OPTIQUEPrincipes physiques

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Optique géométrique

Les effets d'ombre, les pointés par alignement et quantité d'évidences de la vie quotidienne amènent à admettre que la lumière se propage en ligne droite. L'expérience tout aussi commune de la réflexion et de la réfraction montre que la lumière subit un changement de direction lorsqu'elle arrive à la surface de séparation de deux milieux, et pousse à concevoir le rayon lumineux comme la ligne suivant laquelle se propage la lumière.

L'optique géométrique permet de connaître les rayons lumineux à partir de quelques lois simples qui, pour apparaître en dernière analyse comme des approximations, n'en décrivent pas moins avec exactitude presque tous les phénomènes lumineux.

Des essais de Ptolémée à la loi approchée de Kepler, les lois de la réfraction ont donné aux physiciens plus de mal que celles de la réflexion. Il semble qu'Harriott, en 1598, ait été le premier à connaître la loi des sinus à laquelle sont attachés les noms de Snell et de Descartes, Snell ayant vraisemblablement établi expérimentalement vers 1620 la relation qui fut démontrée – de façon fort critiquable – et publiée par Descartes dans sa Dioptrique en 1637. Mais c'est à Fermat que revient le mérite d'avoir introduit, en 1650, sous la forme du principe de moindre temps, l'énoncé de base de l'optique géométrique avec toute la généralité souhaitable : parmi toutes les courbes qui joignent deux points A et B, le rayon lumineux est celle le long de laquelle le temps de parcours est minimal. Plus précisément, ayant eu l'idée que la lumière se propage à vitesse moindre dans les milieux les plus « denses », Fermat a ouvert la voie à la formulation suivante de son principe : c étant la vitesse de la lumière dans le vide et n, appelé indice de réfraction, le rapport de c à la vitesse dans un milieu donné, on peut définir pour toute courbe C joignant A et B, le chemin optique L comme l'intégrale curviligne de l'indice le long de C. L est donc la distance que parcourrait la lumière dans le vide pendant le temps qu'elle mettrait à parcourir C. Le principe de Fermat affirme que, parmi toutes les [...]

Principe de Fermat

Dessin : Principe de Fermat

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Illustration du principe de Fermat. 

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Réfraction atmosphérique

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Lois de Descartes

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Écrit par :

  • : directeur de recherche au C.N.R.S., Institut d'optique à Orsay
  • : directeur honoraire de l'Institut d'optique théorique et appliquée de Paris, professeur honoraire au Conservatoire national des arts et métiers
  • : professeur à l'université de Paris-XI et à l'École supérieure d'optique (E.S.O.), directeur adjoint de l'E.S.O., directeur du laboratoire d'expériences fondamentales en optique à l'Institut d'optique d'Orsay

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Pour citer l’article

Pierre CHAVEL, Pierre FLEURY, Christian IMBERT, « OPTIQUE - Principes physiques », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 14 octobre 2020. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/optique-principes-physiques/