Lumière : théorie

La lumière est une notion complexe qui peut être appréhendée suivant différents points de vue :
– physiologique : la lumière comme source de vie, avec des notions comme le rythme circadien ou le confort visuel,
– psychologique : influence de la lumière sur notre humeur, avec notamment l’appréhension de l’énergie et du sentiment de sécurité,
– sensible : la lumière considérée comme une matière à sculpter, comme en architecture par exemple, voir la page dédiée à l’éclairage vertical,
– physique : l’approche scientifique de la lumière comme onde électromagnétique avec des notions de photons et d’ondes électromagnétiques.

C’est de cette dernière théorie qu’il est traité ici.

Introduction

Les théories sur la lumière ont été nombreuses au cours de ces derniers siècles pour se focaliser d’une part sur une approche onde/corpuscule (ce qui peut expliquer la plupart de phénomènes) et d’autre part sur une approche quantique.

La lumière

Les ondes électromagnétiques et les photons

La lumière est d’un point de vue physique ce qui est perçu par l’œil humain, c’est-à-dire des ondes électromagnétiques comprises entre 380 et 780 nm.

Les ondes électromagnétiques composent une grande famille, qui contient également les rayons X, les ultraviolets, les infrarouges, les micro-ondes, les ondes radio (FM, AM…), etc. Ces sous-familles d’ondes n’ont pas les mêmes caractéristiques et se distinguent notamment par leur longueur d’onde (donc également leur énergie), voir schéma ci-dessous :

Comme exprimé sur le schéma ci-dessus, une longueur d’onde est liée à une couleur : par exemple, une onde électromagnétique à 400 nm sera bleue, une à 500 nm sera verte et une à 700 nm sera rouge. Les ondes sont rarement produites sur une seule longueur d’onde (il s’agit dans ce cas d’une onde monochromatique) mais sur une ou des plage(s), voir les spectres électromagnétiques des différentes sources.

La combinaison de ces plages forment donc le spectre d’une lumière et peut être vu comme l’identité de la lumière. Les spectres sont très variables suivant les sources et il en existe une infinité. La lumière blanche peut être produite d’innombrables façons : il suffit pour cela de couvrir suffisamment le spectre entre 380 et 780 nm, sachant que des plages de longueurs d’ondes peuvent être (quasiment) non représentées dans un spectre qui produira quand même une lumière blanche, voir les spectres des différentes sources.

Important »]Plus le spectre électromagnétique d’une source est complet et homogène, plus la lumière sera qualitative et meilleur sera son rendu des couleurs.[/important]

Le photon est la particule élémentaire associée à l’onde électromagnétique lumineuse (voir la théorie quantique et la dualité onde corpuscule de Louis de Broglie)

Le comportement

La lumière qui arrive sur une surface peut être réfléchie, absorbée, réfractée et transmise, voir le chapitre d’optique théorique et le schéma ci-dessous.

L’approche ondulatoire de la lumière permet quant à elle d’expliquer des phénomènes comme l’irisation apparente d’une tache d’huile ou de la diffraction en mettant en évidence la notion d’interférence.

A noter

Accueil – Lumière : Les types de sources – Notions et indicateurs de qualité – Normes et règlements – Définitions

mise à jour : 7 octobre 2019