La lumière, une forme d'onde électromagnétique, se propage en ligne droite dans un milieu homogène et transparent, comme le vide ou l'air. Sa modélisation par un rayon lumineux, un segment fléché, permet de représenter sa direction et son sens de propagation. La lumière blanche, telle que celle émise par le Soleil, est fondamentale pour comprendre les phénomènes lumineux colorés.
Rayon lumineux
Modèle représentant la propagation de la lumière par une droite orientée d'une flèche, indiquant le sens et la direction.
Longueur d'onde (λ)
Caractéristique d'une radiation lumineuse, exprimée en mètre (m) ou nanomètre (nm), déterminant sa couleur.
Domaine du visible
Ensemble des radiations lumineuses dont les longueurs d'onde sont comprises entre 400 nm et 800 nm, perceptibles par l'œil humain.
Lumière monochromatique
Lumière composée d'une seule radiation lumineuse, donc d'une unique longueur d'onde.
Lumière polychromatique
Lumière composée de plusieurs radiations lumineuses, c'est-à-dire de plusieurs longueurs d'onde.
La nature de la lumière et sa propagation La lumière visible, partie du spectre électromagnétique, se propage à une vitesse constante dans le vide et l'air, notée c. Cette vitesse est une constante fondamentale, approximativement égale à 3,00 × 108 m·s-1 (ou 300 000 km·s-1). La propagation de la lumière est modélisée par des rayons lumineux, des droites orientées indiquant le sens de déplacement.
Lumière blanche et couleurs La lumière blanche est la lumière que nous recevons du Soleil, notre principale source naturelle. Pour l'éclairage domestique, des sources artificielles comme les lampes à DEL ou fluocompactes cherchent à reproduire au mieux cette lumière. La couleur d'une lumière n'est pas directement visible dans l'espace, mais elle est perçue lorsqu'elle éclaire une surface blanche ou par la couleur de sa source. Par exemple, une lampe émettant des lumières colorées ne révèle ses couleurs qu'en diffusant sa lumière sur une surface.
Lampe émettant des lumières colorées
Longueur d'onde et domaine visible Chaque radiation lumineuse est caractérisée par une longueur d'onde (λ), mesurée en mètres (m). En pratique, le nanomètre (nm), où 1 nm = 10-9 m, est souvent utilisé pour ces petites valeurs. Le domaine du visible, c'est-à-dire la lumière que l'œil humain peut percevoir, correspond aux radiations dont les longueurs d'onde sont comprises entre environ 400 nm (violet) et 800 nm (rouge).
Le spectre du domaine visible et ses longueurs d'onde
Lumières monochromatiques et polychromatiques Une lumière est dite monochromatique si elle ne contient qu'une seule radiation lumineuse, donc une seule longueur d'onde. À l'inverse, une lumière est qualifiée de polychromatique si elle est composée de plusieurs radiations lumineuses. La lumière blanche est un exemple typique de lumière polychromatique. Il est important de noter que la couleur perçue d'une lumière ne permet pas toujours de distinguer si elle est monochromatique ou polychromatique, car des lumières de compositions différentes peuvent apparaître de la même couleur à l'œil.
Comparaison entre lumière monochromatique (laser) et polychromatique (LED) de même couleur
Dispersion de la lumière blanche Pour analyser la composition d'une lumière, on utilise un dispositif capable de séparer ses différentes radiations, comme un prisme ou un réseau, afin d'obtenir son spectre. La lumière blanche, étant polychromatique, est dispersée lorsqu'elle traverse un prisme. Ce phénomène est dû à la réfraction: l'indice optique du prisme varie légèrement en fonction de la longueur d'onde de la lumière. Ainsi, chaque radiation (chaque couleur) est déviée selon un angle qui lui est propre. Les radiations de courte longueur d'onde (bleu, violet) sont davantage déviées que celles de grande longueur d'onde (rouge), ce qui entraîne la décomposition de la lumière blanche en un spectre continu de couleurs, similaire à un arc-en-ciel.
Dispersion de la lumière blanche par un prisme
A retenir :
- La lumière se propage en ligne droite à une vitesse constante (c ≈ 3,00 × 108 m·s-1) et est modélisée par des rayons lumineux.
- La lumière blanche, comme celle du Soleil, est une lumière polychromatique, composée de multiples radiations.
- La couleur d'une lumière est liée à sa composition en radiations, non directement visible mais perçue par diffusion ou par la source.
- Chaque radiation lumineuse est caractérisée par une longueur d'onde (λ), mesurée en nanomètres (nm).
- Le domaine du visible s'étend de 400 nm (violet) à 800 nm (rouge).
- Une lumière est monochromatique si elle n'a qu'une seule longueur d'onde, et polychromatique si elle en a plusieurs.
- La dispersion de la lumière blanche par un prisme la décompose en un spectre continu de couleurs en raison de la variation de l'indice de réfraction avec la longueur d'onde.