plus grand physicien de tous les grand physicien de tous les
temps!temps!
NEWTON:NEWTON:
Théorie corpusculaire de la LumièreThéorie corpusculaire de la Lumière
15 ans plus tard il rallie la majorité des 15 ans plus tard il rallie la majorité des savants Anglais, à sa théorie, en s’opposant savants Anglais, à sa théorie, en s’opposant encore à Descartes!encore à Descartes!
Il établit la loi de Gravitation (attraction) Il établit la loi de Gravitation (attraction) universelle (1687)universelle (1687) ((«« PRINCIPIAPRINCIPIA »»))
F= G (F= G (Mterre.MobjetMterre.Mobjet)/r²)/r²
En 1672, il annonce à la Royal Société:En 1672, il annonce à la Royal Société:
La lumière est composée de 7 couleurs La lumière est composée de 7 couleurs élémentaires (pures) auxquelles élémentaires (pures) auxquelles correspondent des indices de réfraction correspondent des indices de réfraction propres.propres.
Descartes a tort: Les couleurs ne sont pas Descartes a tort: Les couleurs ne sont pas créées par les surfaces traversées par la créées par les surfaces traversées par la lumières.lumières.
Mal accueillie!Mal accueillie!
«« Les corps réfléchissent et réfractent la lumière par une seule eLes corps réfléchissent et réfractent la lumière par une seule et même force t même force diversement mis en actiondiversement mis en action »»
Le «Le « rayonrayon » est composée de parties successives (pour nous corpuscules) s’» est composée de parties successives (pour nous corpuscules) s’attirant attirant par gravité et qui subissent l’effet d’une force à l’arrivée surpar gravité et qui subissent l’effet d’une force à l’arrivée sur une surface, force qui une surface, force qui déviedévie ouou transmet le rayon suivant le degré d’opacité du corps. transmet le rayon suivant le degré d’opacité du corps.
NEWTON :NEWTON :
Il faut expliquer le phénomène de Il faut expliquer le phénomène de dispersion dans un prisme?dispersion dans un prisme?
Les corpuscules arrivent toutes avec la même vitesse. Les corpuscules arrivent toutes avec la même vitesse. C’est l’inégalité de leurs masses qui les fait déviées C’est l’inégalité de leurs masses qui les fait déviées différemment. Les corpuscules rouges sont plus lourdes!différemment. Les corpuscules rouges sont plus lourdes!
L’optique s’intègre bien dans l’optique du monde (force de L’optique s’intègre bien dans l’optique du monde (force de gravité) proposée par Newton!gravité) proposée par Newton!
Réponses:Réponses:1: Non1: Non
2: Non2: Non
3: La lumière diffusée sur les cotés par l’air 3: La lumière diffusée sur les cotés par l’air apparaît bleu, le soleil est jaune.apparaît bleu, le soleil est jaune.
Le soir et le matin le soleil est trop bas Le soir et le matin le soleil est trop bas pour que la lumière diffusée bleue nous pour que la lumière diffusée bleue nous parvienne. Nous recevons seulement la parvienne. Nous recevons seulement la lumière directe privée de bleu et d’un peu lumière directe privée de bleu et d’un peu de vert, donc diffusée orangée et le soleil de vert, donc diffusée orangée et le soleil est rouge.est rouge.
Juste avant que le soleil ne se couche Juste avant que le soleil ne se couche (quelque fois à certains endroits) on observe (quelque fois à certains endroits) on observe le soleil comme un «le soleil comme un « rayon vertrayon vert ». Ceci est ». Ceci est du à la réfraction des rayons V et B, les du à la réfraction des rayons V et B, les rayons V étant plus énergiques, ce sont eux rayons V étant plus énergiques, ce sont eux que nous observons.que nous observons.
Ce sont les particules de l’air qui diffusent certaines Ce sont les particules de l’air qui diffusent certaines longueur longueur d’ondesd’ondes du soleil. Phénomène de du soleil. Phénomène de DiffusionDiffusion
La théorie de Newton n’explique pas tout. En La théorie de Newton n’explique pas tout. En particulier pourquoi un même pinceau lumineux peutparticulier pourquoi un même pinceau lumineux peut--être à la fois réfléchi et réfracté?être à la fois réfléchi et réfracté?
«« PrincipiaPrincipia » (1687) ou Principes Mathématiques de la » (1687) ou Principes Mathématiques de la
«« Philosophie NaturellePhilosophie Naturelle » (nom donné à la Physique).» (nom donné à la Physique).
C’est un modèle de description globale de l’Univers.C’est un modèle de description globale de l’Univers.
S’opposent aux «S’opposent aux « Principes de la PhilosophiePrincipes de la Philosophie » de Descartes!» de Descartes!
Orgueilleux il est accroché à son rêve de loi unique Orgueilleux il est accroché à son rêve de loi unique pour tout l’univers …!pour tout l’univers …!
Et Pourtant!Et Pourtant!
Christian HuygensChristian Huygens
(1629 (1629 –– 1695)1695)
Théorie ondulatoireThéorie ondulatoire
Elève de Descartes (1596 Elève de Descartes (1596 –– 1650) «1650) « L’énergie lumineuse se propage par L’énergie lumineuse se propage par l’intermédiaire de la matière (Ether) comme le son sous forme d’l’intermédiaire de la matière (Ether) comme le son sous forme d’ondesondes »»
Comme Descartes c’est un fervent partisan de la mécanique.Comme Descartes c’est un fervent partisan de la mécanique.
La lumière a une trajectoire rectiligne. Comment des particules La lumière a une trajectoire rectiligne. Comment des particules qui se qui se croisent peuvent garder cette trajectoire?croisent peuvent garder cette trajectoire?
Le mouvement est donc dû à des ondes.Le mouvement est donc dû à des ondes.
La lumière va moins La lumière va moins vite dans un solide vite dans un solide que dans un liquide, que dans un liquide, dans un liquide que dans un liquide que dans un gaz, dans un dans un gaz, dans un gaz que dans l’éther.gaz que dans l’éther.
Christian Huygens Christian Huygens et: Réflexion et et: Réflexion et
RéfractionRéfraction
HHUUYYGGEENNSS
L’air n’a pas une composition L’air n’a pas une composition constante et son indice de constante et son indice de réfraction varie.réfraction varie.
Réflexion! ONDES ou CORPUSCULES ?Réflexion! ONDES ou CORPUSCULES ?
Miroir cercleMiroir cercleLes rayons réfléchis Les rayons réfléchis
forment des caustiques forment des caustiques (comme sur une assiette)(comme sur une assiette)
Rayons incidentsRayons incidents
Miroir paraboliqueMiroir paraboliqueLes rayons réfléchis Les rayons réfléchis
forment un point nommé forment un point nommé foyerfoyer
Rayons incidentsRayons incidents
Huygens ne peut pas lui non plus tout expliquer. Par exemple Huygens ne peut pas lui non plus tout expliquer. Par exemple quand il superpose deux cristaux de calcite les rayons obtenus quand il superpose deux cristaux de calcite les rayons obtenus ont des différences d’intensité (ont des différences d’intensité (double réfractiondouble réfraction) et certains ) et certains rayons peuvent s’éteindre si l’on fait tourner un cristal.rayons peuvent s’éteindre si l’on fait tourner un cristal.
Il faut attendre Etienne Louis Il faut attendre Etienne Louis Malus (1775 Malus (1775 –– 1812) qui 1812) qui observant à travers un prisme de observant à travers un prisme de calcite les rayons solaires calcite les rayons solaires réfléchis par une fenêtre du réfléchis par une fenêtre du palais du Luxembourg, observe palais du Luxembourg, observe deux images. Il pose alors les deux images. Il pose alors les prémices de prémices de la polarisation de la la polarisation de la lumière. Deux forces dans deux lumière. Deux forces dans deux plans différents agissent sur plans différents agissent sur l’onde lumineuse.l’onde lumineuse.
Polarisation de la lumièrePolarisation de la lumière
ExEx
EyEyEE
La lumière naturelle (produite par une source thermique La lumière naturelle (produite par une source thermique par exemple)est un champ E (perpendiculaire au par exemple)est un champ E (perpendiculaire au déplacement de l’onde lumineuse) constant qui varie déplacement de l’onde lumineuse) constant qui varie constamment en orientation car Ex et Ey varient constamment en orientation car Ex et Ey varient constamment dans le temps.constamment dans le temps.
Si on filtre une des deux composantes (Ex ou Ey) à Si on filtre une des deux composantes (Ex ou Ey) à l’aide d’un polarisateur (la calcite par exemple qui n’a l’aide d’un polarisateur (la calcite par exemple qui n’a pas le même indice de réfraction dans les deux pas le même indice de réfraction dans les deux directions x et y), on obtient une lumière polarisée qui directions x et y), on obtient une lumière polarisée qui fait ressortir certaines caractéristiques des matériaux fait ressortir certaines caractéristiques des matériaux (lames de mica, de gypse …).(lames de mica, de gypse …).
Les verres polarisants ne laissent passer qu’une Les verres polarisants ne laissent passer qu’une composante ce qui atténue de moitié l’intensité. En composante ce qui atténue de moitié l’intensité. En superposant deux verres polarisants et en tournant l’un superposant deux verres polarisants et en tournant l’un par rapport à l’autre, on obtient le noir pour un angle par rapport à l’autre, on obtient le noir pour un angle donné.donné.
Développement mathématique qui explique la polarisation par Fresnel (1788 (1788 –– 1827)1827)
Newton ne relève que l’aspect négatif de la théorie Newton ne relève que l’aspect négatif de la théorie ondulatoire.ondulatoire.
Il fait douter des expériences d’Huygens en les Il fait douter des expériences d’Huygens en les refaisant … et il se trompe malgré ses qualités refaisant … et il se trompe malgré ses qualités d’excellent expérimentateur. La théorie ondulatoire d’excellent expérimentateur. La théorie ondulatoire est abandonnée durant un siècle.est abandonnée durant un siècle.
Ne pouvant tout expliquer luiNe pouvant tout expliquer lui--même, Newton amène même, Newton amène l’influence de Dieu et ditl’influence de Dieu et dit--il: «il: « La théorie ondulatoire La théorie ondulatoire qui dispense de l’intervention divine conduit à qui dispense de l’intervention divine conduit à l’athéismel’athéisme ».».
Le Siècle des Lumières (Le Siècle des Lumières (XVIIIXVIIIèmeème siècle)siècle)
Les bouleversements sociaux, politiques, économiques et Les bouleversements sociaux, politiques, économiques et philosophiques vont influer sur les questionnements de la philosophiques vont influer sur les questionnements de la science sur ellescience sur elle--même.même.
Après trois séjours à la Bastille, Voltaire s’exile (1726) en Après trois séjours à la Bastille, Voltaire s’exile (1726) en Angleterre. Il ramène une connaissance d’une philosophie Angleterre. Il ramène une connaissance d’une philosophie anglaise et en particulier la physique Newtonienne. anglaise et en particulier la physique Newtonienne. Anticlérical mais déiste, Voltaire apprécie la démarche Anticlérical mais déiste, Voltaire apprécie la démarche théologique de Newton. L’église encourage les scientifiques théologique de Newton. L’église encourage les scientifiques Newtonien. Newtonien. En 1751 paraît l’encyclopédie de Diderot et d’Alembert, les luttEn 1751 paraît l’encyclopédie de Diderot et d’Alembert, les luttes pour les es pour les dominations coloniales s’installent, la révolution approche … Podominations coloniales s’installent, la révolution approche … Pour la majorité ur la majorité du mouvement intellectuel, la science n’a plus besoin de l’interdu mouvement intellectuel, la science n’a plus besoin de l’intervention divine vention divine … La critique est ouverte et constructive!… La critique est ouverte et constructive!
Un siècle pour se révolter (XVIII), un siècle pour Un siècle pour se révolter (XVIII), un siècle pour comprendre (XIX), un siècle pour établir (XX).comprendre (XIX), un siècle pour établir (XX).
LL ’essor révolutionnaire’essor révolutionnaire
«« Psyché recevant le Psyché recevant le premier baiser de premier baiser de ll ’amour’amour » (toile de » (toile de Francis Gérard, Francis Gérard,
musée du Louvre). musée du Louvre). Les arts symbolisent Les arts symbolisent ll ’atmosphère de la ’atmosphère de la
révolution. Les révolution. Les sciences sont sciences sont
soulevées par le soulevées par le même élanmême élan
Thomas Young (1793 Thomas Young (1793 –– 1829) et les interférences1829) et les interférencesC’est en 1800 que Young remet en question l’interprétation corpuC’est en 1800 que Young remet en question l’interprétation corpusculaire de la sculaire de la lumière. En observant les couleurs d’une bulle de savon, il voitlumière. En observant les couleurs d’une bulle de savon, il voit s’entremêler deux s’entremêler deux ondes réfléchies, l’une par la face extérieure et l’autre par laondes réfléchies, l’une par la face extérieure et l’autre par la face intérieure. Les face intérieure. Les vitesses de la lumière sont différentes dans l’air et dans l’eauvitesses de la lumière sont différentes dans l’air et dans l’eau (comme l’a montré (comme l’a montré aussi Huygens)aussi Huygens)
Si la différence de marche entre deux faisceaux émis d’une même Si la différence de marche entre deux faisceaux émis d’une même source est un source est un multiple impair de la demie longueur d’onde, leur superposition multiple impair de la demie longueur d’onde, leur superposition est annihilée. Young est annihilée. Young appelle ce phénomène appelle ce phénomène «« InterférenceInterférence » » Il montre l’aspect ondulatoire de la Il montre l’aspect ondulatoire de la lumière.lumière.
YoungYoung
Et son Et son expérience expérience
ditedite
Des «Des « trous trous de Youngde Young »»
InterférencesInterférences
Diffraction et InterférencesDiffraction et Interférences
dd
DDll LL
Modèle géométriqueModèle géométrique si d>si d>ΛΛ : D=d.L/l (Johannes KEPLER 1571: D=d.L/l (Johannes KEPLER 1571--1630)1630)
Modèle ondulatoireModèle ondulatoire si d<si d<Λ Λ : D=1,22.L.: D=1,22.L.λ/λ/dd
λλ est la longueur d’onde du rayon lumineux.est la longueur d’onde du rayon lumineux.
ΛΛ est une valeur limite de l’ordre de est une valeur limite de l’ordre de λλ ..
Puisque Puisque λλ varie entre R et B, la sommation d’varie entre R et B, la sommation d’ondelettesondelettes, créés par d, , créés par d, peut rendre nul ou max l’énergie lumineuse. Des anneaux apparaispeut rendre nul ou max l’énergie lumineuse. Des anneaux apparaissent sent autours de la tache.autours de la tache.
C’est Grimaldi (1618C’est Grimaldi (1618--1663) qui observa le premier des franges colorées 1663) qui observa le premier des franges colorées par l’ombre portée d’un cheveu sur un écran.par l’ombre portée d’un cheveu sur un écran.
DiffractionDiffraction
Le Triomphe de la théorie ondulatoire!Le Triomphe de la théorie ondulatoire!
François Arago (1786 François Arago (1786 –– 1853) et Augustin Fresnel (1788 1853) et Augustin Fresnel (1788 –– 1827)1827)
Esthétique des expériences de Esthétique des expériences de l’optique ondulatoire: réseau à l’optique ondulatoire: réseau à
deux dimensionsdeux dimensions
Un ingénieur père d’une Un ingénieur père d’une théorie fondamentale: théorie fondamentale: Fresnel et l’optique Fresnel et l’optique
ondulatoireondulatoire
Grand Grand scientifique, scientifique, député, député, ministre, Arago ministre, Arago soutient la soutient la sciencescience
Un ingénieur des Ponts et Chaussées père dUn ingénieur des Ponts et Chaussées père d ’une ’une théorie fondamentale: Fresnel et lthéorie fondamentale: Fresnel et l ’optique ondulatoire’optique ondulatoire
Il développe la fameuse lentille à échelon dite de Fresnel. « Les navigateurs sont prévenus que, dans le courant du mois de juillet 1823, il sera fait un changement au feu du phare de Cordouan, qui continuera d ’être un feu tournant à éclipses, mais
présentera des éclats beaucoup plus vifs,plus courts et plus fréquents. »
Il écrit un mémoire (1819) qui fait Il écrit un mémoire (1819) qui fait toujours date sur la diffraction. Les toujours date sur la diffraction. Les franges sont dues aux interférences des franges sont dues aux interférences des ondelettesondelettes émises par chaque point.émises par chaque point.
Il énonce un principe sur ce sujet Il énonce un principe sur ce sujet «« principe de Huygens Fresnelprincipe de Huygens Fresnel ».».
Puis un autre avec Arago sur la Puis un autre avec Arago sur la polarisation de la lumière.polarisation de la lumière.
Vitesse de la lumière?• Kepler et Descartes la pensait infini.• Galilée et Newton la pensait fini mais n’ont pas pu la
mesurer.• Olaüs Römer (astronome danois 1644-1710) en observant
Io un des satellites de Jupiter, l’estime à 300000 km/s.• Hippolyte Fizeau (1819-1896) à l’aide de deux lunettes,
l’une à Suresnes et l’autre à Montmartre, mesure 315000 km/s en 1849. Il montre expérimentalement, avec l’aide de Léon Foucault (1819-1868), que cette vitesse varie avec le milieu. La lumière se propage plus vite dans l’air que dans l’eau.
LL ’électromagnétisme, première unification’électromagnétisme, première unification
James C. MAXWELL James C. MAXWELL (1831-1879)
Rayons gamma rayons x ultra Infrarouge micro-ondes ondes hertziennesviolet
1 pm 1 nm 1 µ m 1 mm 1 m 1 km
Lumière = ondes visibles de 375 à 740 nm
1021Hz 1018Hz 1015Hz 1012Hz 109Hz 106Hz
Ondes Electromagnétiques
Les ondes lumineuses ne sont qu’un cas Les ondes lumineuses ne sont qu’un cas particulier des ondes électromagnétiques !particulier des ondes électromagnétiques !
Superposition d’un champ électrique et d’un Superposition d’un champ électrique et d’un champ magnétique.champ magnétique.
A la limite de la lumière du point de vue longueur d’ondeA la limite de la lumière du point de vue longueur d’onde
Les rayons X nous montrent notre monde nouveauLes rayons X nous montrent notre monde nouveau
WilhelmWilhelm K. K. RÖNTGENRÖNTGEN
(1845-1923)
La main de Bertha Röntgen, La main de Bertha Röntgen, première radiographiepremière radiographie
(28-12-1895)
A la limite de la lumière du point de vue longueur d’ondeA la limite de la lumière du point de vue longueur d’onde
Les rayons X nous montrent notre monde nouveauLes rayons X nous montrent notre monde nouveau
A gauche, lA gauche, l ’imagerie médicale héritière directe des rayons X; à ’imagerie médicale héritière directe des rayons X; à droite hommage à Antoine Béclère (1856 droite hommage à Antoine Béclère (1856 –– 1939), père de la 1939), père de la
radiologie et radiothérapie françaisesradiologie et radiothérapie françaises
Le mariage des théories corpusculaire et ondulatoireLe mariage des théories corpusculaire et ondulatoireComment expliquer:Comment expliquer:
-- La formation progressive d’une image photo?La formation progressive d’une image photo? (Nicéphore Niepce 1765 (Nicéphore Niepce 1765 ––1833 est le 1833 est le premier à réaliser un négatif photo)premier à réaliser un négatif photo) sinon par la théorie corpusculaire.sinon par la théorie corpusculaire.
-- Les interférences et la polarisationLes interférences et la polarisation sinon par la théorie ondulatoire.sinon par la théorie ondulatoire.
1879 1879 -- 195519551858 1858 -- 19471947
La théorie de la La théorie de la relativité, les quanta de relativité, les quanta de Planck expliquent ces Planck expliquent ces phénomènes en alliant les phénomènes en alliant les deux théories.deux théories.
En 1926 les quanta de En 1926 les quanta de lumière sont officialisés lumière sont officialisés et nommés PHOTONS. et nommés PHOTONS. Les corpuscules de Les corpuscules de Newton ont un nom!Newton ont un nom!
--Newton (corpuscules) a proposé une mécanique se référant à un teNewton (corpuscules) a proposé une mécanique se référant à un temps et à un mps et à un espace absolus, identiques dans tous les espaces.espace absolus, identiques dans tous les espaces.
--Fresnel (onde) avait donné une référence absolue l’Ether.Fresnel (onde) avait donné une référence absolue l’Ether.
--HendrickHendrick AntoonAntoon Lorentz (1853 Lorentz (1853 –– 1928 Hollande) interprète l’expérience de 1928 Hollande) interprète l’expérience de Albert Michelson (1852 Albert Michelson (1852 –– 1931 Etats1931 Etats--Unis) sur la mesure du vent d’Ether du à la Unis) sur la mesure du vent d’Ether du à la rotation de la terre, il (Lorentz) montre l’impossibilité de l’erotation de la terre, il (Lorentz) montre l’impossibilité de l’existence de l’Ether. xistence de l’Ether. Ce n’est pas bon pour la théorie ondulatoire!Ce n’est pas bon pour la théorie ondulatoire!
--En 1887, Heinrich Hertz (1857 En 1887, Heinrich Hertz (1857 –– 1894) découvre l’effet photoélectrique.1894) découvre l’effet photoélectrique.
--En 1900, Planck introduit la notion de quantum (E = n h f).En 1900, Planck introduit la notion de quantum (E = n h f).
--En 1905 Einstein montre que la lumière est bien formée de photonEn 1905 Einstein montre que la lumière est bien formée de photons d’énergie s d’énergie égale à un quantum (h f) qui se propagent à la vitesse de la lumégale à un quantum (h f) qui se propagent à la vitesse de la lumière.ière.
--En 1916 Einstein énonce la théorie de la relativité générale.En 1916 Einstein énonce la théorie de la relativité générale.
Comment réconcilier une théorie discontinue (photons et quanta) Comment réconcilier une théorie discontinue (photons et quanta) avec avec la théorie ondulatoire (optique physique) ?la théorie ondulatoire (optique physique) ?
Interaction de la lumière et de la matièreInteraction de la lumière et de la matièreLa lumière formée de particules élémentaires remonte aux La lumière formée de particules élémentaires remonte aux Atomistes de l’Antiquité (Démocrite Atomistes de l’Antiquité (Démocrite ––460460--370, Lucrèce 370, Lucrèce ––9898--55).55).
Newton: Les atomes d’un corps exerce une force sur les Newton: Les atomes d’un corps exerce une force sur les corpuscules de lumière, ce qui explique la réflexion et la corpuscules de lumière, ce qui explique la réflexion et la réfraction.réfraction.
Planck introduit la notion de Planck introduit la notion de quantumquantum E=n.h.f.E=n.h.f.
Einstein donne le nom de Einstein donne le nom de photons photons aux particules ou quanta de aux particules ou quanta de lumière lors de l’interaction matière/lumière.lumière lors de l’interaction matière/lumière.
La lumière est une onde constituée de photons. Les photons sont La lumière est une onde constituée de photons. Les photons sont créés par les électrons qui changent de niveaux autours du noyaucréés par les électrons qui changent de niveaux autours du noyaude l’atome….de l’atome….
Louis de Broglie (1892 Louis de Broglie (1892 –– 1987) , un physicien pas comme les autres1987) , un physicien pas comme les autres
En 1923 Louis de Broglie énonce et démontre: Les franges d’interEn 1923 Louis de Broglie énonce et démontre: Les franges d’interférences férences sont prévues par la théorie des ondes. Mais, elle ont été tracéesont prévues par la théorie des ondes. Mais, elle ont été tracées par des s par des actions discontinues dues aux arrivées des divers photons.actions discontinues dues aux arrivées des divers photons.
Maurice de Maurice de Broglie (frère Broglie (frère de Louis) de Louis) (1875 (1875 ––1960) 1960) travaille sur travaille sur les rayons Xles rayons X
Louis de Broglie un physicien pas comme les autresLouis de Broglie un physicien pas comme les autres
Quand les électrons se prennent Quand les électrons se prennent pour des ondes, ils donnent lieu à pour des ondes, ils donnent lieu à diffraction . Ces ondes de diffraction . Ces ondes de matière permettent le matière permettent le fonctionnement du microscope fonctionnement du microscope électronique. électronique.
--La mécanique La mécanique Newtonienne est une Newtonienne est une bonne approximation bonne approximation pour des corps à grande pour des corps à grande échelle (échelle céleste).échelle (échelle céleste).
--A l’échelle atomique, il A l’échelle atomique, il est nécessaire d’utiliser est nécessaire d’utiliser la notion d’onde rendant la notion d’onde rendant compte des effets compte des effets quantique.quantique.
La Mécanique La Mécanique quantique s’impose!quantique s’impose!
Ernest Solvay (1838 Ernest Solvay (1838 –– 1922) épris de science et … riche finance un congrès 1922) épris de science et … riche finance un congrès réunissant les meilleurs physiciens… Le premier en 1911, le 21èmréunissant les meilleurs physiciens… Le premier en 1911, le 21ème en 1998…e en 1998…
A présent, il y a autre chose que A présent, il y a autre chose que des galets sur la plage de des galets sur la plage de
Newton…..mais pour autant la Newton…..mais pour autant la physique aphysique a--tt--elle réussi?elle réussi?
Planck âgé avec sa Planck âgé avec sa femmefemme
Alfred Kastler (1902 Alfred Kastler (1902 –– 1983) propose en 1956 le «1983) propose en 1956 le « pompage pompage optiqueoptique », c’est le LASER dont une des application est l’holographie.», c’est le LASER dont une des application est l’holographie.
Pas de bonne physique sans bonnes mesuresPas de bonne physique sans bonnes mesures
Dès que les instruments se perfectionnent, on ressent le Dès que les instruments se perfectionnent, on ressent le besoin d’un système d’unités universelbesoin d’un système d’unités universel
Acquisition des images couleurle calibrage du système
Luminance L
-b
+a
-a
+b
camera tri CCD Carte d’acquisition
Rcam Vcam Bcamlumière
incidente
CALIBRAGEMESURE
Spectroradiomètre
Xspect, Yspect, Zspect
lumièreincidente
Blanc de référence
La Science moderne s’attache à comprendre le «La Science moderne s’attache à comprendre le « commentcomment » de la » de la lumière et non plus le «lumière et non plus le « pourquoipourquoi »»
Le capteur est la première étape pour acquérir une image!Le capteur est la première étape pour acquérir une image!
GottliebGottlieb NipkowNipkow (1860(1860--1940) est le premier a proposé le principe de la caméra.1940) est le premier a proposé le principe de la caméra.
Les premiers enregistrements dLes premiers enregistrements d’’images (30 lignes) rimages (30 lignes) rééalisaliséés par le procs par le procééddéémis au point par John mis au point par John LogieLogie Baird (IngBaird (Ingéénieur anglais) sur disque. La preminieur anglais) sur disque. La premièère re éémission a mission a ééttéé rrééalisaliséée par la BBC qui e par la BBC qui éémet entre 1932 et 1935, sur son met entre 1932 et 1935, sur son rrééseau radiophonique, des images, selon le procseau radiophonique, des images, selon le procééddéé Baird, de 5 cm sur 2 cm. Baird, de 5 cm sur 2 cm.
La couleur nLa couleur n’’existe pas en tant que telle. Cexiste pas en tant que telle. C’’est seulement dans notre cerveau est seulement dans notre cerveau que la couleur se construit. Tout est affaire de psychophysique que la couleur se construit. Tout est affaire de psychophysique en ce qui en ce qui concerne nos sens perceptifs et en particulier pour la perceptioconcerne nos sens perceptifs et en particulier pour la perception de la n de la lumilumièère. De fait, il nre. De fait, il n’’est pas exact de disserter sur la est pas exact de disserter sur la «« vision des couleursvision des couleurs »»car ce ncar ce n’’est pas une rest pas une rééalitalitéé objective (au sens dobjective (au sens d’’objet) mais subjective (car objet) mais subjective (car elle delle déépend du sujet). On devrait parler de pend du sujet). On devrait parler de «« vision colorvision colorééee »» ou ou «« colorantecolorante »». C. C’’est un processus est un processus «« humainhumain »» ((œœil et cerveau) ou il et cerveau) ou «« éélectroniquelectronique »» (cam(camééra et calculateur) qui crra et calculateur) qui créée, qui engendre la couleur.e, qui engendre la couleur.
Le triptyque: Illuminant, Le triptyque: Illuminant, Objet, Caméra !Objet, Caméra !
Chaîne de traitement des images! (1998)Chaîne de traitement des images! (1998)
«« Tri et Reconnaissance de PollensTri et Reconnaissance de Pollens »»
--AcquisitionAcquisition
--FiltrageFiltrage
--SegmentationSegmentation
--AnalyseAnalyse
--DécisionDécision
Platon (Platon (--428/428/--347)347)
La Vérité, objet de science, n’est pas dans La Vérité, objet de science, n’est pas dans les phénomènes mais dans les idées… (s’oppose les phénomènes mais dans les idées… (s’oppose à Aristote).à Aristote).
Allégorie (Expression d’une idée par une Allégorie (Expression d’une idée par une image) de la Caverne….image) de la Caverne….
La lumière concept abstrait et métaphysique!La lumière concept abstrait et métaphysique!
Energie, Force, Température et LumièreEnergie, Force, Température et Lumière
La lumière utilisée comme métaphoreLa lumière utilisée comme métaphore
Je laisse à votre bon vouloir les questionnements sur:Je laisse à votre bon vouloir les questionnements sur:
Esprit dEsprit d ’analyse’analyse
Tout un symbole pour la physique des ondes et des Tout un symbole pour la physique des ondes et des corpuscules: les vagues déferlent sur le site de Pleumeurcorpuscules: les vagues déferlent sur le site de Pleumeur--BodouBodou
Remerciements à Michel DUGAY (Université Blaise Pascal)Remerciements à Michel DUGAY (Université Blaise Pascal)
Mes Principales Sources:
[Maitte 1981] Bernard Maitte « La lumière » Point Sciences.
[Morenas 1984] Marie Colette Morenas « Propagation de la lumière à travers les siècles » IRESPT, Université Blaise Pascal (Clermont II).
[Ronan 1988] Colin Ronan « Histoire mondiale des Sciences » Point Sciences.
[Serres 1989] Sous la direction de Michel Serres « Eléments d’Histoire des Sciences » Larousse-Bordas.
[Léna 1990] Pierre Léna et Alain Blanchard « Lumières » Inter Editions.
[Avron 1994] Dominique Avron « Le Scintillant » Presse universitaire de Strasbourg.
[Sciences 2000] Revue « Pour la Science » numéro spécial « La couleur ».
[Boudenot 2001] Jean-Claude Boudenot « Histoire de la Physique et des Physiciens » Ellipses.
[Lange 2002] André Lange « Histoire de la télévision » http://histv2.free.fr André Lange.
[Allègre 2003] Claude Allègre « Un peu de science pour tout le monde » Fayard.
[Trémeau, Fernandez, Bonton 2004] « Image Numérique couleur » Dunod (à paraître).
http://www.inrp.fr/lamap/scientifique/optique/savoir/spectre_lumiere.htm
http://www.arcadia-uk.com/fr/220birdlamp.html
http://membres.lycos.fr/cavalampes/SiteLmp/JYP-Ecl4.htm (Histoire des lampes)
BrèveChronologie
Lucrèce (dernier atomiste grec)Histoire Naturelle
Poésie d’HoraceConquête de la Gaule par les RomainsRévoltes des esclaves à Rome (-75)
Astronomie de PtoléméeInauguration du ColiséeCoupole du Panthéon de Rome
Destruction de Pompéi
Encyclopédie des conn. médicalesSaint Augustin
Développement de la Théologie Chrétienne
Conversion de Constantin200 millions d’Etres Humains
Nombre négatifs (Inde)Classification religieuse des connaissances
Derniers jeux OlympiquesTraduction latine Aristote et PlatonSainte Sophie de Byzance
Prise de Rome par les BarbaresChute de l’empire RomainBaptême de Clovis
Archimède (Hydrostatique)Travaux mécaniques
Phare d’AlexandrieGrande muraille de ChineExpulsions des Philosophes (Rome)
HannibalDestruction de Carthage
Théorie des 4 élémentsQuadrature du cercleEuclide (Dimensions)
Le ParthénonPremiers dialogues de PlatonFondation d’Alexandrie
Incendie de Rome par les GauloisPeste d’AthènesAlexandre roi d’Egypte
Thalès (Prévoit l’éclipse du soleil)Pythagore (Géométrie Grecque)Démocrite (Atomistes)
Fondation de Rome (-753)Transcription de l’IliadeVigne en Gaule (par les Grecs)
100 millions d’Etres HumainsBataille de Marathon
Construction des grands temples Grecs
Poterie en ThessalieSystème métrologique
Sédentarisation (-9000)Ecriture en Mésopotamie
5 millions d’Etres HumainsDolmens, pré dynastie en Egypte
Evènements ScientifiquesEvènements CulturelsEvènements Historiques-6200
-3500-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Léonard de VinciImprimerie de GutenbergLégumes améliorés en Italie
Armes à feu portativesAcadémie Platonicienne à FlorenceVillon « Les Testaments »
Exécution de Jeanne d ’ArcPrise de ConstantinopleVoyage de Christophe Colomb
Tables astronomiquesSystème bielle-manivelle
Dante (La divine Comédie)Université de Cracovie
Les Papes à AvignonDébut de la guerre de cent ans
Alchimie, Médecine, Pharm.Roue à aubes en EuropeIbn Al Hait Ham (Alhazen)
Fondation de Cluny« Les Mille et une Nuits »Bibliothèque en Egypte (14000000 liv.)
Hugues CapetLes Vikings en Amérique
Otique d’AlhazenSavoir Arabe passe en Latin
La Chanson de RolandChaque Cathéd. Doit avoir son école
Apparition du CatharismePremière Croisade
Moulin à vent en EuropeSaint Thomas d’Aquin
Fondation de ClairvauxTristan et Iseult
Deuxième CroisadeSaladin prend Jérusalem
Fibonacci (calcul, chiffres arabes, géométrie)Bacon (Arc en ciel)
Dominicains et FranciscainsUniversité de PadoueFondation de la Sorbonne
Première inquisitionCroisade contre les AlbigeoisMarco Polo en Chine
Observatoire de BagdadAl Kindi
Politique scientifique ArabeSchisme entre Rome et Byzance
Empire de CharlemagneLes Vikings assiègent Paris
Travaux alchimiquesFondation de BagdadConquête de l’Espagne par les Arabes
Moulins à vent en PersePrise d’Alexandrie
Mort de MahometConquêtes Musulmanes
Math et Astronomie (Inde)Fermeture de l’école d’AthènesInstitution de l’Ere Chrétienne
Evènements Scientifiques
Evènements CulturelsEvènements Historiques
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
Franklin (paratonnerre)Lavoisier (composition de l’air)Carnot (puissance des machines)Coulomb YoungLaplace FresnelVolta
Encyclopédie de DiderotRousseau – Du contrat socialKant – Critique de la raison pureMozart – Les noces de FigaroGoethe – Le premier FaustPremière vaccination publique
Tremblement de terre à LisbonneMachine à coudreIndépendance AméricaineCorse françaiseRévolution FrançaiseExécution de Louis XVI
Taylor (Calcul différentiel)Coke dans un haut fourneauEuler (mouvement des planètes)Celsius échelle thermomécan.Exploitation du pétrole
Fénelon – Lettres à l’AcadémieMontesquieu – Lettres PersanesJ.S. Bach – Passion selon St. JeanVoltaire – Lettres PhilosophiquesHaendel – Le Messie
Mort de Louis XIVFondation de Saint-PétersbourgConstruction du Palais BourbonVaucanson construit son canardGuerre de succession d ’Autriche
Newton (Principia)Leibniz (théorie du mouvement)Halley (catalogue des étoiles)
Spinoza – EthiqueMolière – Don JuanRacine - Phèdre
CromwellFamine en FranceRévocation de l’édit de Nantes
DescartesGaliléeGrimaldiHuygens
ShakespeareCervantès – Don QuichotteRubens – Marie de MédicisGazette de Renaudot, Rembrandt
Mort de Henri IVGuerre de trente ansDébut des droits et brevets en AngleterreMort de Louis XIII
MagellanCopernicProportions et perspectivesKepler (Lois de Kepler)
Michel-Ange – MoïseRonsard – Les AmoursCalendrier GrégorienMontaigne - Essais
François I – Thèse de LutherTraite des Noirs – Chute de l’empire IncaGuerres de religionsDéfaite de l’invincible Armada
Evènements Scientifiques
Evènements CulturelsEvènements Historiques
1500
1600
1650
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1800
Flemming (Chromos.)Relativité restreinteEinsteinRelativité générale
de BroglieMécanique ondulatoireVon Neumann (th. jeux)
Stravinsky – L’oiseau de feuChaplin – L’EmigrantHergé Tintin aux pays des SovietsLe CubismeHuxley Le meilleur des mondesBrecht – Galiléo GaliléiCarnet Les enfants du Paradis
Première révolution RusseEpidémie de grippe (1 million de morts)Première Guerre mondialeDébut de la radio diffusionGrand crash EconomiqueDeuxième guerre mondialeFermeture des maisons closes
Riemann (topologie)Mendel (génétique)Mendeleïev PlanckHertz, Bohr, EinsteinRöntgen – Curie
Baudelaire – Les fleurs du malZola – L’assommoirNietzsche – Ainsi parlait ZarathoustraWagner - TristanFreud – L’interprétation des rêves
Royaume d’ItalieGuerre de Sécession1er InternationaleAssassinat de LincolnLa Commune de Paris
AvogadroGay-Lussac (Gaz)MalusDarwin - LamarckJoule (Energie)Pasteur Maxwell
Goya – Les désastres de la guerreHegel – Science de la logiqueGoethe – Le DivanA. Comte – Le PositivismeV. Hugo – HernaniProudhon – La Propriété
Fin du Saint Empire Romain GermaniqueCréation de la Banque de franceChute de NapoléonRévolte des Canuts à LyonVictoria reine d’AngleterreRévolutions en Europe
Evènements Scientifiques
Evènements CulturelsEvènements Historiques
1800
1850
1900
1950
