La lumière/Introduction à la lumière

Début de la boite de navigation du chapitre

fin de la boite de navigation du chapitre

Introduction générale, définition et composition de la lumière

Introduction générale

La lumière est un phénomène physique à l'origine d'une sensation visuelle. C'est un ensemble d'ondes électromagnétiques visibles par l’œil de tout être vivant dont l'être humain.

Il existe plusieurs disciplines scientifiques utilisant de façon massive la lumière : l’optique physiologique (étude de la perception de la lumière par les êtres humains), la photométrie (liens entre les mesures physiques des rayonnements électromagnétiques et la vision humaine), la colorimétrie (étude de la perception des couleurs par l’œil humain), l’astronomie (observation des astres, planètes et objets spatiaux à l'aide de la lumière issue d'une source (étoile)), etc...

Une spécialité artistique, industrielle et mise en œuvre chez les particuliers (ménages) est l’éclairage. Elle fait l'objet de normes légales dans différents environnements.

La lumière a donc une forte utilité et valeur symbolique. Elle permet de percevoir les objets, elle s'associe à la connaissance, au développement, à la vie, dans toutes les cultures humaines et civilisations. La lumière est donc indispensable aux bonnes conditions de vie sur la planète Terre car elle apporte l'énergie solaire nécessaire permettant de maintenir l'équilibre de l'environnement naturel (régénération de l'oxygène, chlorophylle, photosynthèse etc).

Définition de la lumière

La lumière est un ensemble de très nombreuses ondes électromagnétiques. Chacune est caractérisée par une valeur de fréquence (ou longueur d'onde).

Le spectre électromagnétique de la lumière (spectre optique) est composé de trois zones principales et distinctes :

• le spectre infrarouge (lumière invisible par l'oeil humain)
• le spectre de la lumière visible
• le spectre ultraviolet (lumière invisible par l'oeil humain)

Composition détaillée du spectre optique

Spectre infrarouge

Le spectre infrarouge (rayonnement infrarouge) est une zone du spectre optique. Son intervalle de longueurs d'onde est supérieur à celui du spectre de la lumière visible mais inférieur à celui du spectre des micro-ondes ou du domaine térahertzien.

Le spectre infrarouge se divise en trois bandes de fréquence :

• l'infrarouge proche (IR-A)
• l'infrarouge moyen (IR-B)
• l'infrarouge lointain (IR-C)

Le spectre infrarouge a les caractéristiques physiques et fréquentielles résumées dans le tableau suivant :

Longueurs d'onde (dans le vide)	Fréquences	Caractéristiques physiques et spectrales
λ = [780 nm ; 1 mm]	f = [300 GHz ; 384,6 THz]	Infrarouge proche (IR-A) : λ = [780 nm ; 1,4 μm] Infrarouge moyen (IR-B) : λ = [1,4 μm ; 3 μm] Infrarouge lointain (IR-C) : λ = [3 μm ; 1 mm]

Spectre de la lumière visible (spectre visible)

Le spectre de la lumière visible est la deuxième zone la plus étroite du spectre optique mais la plus importante en termes d'utilisation et d'impact dans l'environnement terrestre. Son intervalle de longueurs d'onde est supérieur à celui du spectre ultraviolet mais inférieur à celui du spectre infrarouge.

Le spectre de la lumière visible se divise en une multitude de couleurs. Chaque couleur est visible, unique et a une longueur d'onde particulière. Les couleurs vont du rouge au violet, en passant par le vert, jaune, orange, etc.

Le spectre de la lumière visible est donc la zone du spectre électromagnétique à laquelle l’œil humain est sensible. Cette zone du spectre inclut la longueur d'onde pour laquelle l'éclairement énergétique solaire est maximal à la surface de la planète Terre.

La longueur d'onde en question est : $\lambda =550nm\pm 1/3$

Le spectre de la lumière visible a les caractéristiques physiques et fréquentielles résumées dans le tableau suivant :

Longueurs d'onde (dans le vide)	Fréquences	Caractéristiques physiques et spectrales
λ = [380 nm ; 780 nm]	f = [384,6 THz ; 789 THz]	Violet foncé : λ = [380 nm ; 400 nm] Violet : λ = [400 nm ; 440 nm] Bleu : λ = [440 nm ; 460 nm] Bleu-vert : λ = [460 nm ; 510 nm] Vert : λ = [510 nm ; 560 nm] Jaune : λ = [560 nm ; 610 nm] Orange : λ = [610 nm ; 660 nm] Rouge : λ = [660 nm ; 780 nm]

Le spectre de la lumière visible est représenté ci-dessous :

Spectre ultraviolet

Le spectre ultraviolet (rayonnement ultraviolet) est la troisième zone du spectre optique. Son intervalle de longueurs d'onde est supérieur à celui du spectre des rayons X mais inférieur à celui du spectre de la lumière visible.

Le spectre ultraviolet se divise en trois bandes de fréquences :

• UV-A : rayons ultraviolets responsables du bronzage immédiat de la peau
• UV-B : rayons ultraviolets stimulant la production de mélanine dans l'organisme et responsables du bronzage longue durée
• UV-C : rayons ultraviolets très nocifs pour l'organisme (corps humain) mais bloqués par la couche d'ozone de la planète Terre

Le spectre ultraviolet a les caractéristiques physiques et fréquentielles résumées dans le tableau suivant :

Longueurs d'onde (dans le vide)	Fréquences	Caractéristiques physiques et spectrales
λ = [100 nm ; 380 nm]	f = [789 THz ; 3 PHz]	UV-C germicide : λ = [100 nm ; 280 nm] UV-B soleil : λ = [280 nm ; 315 nm] UV-A lumière noire : λ = [315 nm ; 380 nm]

Résumé de la composition du spectre optique

Le spectre optique (infrarouge, lumière visible, ultraviolet) a donc les caractéristiques physiques et fréquentielles suivantes :

Longueurs d'onde (périodes spatiales) (dans le vide)	Fréquences	Périodes temporelles
λ = [100 nm ; 1 mm]	f = [300 GHz ; 3 PHz]	T = [300 as ; 3 ps]