Chapitre 11 • Nature et propagation de la lumière
mesures assez précises de la réfraction de la lumière dans différents milieux transparents. Il en déduit que l’angle de réfraction et l’angle d’incidence
Voir § 11.3.1
sont proportionnels
lorsque les angles sont petits. Snell en Hollande et Descartes en France découvrent
qu’en réalité, ce sont les sinus de ces angles qui sont proportionnels. Cette loi, dite de la
réfraction, est démontrée expérimentalement, mais non expliquée.
11.2 NATURE DE LA LUMIÈRE
11.2.1 Onde ou corpuscule ?
C’est en se penchant sur la nature de la lumière que l’origine de la loi de la réfraction
pourra être comprise. À partir du XVII
e siècle, deux visions s’affrontent :
• La théorie corpusculaire selon laquelle la lumière est constituée de corpuscules
matériels soumis à la gravitation universelle ;
• La théorie ondulatoire selon laquelle la lumière se propage comme une onde mécanique (comme, par exemple, le son dans l’air).
Dans la théorie corpusculaire, soutenue par Descartes puis Newton à la fin de sa vie,
la réfraction est due à l’attraction de la matière. Lors du passage dans un milieu dense, la
lumière serait « attirée », donc accélérée, et irait donc plus vite dans ce milieu que dans
l’air. Dans la théorie ondulatoire, soutenue entre autre par le savant hollandais Christian
Huygens (contemporain de Newton), chaque point de l’espace atteint par la lumière est
la source d’une onde se propageant dans l’espace dans toutes les directions sous forme
sphérique
Voir § 11.2.2
. Selon sa théorie, la lumière irait moins vite dans un milieu dense que dans
l’air. À partir de ce principe, Huygens explique la loi de la réfraction (et aussi celle de
la réflexion).
En 1862, Léon Foucault montre que la vitesse de la lumière est plus faible dans
l’eau que dans l’air : la théorie corpusculaire soutenue par Newton est réfutée. En 1864,
Maxwell, théoricien anglais de génie, synthétise les lois de l’électricité et du magnétisme
à travers quatre équations fondamentales. En combinant ces équations, il montre que
le champ électrique et le champ magnétique peuvent se combiner pour former une
perturbation de l’espace qui se propage à la vitesse... de la lumière mesurée par Foucault.
Ainsi, la lumière peut être décrite comme une onde électromagnétique (Fig. 11.1),
c’est-à-dire l’oscillation périodique d’un champ électrique et d’un champ magnétique
dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation. Le développement de la
mécanique quantique permettra au début du XX
e siècle d’unifier les visions ondulatoire
et corpusculaire.
11.2.2 Propriétés de la lumière dans le modèle ondulatoire
a) Propagation de la lumière dans un milieu transparent homogène
Par analogie avec les ondes mécaniques, on pense alors que la lumière se propage dans
un milieu matériel appelé Éther. Albert Einstein en 1905 réfute cette idée et énonce le
principe de relativité :
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“Gautron_9782100543007” (Col. : ScienceSup3-193x250) — 2010/6/15 — 17:13 — page 226 — #236
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mesures assez précises de la réfraction de la lumière dans différents milieux transparents. Il en déduit que l’angle de réfraction et l’angle d’incidence
Voir § 11.3.1
sont proportionnels
lorsque les angles sont petits. Snell en Hollande et Descartes en France découvrent
qu’en réalité, ce sont les sinus de ces angles qui sont proportionnels. Cette loi, dite de la
réfraction, est démontrée expérimentalement, mais non expliquée.
11.2 NATURE DE LA LUMIÈRE
11.2.1 Onde ou corpuscule ?
C’est en se penchant sur la nature de la lumière que l’origine de la loi de la réfraction
pourra être comprise. À partir du XVII
e siècle, deux visions s’affrontent :
• La théorie corpusculaire selon laquelle la lumière est constituée de corpuscules
matériels soumis à la gravitation universelle ;
• La théorie ondulatoire selon laquelle la lumière se propage comme une onde mécanique (comme, par exemple, le son dans l’air).
Dans la théorie corpusculaire, soutenue par Descartes puis Newton à la fin de sa vie,
la réfraction est due à l’attraction de la matière. Lors du passage dans un milieu dense, la
lumière serait « attirée », donc accélérée, et irait donc plus vite dans ce milieu que dans
l’air. Dans la théorie ondulatoire, soutenue entre autre par le savant hollandais Christian
Huygens (contemporain de Newton), chaque point de l’espace atteint par la lumière est
la source d’une onde se propageant dans l’espace dans toutes les directions sous forme
sphérique
Voir § 11.2.2
. Selon sa théorie, la lumière irait moins vite dans un milieu dense que dans
l’air. À partir de ce principe, Huygens explique la loi de la réfraction (et aussi celle de
la réflexion).
En 1862, Léon Foucault montre que la vitesse de la lumière est plus faible dans
l’eau que dans l’air : la théorie corpusculaire soutenue par Newton est réfutée. En 1864,
Maxwell, théoricien anglais de génie, synthétise les lois de l’électricité et du magnétisme
à travers quatre équations fondamentales. En combinant ces équations, il montre que
le champ électrique et le champ magnétique peuvent se combiner pour former une
perturbation de l’espace qui se propage à la vitesse... de la lumière mesurée par Foucault.
Ainsi, la lumière peut être décrite comme une onde électromagnétique (Fig. 11.1),
c’est-à-dire l’oscillation périodique d’un champ électrique et d’un champ magnétique
dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation. Le développement de la
mécanique quantique permettra au début du XX
e siècle d’unifier les visions ondulatoire
et corpusculaire.
11.2.2 Propriétés de la lumière dans le modèle ondulatoire
a) Propagation de la lumière dans un milieu transparent homogène
Par analogie avec les ondes mécaniques, on pense alors que la lumière se propage dans
un milieu matériel appelé Éther. Albert Einstein en 1905 réfute cette idée et énonce le
principe de relativité :
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