le bronzage. De même, la région infrarouge (entre 800 nm et 1 mm) est perçue par les
êtres humains comme de la chaleur : ce sont par exemple les radiations produites par un
radiateur que nous ressentons sans les voir. C’est aussi grâce à ce rayonnement que les
animaux à vision nocturne détectent les radiations émises par les corps chauds. Il est
aussi couramment utilisé en technologie médicale pour la détection d’anomalies telles
que des tumeurs cancéreuses qui apparaissent comme des zones plus chaudes que les tissus sains. Aujourd’hui, les ondes infrarouges jouent aussi un rôle très important dans les
télécommunications optiques et dans les applications militaires.
Les autres parties du spectre électromagnétique ne sont pas perçues par l’œil ; néanmoins, les technologies du XX e siècle nous les ont rendues familières. Nous allons les passer en revue.
• Les micro-ondes (comprises entre 3 · 10 9 et 3 · 10 11 Hz) sont utilisées dans les radars et
les communications interurbaines (comme les conversations téléphoniques) grâce à des
antennes hautes fréquences. En médecine, elles détruisent sélectivement les cellules cancéreuses plus aptes à absorber leur énergie que les cellules non atteintes. Enfin, elles se
sont largement démocratisées avec l’arrivée des fours à micro-ondes dans les ménages.
Ceux-ci fonctionnent à une fréquence nominale de 2 450 MHz.
• Les signaux de radio et de télévision couvrent une gamme de fréquences comprise
entre 3 · 10 3 et 3 · 10 9 Hz.
• Les rayons X (compris entre 3 · 10 17 et 3 · 10 19 Hz) sont principalement utilisés en
imagerie médicale. Ils sont émis par la matière lorsqu’elle subit le choc d’électrons très
rapides. Dans l’univers, de nombreuses sources X sont observées par les astronomes.
Leur dénomination est due à Rœntgen qui les a découverts en 1895 et pour qui leur
nature paraissait mystérieuse.
• Les rayons γ sont beaucoup plus énergétiques que les rayons X et se rencontrent dans
le même type d’applications. Ils sont émis par des corps radioactifs et se situent dans une
gamme de fréquences supérieures à 3 · 10 19 Hz.
2.2. La propagation de la lumière dans le vide
Les observations courantes nous amènent à considérer le vide comme un milieu homogène et isotrope ; ceci signifie que les propriétés de propagation des ondes électromagnétiques (et donc de la lumière) ne varient pas sur leur trajet et qu’il n’y a pas de
direction privilégiée. L’expérience montre alors que la lumière se propage en ligne
droite. Cette propriété s’énonce sous forme du principe de la propagation rectiligne :
1 • La lumière et l’optique géométrique
7
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
Principe de la propagation rectiligne I. Dans le vide, la lumière se propage en ligne droite
de manière isotrope avec une vitesse c constante.
La notion de propagation rectiligne nous est naturelle. Observons par exemple un point
particulier d’un objet. Si l’on interpose par exemple un livre entre notre œil et ce point,
nous ne le voyons plus. On en déduit facilement que la lumière, qui va du point à l’œil, a
suivi un segment de droite. Pour matérialiser la propagation rectiligne, on a l’habitude
de représenter des « rayons lumineux » sous forme de lignes droites issues de la source
(figure 1.2). Une flèche indique le sens de déplacement. Si cette formalisation n’a pas
êtres humains comme de la chaleur : ce sont par exemple les radiations produites par un
radiateur que nous ressentons sans les voir. C’est aussi grâce à ce rayonnement que les
animaux à vision nocturne détectent les radiations émises par les corps chauds. Il est
aussi couramment utilisé en technologie médicale pour la détection d’anomalies telles
que des tumeurs cancéreuses qui apparaissent comme des zones plus chaudes que les tissus sains. Aujourd’hui, les ondes infrarouges jouent aussi un rôle très important dans les
télécommunications optiques et dans les applications militaires.
Les autres parties du spectre électromagnétique ne sont pas perçues par l’œil ; néanmoins, les technologies du XX e siècle nous les ont rendues familières. Nous allons les passer en revue.
• Les micro-ondes (comprises entre 3 · 10 9 et 3 · 10 11 Hz) sont utilisées dans les radars et
les communications interurbaines (comme les conversations téléphoniques) grâce à des
antennes hautes fréquences. En médecine, elles détruisent sélectivement les cellules cancéreuses plus aptes à absorber leur énergie que les cellules non atteintes. Enfin, elles se
sont largement démocratisées avec l’arrivée des fours à micro-ondes dans les ménages.
Ceux-ci fonctionnent à une fréquence nominale de 2 450 MHz.
• Les signaux de radio et de télévision couvrent une gamme de fréquences comprise
entre 3 · 10 3 et 3 · 10 9 Hz.
• Les rayons X (compris entre 3 · 10 17 et 3 · 10 19 Hz) sont principalement utilisés en
imagerie médicale. Ils sont émis par la matière lorsqu’elle subit le choc d’électrons très
rapides. Dans l’univers, de nombreuses sources X sont observées par les astronomes.
Leur dénomination est due à Rœntgen qui les a découverts en 1895 et pour qui leur
nature paraissait mystérieuse.
• Les rayons γ sont beaucoup plus énergétiques que les rayons X et se rencontrent dans
le même type d’applications. Ils sont émis par des corps radioactifs et se situent dans une
gamme de fréquences supérieures à 3 · 10 19 Hz.
2.2. La propagation de la lumière dans le vide
Les observations courantes nous amènent à considérer le vide comme un milieu homogène et isotrope ; ceci signifie que les propriétés de propagation des ondes électromagnétiques (et donc de la lumière) ne varient pas sur leur trajet et qu’il n’y a pas de
direction privilégiée. L’expérience montre alors que la lumière se propage en ligne
droite. Cette propriété s’énonce sous forme du principe de la propagation rectiligne :
1 • La lumière et l’optique géométrique
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© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
Principe de la propagation rectiligne I. Dans le vide, la lumière se propage en ligne droite
de manière isotrope avec une vitesse c constante.
La notion de propagation rectiligne nous est naturelle. Observons par exemple un point
particulier d’un objet. Si l’on interpose par exemple un livre entre notre œil et ce point,
nous ne le voyons plus. On en déduit facilement que la lumière, qui va du point à l’œil, a
suivi un segment de droite. Pour matérialiser la propagation rectiligne, on a l’habitude
de représenter des « rayons lumineux » sous forme de lignes droites issues de la source
(figure 1.2). Une flèche indique le sens de déplacement. Si cette formalisation n’a pas