Les signaux lumineux

BD d’introduction : Saturday night fever

Propagation de la lumière

Dans un milieu homogène (c’est-à-dire dans un milieu qui est le même partout), la lumière se déplace en ligne droite.

C’est pour cela qu’on modélise la lumière par des rayons qu’on représente par des flèches et qu’on appelle des rayons de lumière.

Rayons de lumière

Dans la réalité, contrairement à ce qu’on peut voir dans certains films de science-fiction, ces rayons ne sont pas visibles. Pour les percevoir, il faut placer de minuscules particules sur leur trajet (comme de la poussière, de la fumée, les goutelettes d’un brumisateur ou quelques gouttes de lait dans de l’eau). La lumière éclaire alors uniquement les particules le long du rayon de lumière, ce qui donne l’impression de le voir.

Pictogramme laser Attention : l’utilisation d’un laser pour ce type d’expérience peut être dangereux. Les rayons de lumière du laser sont si concentrés et transportent tellement d’énergie qu’ils peuvent provoquer des dégâts irréversibles de l’œil et rendre aveugle. Il faut donc toujours manipuler un laser avec précaution : ne pas diriger son rayon vers un visage, un miroir ou une vitre.

Les ombres

Comme la lumière se déplace en ligne droite, il arrive qu’elle soit bloquée par un obstacle1 et que certaines zones ne soient pas éclairées. C’est ce qu’on appelle des ombres.

Le modèle du rayon de lumière permet de déterminer par un tracé les limites des zones éclairées et des zones d’ombres :

Ombres

Lorsqu’on éclaire un objet avec une source de lumière, la zone dans laquelle ne passe aucun rayon de lumière derrière l’objet s’appelle le cône d’ombre. La partie de l’objet qui n’est pas éclairée s’appelle son ombre propre. La partie d’un écran situé derrière l’objet et qui n’est pas éclairée s’appelle l’ombre portée.

C’est ce même schéma qui permet d’expliquer les éclipses. La source de lumière est évidemment le Soleil. Quand la Terre passe dans le cône d’ombre de la Lune, les personnes se trouvant dans l’ombre portée de la Lune voient une éclipse de Soleil :

Éclipse de Soleil

Quand c’est la Lune qui passe dans le cône d’ombre de la Terre, les habitants se trouvant dans l’ombre propre de la Terre voient une éclipse de Lune :

Éclipse de Lune

Remarque : pour les habitants de la Terre se trouvant dans la partie éclairée, il fait jour. Pour ceux qui se trouvent dans l’ombre propre de la Terre, il fait nuit !

Réflexion et diffusion

Lorsqu’un rayon de lumière arrive sur la surface d’un objet, une partie de la lumière est renvoyée. Deux cas sont possibles :

  • la lumière est renvoyée dans une seule direction (c’est ce qui se passe avec un miroir), on dit qu’il y a réflexion (la lumière est réfléchie) ;
  • la lumière est renvoyée dans toutes les directions (c’est le cas de la plupart des objets), on dit qu’il y a diffusion (la lumière est diffusée).

Les sources de lumière

Une source de lumière est un objet qui émet de la lumière.

  • Il peut s’agir d’un objet qui produit sa propre lumière (comme le Soleil ou une lampe). On parle alors de source primaire de lumière.
  • Il peut aussi s’agir d’un objet qui diffuse la lumière avec laquelle il est éclairé (comme la Lune ou un écran de cinéma). On parle alors d’objet diffusant2.

Dans tous les cas, pour pouvoir voir un objet, il faut que celui-ci émette de la lumière et que cette lumière entre à l’intérieur de l’œil de l’observateur3.

Notes

  1. Un objet qui bloque le passage de la lumière est opaque. S’il laisse passer la lumière, il est transparent. S’il laisse passer la lumière mais qu’on ne voit pas à travers, il est translucide

  2. Les objets diffusants sont parfois aussi appelés des sources secondaires

  3. C’est pour cette raison qu’on ne peut pas voir un rayon de lumière (vu de côté) car le rayon n’émet pas de lumière vers le côté. Si le rayon entre dans l’œil de l’observateur, c’est qu’il est vu de face ; dans ce cas l’observateur voit un point : le point de la source d’où provient le rayon.