Optique
12
4.2. La place de l’optique géométrique et ses préoccupations
L’optique géométrique, développée entre le XII e et le XVII e siècle, est une approximation justifiée quand les dimensions du système optique étudié sont grandes devant la longueur d’onde de la lumière qui s’y propage. Par exemple, elle explique parfaitement
l’arc-en-ciel provoqué par les grosses gouttes de pluie, alors qu’elle est incapable d’expliquer les auréoles appelées couronnes qui apparaissent autour de lampadaires plongés
dans le brouillard. Elle ne rend pas compte de phénomènes à une échelle microscopique tels que la diffraction ou les interférences, produits par exemple quand la lumière
passe à travers des orifices réduits, ce qui montre que le principe de propagation rectiligne n’est plus vérifié et doit être abandonné ; ces derniers phénomènes s’expliquent
dans le cadre de l’optique ondulatoire.
En fait, l’optique géométrique ignore complètement les phénomènes de composition
des ondes et se borne à additionner les effets des ondes indépendantes ; c’est la raison
pour laquelle la longueur d’onde intervient rarement dans la description de la propagation, si ce n’est éventuellement à travers l’indice absolu du milieu ou pour distinguer un
rayonnement d’un autre. L’optique géométrique ignore aussi la notion de photons car
l’énergie véhiculée par l’onde n’a pas d’influence sur sa propagation.
L’optique géométrique utilise des sources. D’une manière générale, le mot source
désigne tout ce qui envoie de la lumière à travers un dispositif, formé par exemple de
lentilles ou de miroirs ; la distinction classique entre source primaire et source secondaire n’a donc plus d’importance. Par exemple, la Lune et les planètes sont des sources
secondaires dans le sens où elles n’émettent pas directement de la lumière, mais réfléchissent la lumière reçue du soleil, dite source primaire. En dépit de cette distinction,
l’optique géométrique s’applique dans les deux cas.
Lorsque les sources sont placées à grande distance (lampadaire, Lune, Soleil ou étoiles),
les rayons sont pratiquement parallèles ; on dit qu’ils forment un faisceau de rayons
parallèles et que le faisceau est cylindrique. D’une manière générale, un faisceau peut
avoir différentes configurations spatiales représentées dans la figure 1.6.
Faisceau
divergent
Faisceau
convergent
Faisceau de
rayons parallèles
Figure 1.6 • Différentes allures de faisceaux.
En optique géométrique, on simplifie souvent le formalisme en faisant appel à des
sources ponctuelles ou peu étendues. On les réalise soit avec une source de faible taille,
soit avec une source étendue placée à grande distance. Par exemple, une étoile, de très
grande taille (plusieurs millions de kilomètres de diamètre), a depuis la Terre la taille
d’une flamme de bougie placée à 600 km. D’une manière générale, lorsqu’une source
est étendue, on peut la considérer comme un ensemble de sources ponctuelles.
Expérimentalement, un diaphragme permet d’en isoler une toute petite fraction.
Enfin, jusqu’à présent, nous avons décrit la lumière comme une onde électromagnétique, caractérisée par sa fréquence ν ou sa longueur d’onde λ , sans parler de couleur.
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4.2. La place de l’optique géométrique et ses préoccupations
L’optique géométrique, développée entre le XII e et le XVII e siècle, est une approximation justifiée quand les dimensions du système optique étudié sont grandes devant la longueur d’onde de la lumière qui s’y propage. Par exemple, elle explique parfaitement
l’arc-en-ciel provoqué par les grosses gouttes de pluie, alors qu’elle est incapable d’expliquer les auréoles appelées couronnes qui apparaissent autour de lampadaires plongés
dans le brouillard. Elle ne rend pas compte de phénomènes à une échelle microscopique tels que la diffraction ou les interférences, produits par exemple quand la lumière
passe à travers des orifices réduits, ce qui montre que le principe de propagation rectiligne n’est plus vérifié et doit être abandonné ; ces derniers phénomènes s’expliquent
dans le cadre de l’optique ondulatoire.
En fait, l’optique géométrique ignore complètement les phénomènes de composition
des ondes et se borne à additionner les effets des ondes indépendantes ; c’est la raison
pour laquelle la longueur d’onde intervient rarement dans la description de la propagation, si ce n’est éventuellement à travers l’indice absolu du milieu ou pour distinguer un
rayonnement d’un autre. L’optique géométrique ignore aussi la notion de photons car
l’énergie véhiculée par l’onde n’a pas d’influence sur sa propagation.
L’optique géométrique utilise des sources. D’une manière générale, le mot source
désigne tout ce qui envoie de la lumière à travers un dispositif, formé par exemple de
lentilles ou de miroirs ; la distinction classique entre source primaire et source secondaire n’a donc plus d’importance. Par exemple, la Lune et les planètes sont des sources
secondaires dans le sens où elles n’émettent pas directement de la lumière, mais réfléchissent la lumière reçue du soleil, dite source primaire. En dépit de cette distinction,
l’optique géométrique s’applique dans les deux cas.
Lorsque les sources sont placées à grande distance (lampadaire, Lune, Soleil ou étoiles),
les rayons sont pratiquement parallèles ; on dit qu’ils forment un faisceau de rayons
parallèles et que le faisceau est cylindrique. D’une manière générale, un faisceau peut
avoir différentes configurations spatiales représentées dans la figure 1.6.
Faisceau
divergent
Faisceau
convergent
Faisceau de
rayons parallèles
Figure 1.6 • Différentes allures de faisceaux.
En optique géométrique, on simplifie souvent le formalisme en faisant appel à des
sources ponctuelles ou peu étendues. On les réalise soit avec une source de faible taille,
soit avec une source étendue placée à grande distance. Par exemple, une étoile, de très
grande taille (plusieurs millions de kilomètres de diamètre), a depuis la Terre la taille
d’une flamme de bougie placée à 600 km. D’une manière générale, lorsqu’une source
est étendue, on peut la considérer comme un ensemble de sources ponctuelles.
Expérimentalement, un diaphragme permet d’en isoler une toute petite fraction.
Enfin, jusqu’à présent, nous avons décrit la lumière comme une onde électromagnétique, caractérisée par sa fréquence ν ou sa longueur d’onde λ , sans parler de couleur.