effectivement ce double aspect et les échelles de mesure auxquelles on travaille peuvent
mettre en avant l’une ou l’autre nature, ondulatoire ou corpusculaire.
2. LA LUMIÈRE DANS LE VIDE
Les ondes électromagnétiques sont des phénomènes périodiques qui, contrairement au
son, se propagent aussi bien dans un milieu matériel que dans le vide. Les physiciens du
XIX e siècle avaient d’ailleurs imaginé un milieu matériel remplissant l’univers, l’éther,
porteur des ondes électromagnétiques. Les expériences de Michelson ont complètement
anéanti ce concept.
2.1. Le spectre électromagnétique dans le vide
Les ondes électromagnétiques sont constituées d’un champ électrique
− →
E et d’un
champ magnétique
− →
B qui varient périodiquement dans le temps. Considérons le cas
simple d’ondes sinusoïdales se propageant dans le vide. Dans ce cas, les deux champs
− →
E
et
− →
B sont situés dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation de l’onde
repérée par le vecteur
− →
k et ces trois vecteurs forment un trièdre direct (
− →
E,
− →
B,
− →
k ) .
La plupart des effets lumineux étant directement reliés à l’existence du champ électrique, l’optique s’intéresse essentiellement à l’évolution de
− →
E . Si l’on suppose ce dernier dirigé selon l’axe Ox , il oscille en fonction du temps le long de cet axe comme
E x ( − → r , t) = E 0 ( − → r )sin
2πt
T
; E 0 est l’amplitude du champ électrique et sa direction définit ce que l’on appelle la polarisation du champ. Cette dernière notion n’intervenant
pas en optique géométrique, elle ne sera pas détaillée ici.
En raison de leur caractère périodique, les ondes électromagnétiques sinusoïdales se
reproduisent identiques à elles-mêmes au bout d’un certain temps T , appelé période
temporelle et exprimé en secondes ; la période est l’inverse de la fréquence ν , exprimée
en hertz (symbole Hz). Le MHz (10
6 Hz) et le GHz (10
9 Hz) sont des multiples de fréquence couramment utilisés. On peut aussi définir ω , la pulsation, exprimée en radians
par seconde, par : ω =
2π
T
= 2πν .
Si l’on mesure la distance parcourue par le champ électrique pendant la période T , on
obtient sa longueur d’onde λ . Elle est exprimée en mètres ou en sous-multiples comme
par exemple le micromètre appelé micron (10
−6 m , symbole μm ), le nanomètre
(10
−9 m, symbole nm) ou l’angström (10
−10 m, symbole Å), le picomètre (10
−12 m, symbole pm), le femtomètre (10
−15 m, symbole fm).
Lorsqu’une seule fréquence ν (ou, de manière équivalente, une des quantités T , ω ou
λ ) caractérise une onde électromagnétique, elle est dite monochromatique. Dans le cas
contraire, elle est polychromatique.
Les ondes électromagnétiques couvrent une très large gamme de fréquences, depuis les
ondes radio, dont la fréquence est voisine de quelques 10
3 Hz, jusqu’aux rayons γ de
très haute énergie, de fréquence 10
19 Hz à 10
22 Hz, provenant naturellement de l’espace
1 • La lumière et l’optique géométrique
3
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
mettre en avant l’une ou l’autre nature, ondulatoire ou corpusculaire.
2. LA LUMIÈRE DANS LE VIDE
Les ondes électromagnétiques sont des phénomènes périodiques qui, contrairement au
son, se propagent aussi bien dans un milieu matériel que dans le vide. Les physiciens du
XIX e siècle avaient d’ailleurs imaginé un milieu matériel remplissant l’univers, l’éther,
porteur des ondes électromagnétiques. Les expériences de Michelson ont complètement
anéanti ce concept.
2.1. Le spectre électromagnétique dans le vide
Les ondes électromagnétiques sont constituées d’un champ électrique
− →
E et d’un
champ magnétique
− →
B qui varient périodiquement dans le temps. Considérons le cas
simple d’ondes sinusoïdales se propageant dans le vide. Dans ce cas, les deux champs
− →
E
et
− →
B sont situés dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation de l’onde
repérée par le vecteur
− →
k et ces trois vecteurs forment un trièdre direct (
− →
E,
− →
B,
− →
k ) .
La plupart des effets lumineux étant directement reliés à l’existence du champ électrique, l’optique s’intéresse essentiellement à l’évolution de
− →
E . Si l’on suppose ce dernier dirigé selon l’axe Ox , il oscille en fonction du temps le long de cet axe comme
E x ( − → r , t) = E 0 ( − → r )sin
2πt
T
; E 0 est l’amplitude du champ électrique et sa direction définit ce que l’on appelle la polarisation du champ. Cette dernière notion n’intervenant
pas en optique géométrique, elle ne sera pas détaillée ici.
En raison de leur caractère périodique, les ondes électromagnétiques sinusoïdales se
reproduisent identiques à elles-mêmes au bout d’un certain temps T , appelé période
temporelle et exprimé en secondes ; la période est l’inverse de la fréquence ν , exprimée
en hertz (symbole Hz). Le MHz (10
6 Hz) et le GHz (10
9 Hz) sont des multiples de fréquence couramment utilisés. On peut aussi définir ω , la pulsation, exprimée en radians
par seconde, par : ω =
2π
T
= 2πν .
Si l’on mesure la distance parcourue par le champ électrique pendant la période T , on
obtient sa longueur d’onde λ . Elle est exprimée en mètres ou en sous-multiples comme
par exemple le micromètre appelé micron (10
−6 m , symbole μm ), le nanomètre
(10
−9 m, symbole nm) ou l’angström (10
−10 m, symbole Å), le picomètre (10
−12 m, symbole pm), le femtomètre (10
−15 m, symbole fm).
Lorsqu’une seule fréquence ν (ou, de manière équivalente, une des quantités T , ω ou
λ ) caractérise une onde électromagnétique, elle est dite monochromatique. Dans le cas
contraire, elle est polychromatique.
Les ondes électromagnétiques couvrent une très large gamme de fréquences, depuis les
ondes radio, dont la fréquence est voisine de quelques 10
3 Hz, jusqu’aux rayons γ de
très haute énergie, de fréquence 10
19 Hz à 10
22 Hz, provenant naturellement de l’espace
1 • La lumière et l’optique géométrique
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© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.