LA LUMIÈRE
La lumière et les couleurs
La flamme et la chaleur produite par un gaz qui brûle produisent de la lumière. Une flamme émet notamment des photons qui peuvent atteindre notre œil et nous permettre de la voir.
Un objet a-t-il une couleur quand on ne le regarde pas ? On est tenté de répondre oui si l'on suit notre intuition. En réalité, la couleur que nous percevons est le résultat de l'interaction entre la lumière, la matière et notre système visuel.
La couleur n'est donc pas simplement une peinture naturelle déposée sur les objets. Elle correspond à la manière dont notre œil et notre cerveau interprètent certaines longueurs d'onde de la lumière qui arrivent jusqu'à nous.
Avant d'expliquer la lumière, il faut savoir que tout ce qui existe devient invisible dans le noir complet si aucune lumière ne parvient jusqu'à nos yeux.
Nature de la lumière
La lumière est un phénomène qui se propage depuis les sources de lumière, comme les lampes, les étoiles ou les flammes, jusqu'aux récepteurs de lumière : l'œil, une plaque photographique, une caméra vidéo, un capteur CCD, etc.
La matière est composée de petites entités qui lui donnent sa forme, son poids et sa résistance. Ce sont les atomes.
Au centre de l'atome se trouve un noyau, petit mais dense, composé de protons et de neutrons. Autour de ce noyau se trouvent les électrons.
Plusieurs atomes différents peuvent former un gaz, un liquide ou un solide. Ils peuvent ainsi constituer des objets aussi différents qu'une table, une peinture ou l'air que nous respirons.
La matière n'a pas une couleur qui lui serait propre de façon indépendante de la lumière. La couleur que nous percevons dépend notamment de la lumière qui éclaire l'objet et des longueurs d'onde que sa surface absorbe ou réfléchit.
La lumière transporte de l'énergie
Une source de lumière transforme une forme d'énergie qui l'alimente — électrique, chimique ou thermique — en énergie lumineuse.
La lumière transporte cette énergie jusqu'au récepteur : l'œil, une plaque photographique, une caméra vidéo ou un capteur électronique.
Un récepteur est un système qui transforme l'énergie lumineuse qu'il reçoit en une autre forme d'énergie.
Par exemple, une lampe électrique transforme une partie de l'énergie électrique qu'elle reçoit en lumière. Une photopile transforme une partie de l'énergie lumineuse reçue en énergie électrique.
L'œil transforme la lumière reçue en signaux nerveux qui sont ensuite interprétés par le cerveau. C'est grâce à la lumière que nous pouvons voir une table, un paysage ou la couleur d'une peinture.
Les couleurs qui composent la lumière
La lumière visible que nous percevons est composée de différentes longueurs d'onde.
Lorsque la lumière blanche traverse un prisme, elle peut être décomposée en différentes couleurs. Un arc-en-ciel est également un phénomène naturel qui sépare et dévie les différentes composantes de la lumière solaire dans les gouttelettes d'eau.
Les atomes et l'émission de lumière
L'atome possède un noyau composé de protons et de neutrons. Les électrons occupent des états d'énergie autour du noyau.
Lorsqu'un atome reçoit de l'énergie, un électron peut passer à un état d'énergie plus élevé. Lorsqu'il revient vers un état moins énergétique, l'atome peut émettre cette différence d'énergie sous la forme d'un photon.
Le photon est le quantum, ou la particule élémentaire, associé au rayonnement électromagnétique.
Le Soleil produit de la lumière
Le SOLEIL est une étoile. Il produit son énergie principalement grâce aux réactions de fusion nucléaire qui se déroulent dans son cœur.
Cette énergie traverse les différentes couches du Soleil avant d'être finalement émise dans l'espace sous différentes formes de rayonnement, dont la lumière visible.
Le Soleil émet également d'autres rayonnements ainsi que des particules constituant notamment le vent solaire.
Donc, le Soleil éclaire.
Un objet sans vie dans l'espace
La Lune n'émet pas sa propre lumière visible comme une étoile. Elle est éclairée par le Soleil et réfléchit une partie de cette lumière vers la Terre.
Selon la position de la Lune par rapport à la Terre et au Soleil, nous voyons différentes parties de sa face éclairée : ce sont les phases de la Lune.
La lampe de poche
La lampe de poche contient une source lumineuse alimentée par une pile électrique.
Dans une lampe moderne, la pile fournit de l'énergie électrique à une LED qui transforme une partie de cette énergie en lumière. Dans les anciennes lampes à filament, le courant électrique chauffait le filament jusqu'à ce qu'il émette de la lumière.
La lumière se propage sous forme de rayonnement électromagnétique. Les différentes longueurs d'onde correspondent à différentes parties du spectre électromagnétique.
Lorsqu'une lumière rencontre un objet, une partie peut être absorbée, une autre réfléchie et, selon le matériau, une autre peut être transmise.
Le blanc et le noir
Le blanc correspond à la perception d'un mélange de nombreuses longueurs d'onde de la lumière visible. Une lumière blanche peut donc être décomposée en différentes couleurs.
Le noir correspond à l'absence ou à la très faible présence de lumière visible provenant d'une surface vers nos yeux.
Un objet paraît noir lorsqu'il absorbe une grande partie de la lumière visible qu'il reçoit et en renvoie très peu vers notre œil.
Pourquoi voit-on un faisceau de lumière ?
Un faisceau lumineux qui traverse un air parfaitement propre est difficile à voir de côté.
Lorsque des poussières, des gouttelettes ou des particules présentes dans l'air diffusent une partie de la lumière vers nos yeux, le trajet du faisceau devient visible.
La vitesse de la lumière
Dans le vide, la lumière se déplace à environ 300 000 kilomètres par seconde.
Dans un milieu matériel comme l'air, l'eau ou le verre, sa vitesse est légèrement différente.
En l'absence d'obstacle ou de milieu qui la dévie, la lumière se propage en ligne droite dans un milieu homogène. Elle peut cependant être réfléchie, réfractée ou diffractée.
Propagation de la lumière
La lumière se propage depuis sa source jusqu'au récepteur, par exemple l'œil.
Lorsqu'elle traverse une lentille, sa trajectoire peut être modifiée. Les lentilles sont utilisées notamment dans les lunettes, les appareils photographiques, les microscopes et de nombreux instruments optiques.
Images et documents provenant notamment du Net, de Sciences et Avenir et de Wikipédia.
