La lumière/Comportements de la lumière dans différents milieux
Propagation et perception
modifierComportement et propagation de la lumière
modifierLa lumière se propage en ligne droite et dans le vide à une vitesse constante . La diminution de la vitesse de propagation de la lumière est due à son déplacement dans des milieux physiques et matériels différents et également à sa longueur d'onde λ. Ces milieux matériels sont appelés milieux dispersifs.
La présence de particules physico-chimiques dans le milieu où se trouve la lumière entraîne sa diffusion : ses rayons se séparent et vont dans une multitude de directions. La décomposition du faisceau lumineux est liée à sa longueur d'onde. Lorsque le phénomène de diffusion est négligeable à l'échelle où il est étudié, le milieu est considéré comme homogène.
Lors du passage d'un milieu matériel à un autre, la lumière change de direction (trajectoire). Le principe de Fermat ou les lois de Descartes relient les changements de trajectoire de la lumière (lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre) à sa vitesse dans chacun des milieux.
La perception de la lumière est qualitativement différente selon son intensité et son incidence sur l’œil (direction des rayons lumineux par rapport au globe oculaire).
Limites du spectre optique
modifierLa fréquence d'un rayonnement ne change pas, mais sa longueur d'onde varie en fonction de la vitesse de la lumière dans le milieu physique où ce rayonnement se propage.
Les limites du spectre de la lumière visible sont imprécises car :
- Dans un environnement diurne (le jour), la sensibilité spectrale maximale de l’œil est atteinte pour une longueur d'onde λ = 555 nm (couleur verte). La sensibilité visuelle diminue progressivement en s'éloignant de cette valeur précise de longueur d'onde (couleurs qui vont vers le rouge ou vers le bleu). La vision est colorée et est appelé vision photopique.
- Dans un environnement nocturne (la nuit), la sensibilité spectrale maximale de l’œil est atteinte pour une longueur d'onde λ = 507 nm (couleur bleu-vert). La sensibilité visuelle diminue progressivement en s'éloignant de cette valeur précise de longueur d'onde (couleurs qui vont vers le rouge ou vers le bleu). La vision est en "noir et blanc" et est appelée vision scotopique.
En résumé, ce qui définit l'imprécision du spectre visible n'est pas la valeur de la longueur d'onde pour laquelle la sensibilité oculaire est maximale, mais plutôt les limites fréquentielles et spatiales des ondes atteintes dans chaque environnement temporel (diurne / nocturne) et matériel.
Limites du rayonnement lumineux
modifierLa lumière a des points communs avec les autres types de rayonnements électromagnétiques, et ceux-ci admettent des incertitudes et provoquent les limites du rayonnement lumineux :
- Les ondes électromagnétiques sont incohérentes et imprévisibles (on ne peut pas prévoir la phase ni la fréquence d'une onde en un point et en un instant donné. Il est uniquement possible de mesurer une énergie moyenne).
- Les rayonnements sont peu pénétrants, ce qui permet d'appliquer la loi de la réflexion.
Photométrie
modifierDéfinition
modifierLa photométrie est l'activité scientifique qui consiste à mesurer et évaluer l'effet d'un rayonnement électromagnétique sur l'éclairement (perceptible par un être humain).
Les travaux réalisés dans ce domaine ont abouti à l'établissement de courbes (tables) d'efficacité lumineuse spectrale. Il est possible de calculer l'effet lumineux d'un rayonnement en connaissant sa puissance et sa longueur d'onde.
Un flux lumineux (ou éclairement lumineux) est mesurable physiquement avec un capteur muni d'un filtre optique approprié.
La courbe représentative de l'efficacité lumineuse spectrale dans le vide est la suivante :
