« On s’étonne trop de ce que l’on voit
rarement et pas assez de ce qu’on voit
tous les jours »
COMTESSE DE GENLIS
Dans la nature se produisent spontanément des phénomènes lumineux variés et spectaculaires dont les plus connus sont les arcs-en-ciel et les mirages. La représentation de la
lumière à l’origine des phénomènes lumineux est faite ici dans le formalisme de l’optique
géométrique qui privilégie son caractère de propagation. L’optique géométrique est une
approximation de très grande importance et son développement est étroitement lié à
notre histoire des sciences, domaine dans lequel sa contribution est particulièrement
originale.
L’optique géométrique est une bonne approximation tant que les dimensions du système
étudié sont grandes devant la longueur d’onde de la lumière qui s’y propage. Nous montrons alors que le principe de Fermat permet d’établir les lois de Snell-Descartes qui sont
les fondements de l’optique géométrique. Ces lois sont appliquées à de nombreux
exemples de dioptres plans (lames à faces parallèles, miroir plans, prisme...). Leur
influence sur le parcours de la lumière étant expliqué, on introduira les conséquences
sur la vision à travers ces systèmes.
Nous définissons ensuite la condition de l’approximation de Gauss qui permet d’établir la
fameuse relation de conjugaison qui relie les positions d’un objet et de son image à travers n’importe quel dispositif optique (dioptre, miroir sphérique ou lentille mince) mais
aussi à travers des combinaisons comme la lentille épaisse, l’oculaire ou le microscope.
Cette généralisation au formalisme de l’optique géométrique apporte une énorme simplification qui permet de déduire par des raisonnements simples toutes les autres relations
nécessaires à la caractérisation d’un instrument.
Dans chaque chapitre nous proposerons des exemples dans le cours ou sous forme
d’exercices accompagnés de leurs solutions afin d’insister sur la portée pratique dans la
vie de tous les jours des différentes notions traitées. Si la représentation de la lumière par
l’optique géométrique ne suffit pas pour expliquer toutes les curiosités naturelles, elle
permet de démystifier de nombreux phénomènes lumineux. Nous aurons déjà un nouveau regard envers la nature !
Pour retenir l’esprit sans contrainte un enseignement doit intéresser par toutes ses applications ! C’est ainsi que dans une deuxième partie, nous attirerons l’attention, en relation
directe avec le formalisme classique de l’optique géométrique, sur la description d’instruments classiques comme la loupe, le microscope, la lunette ou les jumelles, qui passionnent les jeunes générations. La connaissance de leur principe de fonctionnement assurera
leur utilisation dans de bonnes conditions.
AVA N T- P R O P O S
rarement et pas assez de ce qu’on voit
tous les jours »
COMTESSE DE GENLIS
Dans la nature se produisent spontanément des phénomènes lumineux variés et spectaculaires dont les plus connus sont les arcs-en-ciel et les mirages. La représentation de la
lumière à l’origine des phénomènes lumineux est faite ici dans le formalisme de l’optique
géométrique qui privilégie son caractère de propagation. L’optique géométrique est une
approximation de très grande importance et son développement est étroitement lié à
notre histoire des sciences, domaine dans lequel sa contribution est particulièrement
originale.
L’optique géométrique est une bonne approximation tant que les dimensions du système
étudié sont grandes devant la longueur d’onde de la lumière qui s’y propage. Nous montrons alors que le principe de Fermat permet d’établir les lois de Snell-Descartes qui sont
les fondements de l’optique géométrique. Ces lois sont appliquées à de nombreux
exemples de dioptres plans (lames à faces parallèles, miroir plans, prisme...). Leur
influence sur le parcours de la lumière étant expliqué, on introduira les conséquences
sur la vision à travers ces systèmes.
Nous définissons ensuite la condition de l’approximation de Gauss qui permet d’établir la
fameuse relation de conjugaison qui relie les positions d’un objet et de son image à travers n’importe quel dispositif optique (dioptre, miroir sphérique ou lentille mince) mais
aussi à travers des combinaisons comme la lentille épaisse, l’oculaire ou le microscope.
Cette généralisation au formalisme de l’optique géométrique apporte une énorme simplification qui permet de déduire par des raisonnements simples toutes les autres relations
nécessaires à la caractérisation d’un instrument.
Dans chaque chapitre nous proposerons des exemples dans le cours ou sous forme
d’exercices accompagnés de leurs solutions afin d’insister sur la portée pratique dans la
vie de tous les jours des différentes notions traitées. Si la représentation de la lumière par
l’optique géométrique ne suffit pas pour expliquer toutes les curiosités naturelles, elle
permet de démystifier de nombreux phénomènes lumineux. Nous aurons déjà un nouveau regard envers la nature !
Pour retenir l’esprit sans contrainte un enseignement doit intéresser par toutes ses applications ! C’est ainsi que dans une deuxième partie, nous attirerons l’attention, en relation
directe avec le formalisme classique de l’optique géométrique, sur la description d’instruments classiques comme la loupe, le microscope, la lunette ou les jumelles, qui passionnent les jeunes générations. La connaissance de leur principe de fonctionnement assurera
leur utilisation dans de bonnes conditions.
AVA N T- P R O P O S