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🠖 Module 1 - Formation des images

Les lois de l'optique géométrique

Ce module aborde les bases de l’optique géométrique :
  • Notion de rayon lumineux
  • Indice de réfraction
  • Lois de la réfraction, de la réflexion et de la dispersion

1. Évolution des idées sur la nature de la lumière.


    Antiquité
  • Aristote (env. 300 av. J.-C.) : propose que la vision résulte d’un fluide émis par l’œil vers les objets
  • Empédocle (env. 490-430 av. J.-C.) : imagine que la lumière se déplace à grande vitesse.
  • Archimède (env. 287-212 av. J.-C.) : évoque la propagation rectiligne de la lumière et la réflexion, notamment dans les miroirs qu'il utilise pour concentrer la lumière solaire et enflammer des navires ennemis
    • Stanzino delle Matematiche, d'après Giulio Parigi (1571-1635), en 1600
    Contribution du monde arabe
  • Ibn al-Haytham (Alhazen) (XIe siècle) : révolutionne l’optique dans son Livre de l’optique (Kitab al-Manazir). Il démontre que la vision est due à la lumière émise par les objets, non par les yeux, et établit une méthode expérimentale rigoureuse pour étudier la réflexion, la réfraction et les lentilles.
    • Chemins suivis par la lumière avant, dans et après une sphère de verre, selon Ibn al-Haytham
    Naissance de la science moderne
  • Galilée (1564-1642) : Tente de mesurer la vitesse de la lumière à l’aide d’expériences simples ; propose que la lumière a une vitesse finie, sans pouvoir la déterminer.
  • Christian Huygens (1629-1695) : Défend la théorie ondulatoire de la lumière, selon laquelle la lumière se propage comme une onde se propageant dans l'éther et introduit en 1678 le principe de sources de front d'ondes.
  • Isaac Newton (1643-1727) : publie Opticks en 1704, ouvrage dans lequle il expose une théorie corpusculaire de la lumière, selon laquelle la lumière est constituée de particules, il publie Opticks.
    • La dispersion par un prisme. Dessin autographe d’Isaac Newton (vers 1666)
    Le renouveau de la théorie ondulatoire
  • Thomas Young (1773-1829) : Expérience des fentes, démontrant les interférences — preuve de la nature ondulatoire de la lumière
  • Augustin Fresnel (1788-1827) : Travaux sur la diffraction, renforce la théorie ondulatoire.
    • « La diffraction selon Fresnel» (1815)
    Vers une nouvelle physique
  • Albert Einstein (1879-1955) : explique l’effet photoélectrique en introduisant l’idée de photons, des quanta d’énergie, réintroduisant la nature corpusculaire de la lumière.
  • Louis de Broglie (1892–1987) : en 1924, énonce que toute particule (dont le photon) possède une onde associée ; généralise la dualité onde-corpuscule à toute la matière. Ce concept fait partie des fondements de la mécanique quantique.
    • 48 atomes de fer se comportent comme des ondes - microscope à effet Tunnel (IBM Almaden Lab)

3. Notion de rayon lumineux

2. Lois de Snell-Descartes