La lumière que nous voyons n’est qu’une petite partie du vaste spectre électromagnétique défini dans le tableau 1.1, appelée « le visible ». Généralement, dans le vide comme
à l’intérieur de la matière, elle résulte de la superposition de plusieurs ondes électromagnétiques monochromatiques (lumière polychromatique). Dans le vide, les longueurs
d’onde des radiations visibles sont comprises entre environ λ = 400 nm et λ = 800 nm
(ν = 750 · 10
12 Hz et ν = 375 · 10
12 Hz ). En fait, les limites du spectre visible varient
selon l’acuité de l’œil de l’observateur et selon l’intensité perçue.
Les origines des différentes sources visibles peuvent être très variées. Ainsi, l’éclairage
issu du Soleil ou fourni par une lampe à filament est composé de toutes les longueurs
d’onde du visible ; c’est un spectre continu. En revanche, l’éclairage souvent employé
dans les tunnels d’autoroute est fourni par des lampes contenant par exemple des
vapeurs de sodium (Na). Elles n’émettent donc, en accord avec le spectre de raies caractéristique du gaz utilisé, que quelques longueurs d’onde du visible ; ce spectre est dit «
discret », par opposition au spectre continu de la lampe à filament. Enfin, la plupart des
caisses de supermarchés sont équipées de systèmes de lecture de codes barres qui utilisent un faisceau visible monochromatique fourni par une diode laser dont la longueur
d’onde se situe aux alentours de 670 nm. Le spectre lumineux d’émission de la diode
laser est dans ce cas monochromatique.
Pour séparer les différentes longueurs d’onde d’une source, une méthode expérimentale est proposée au chapitre 3. Elle consiste en l’observation du spectre lumineux à travers un prisme de verre.
Les longueurs d’onde ultraviolettes et infrarouges forment deux régions adjacentes du
spectre visible qui peuvent être également assimilées au spectre lumineux. Les limites du
spectre visible lui-même sont d’ailleurs mal définies et on convient souvent de dire que le
rayonnement ultraviolet s’étale dans le vide de 400 nm à 10 nm. Il est présent dans la
lumière solaire où il est très utile car il produit chez l’homme la vitamine D, et provoque
Optique
6
Depuis ces premières expériences, bien d’autres tentatives de mesure de la vitesse de
la lumière ont été menées, utilisant cette fois des méthodes entièrement terrestres. En
1920, Albert Michelson a obtenu pour la première fois une valeur, par la suite confirmée par des centaines d’expériences. Dans son expérience, une source de lumière
émet un rayonnement lumineux depuis le mont Wilson en direction d’un miroir tournant situé à 35 km de distance sur le mont Baldy. Seule une position déterminée du
miroir permet de renvoyer le faisceau dans la direction opposée. Grâce à une mesure
topographique précise à 0,3 cm près, et connaissant la vitesse de rotation du miroir de
renvoi, on peut relier le temps t =
2l
c
que met le rayon lumineux à revenir à son point
de départ à la vitesse de rotation du miroir. Plusieurs centaines de mesures aboutirent
à une valeur de la vitesse de la lumière égale à 299 796 km.s
−1 .
En fait, la précision atteinte sur la mesure de c est limitée par celle que l’on peut avoir
sur les mesures de longueur et de temps. Le mètre étalon de 1960 était défini à partir
de la longueur d’onde dans le vide d’une transition de l’atome de krypton 86.
Cependant, sa précision était limitée. Le développement des lasers continus, dont la
fréquence peut être donnée à quelques kHz près, a permis une définition plus précise
du mètre : « le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière
pendant une durée de 1/299792458 e de seconde ». Cette définition a été adoptée le
20 octobre 1983 à la 17 e Conférence générale des poids et mesures.
à l’intérieur de la matière, elle résulte de la superposition de plusieurs ondes électromagnétiques monochromatiques (lumière polychromatique). Dans le vide, les longueurs
d’onde des radiations visibles sont comprises entre environ λ = 400 nm et λ = 800 nm
(ν = 750 · 10
12 Hz et ν = 375 · 10
12 Hz ). En fait, les limites du spectre visible varient
selon l’acuité de l’œil de l’observateur et selon l’intensité perçue.
Les origines des différentes sources visibles peuvent être très variées. Ainsi, l’éclairage
issu du Soleil ou fourni par une lampe à filament est composé de toutes les longueurs
d’onde du visible ; c’est un spectre continu. En revanche, l’éclairage souvent employé
dans les tunnels d’autoroute est fourni par des lampes contenant par exemple des
vapeurs de sodium (Na). Elles n’émettent donc, en accord avec le spectre de raies caractéristique du gaz utilisé, que quelques longueurs d’onde du visible ; ce spectre est dit «
discret », par opposition au spectre continu de la lampe à filament. Enfin, la plupart des
caisses de supermarchés sont équipées de systèmes de lecture de codes barres qui utilisent un faisceau visible monochromatique fourni par une diode laser dont la longueur
d’onde se situe aux alentours de 670 nm. Le spectre lumineux d’émission de la diode
laser est dans ce cas monochromatique.
Pour séparer les différentes longueurs d’onde d’une source, une méthode expérimentale est proposée au chapitre 3. Elle consiste en l’observation du spectre lumineux à travers un prisme de verre.
Les longueurs d’onde ultraviolettes et infrarouges forment deux régions adjacentes du
spectre visible qui peuvent être également assimilées au spectre lumineux. Les limites du
spectre visible lui-même sont d’ailleurs mal définies et on convient souvent de dire que le
rayonnement ultraviolet s’étale dans le vide de 400 nm à 10 nm. Il est présent dans la
lumière solaire où il est très utile car il produit chez l’homme la vitamine D, et provoque
Optique
6
Depuis ces premières expériences, bien d’autres tentatives de mesure de la vitesse de
la lumière ont été menées, utilisant cette fois des méthodes entièrement terrestres. En
1920, Albert Michelson a obtenu pour la première fois une valeur, par la suite confirmée par des centaines d’expériences. Dans son expérience, une source de lumière
émet un rayonnement lumineux depuis le mont Wilson en direction d’un miroir tournant situé à 35 km de distance sur le mont Baldy. Seule une position déterminée du
miroir permet de renvoyer le faisceau dans la direction opposée. Grâce à une mesure
topographique précise à 0,3 cm près, et connaissant la vitesse de rotation du miroir de
renvoi, on peut relier le temps t =
2l
c
que met le rayon lumineux à revenir à son point
de départ à la vitesse de rotation du miroir. Plusieurs centaines de mesures aboutirent
à une valeur de la vitesse de la lumière égale à 299 796 km.s
−1 .
En fait, la précision atteinte sur la mesure de c est limitée par celle que l’on peut avoir
sur les mesures de longueur et de temps. Le mètre étalon de 1960 était défini à partir
de la longueur d’onde dans le vide d’une transition de l’atome de krypton 86.
Cependant, sa précision était limitée. Le développement des lasers continus, dont la
fréquence peut être donnée à quelques kHz près, a permis une définition plus précise
du mètre : « le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière
pendant une durée de 1/299792458 e de seconde ». Cette définition a été adoptée le
20 octobre 1983 à la 17 e Conférence générale des poids et mesures.