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OPTIQUE

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ANTIQUITE

• le seul vrai problème est celui de la vision.• Il y a plusieurs courants qui s'affrontent à propos du

mécanisme de la vision, on recherche la liaison existant entre l’œil et la chose vue.

   De l'objet vers l’œil : atomistes,

De l’œil vers l'objet : EUCLIDE (450‑380 av.J.‑C.) et les pythagoriciens,

Combinaison des deux : EMPEDOCLE (490‑430 av.J.‑C.)

Ce sont les théories 1 et 2 qui furent adoptées.

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L'école d'Alexandrie (300 av.J.-C.-640)

• HIPPARQUE de Nicée (161‑126 av.J.‑C.) et Claude PTOLEMEE (90‑168) sont des disciples d'Euclide.

• Claudios Galenos GALIEN (129‑200) s'intéresse à la structure de l’œil et essaie de comprendre le mécanisme de la vision (l’image se forme sur le cristallin) et le rôle du nerf optique en expérimentant, il pense qu’il existe un fluide de l'extérieur vers l'intérieur et un autre intérieur qui sensibilise le nerf optique.

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La science arabe (VIIIème-XIIème s.)

• IBN AL HAITHAM ou ALHAZEN (965‑ 1039) Son traité d'optique est la contribution la plus originale et la plus féconde avant le XVII ème siècle.

• Les rayons se propagent en ligne droite de l'objet vers l’œil.

• Cette oeuvre reste inconnue ou négligée même dans le monde arabe jusqu’au XIIIème siècle.

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OCCIDENT MEDIEVAL

• Les vitriers observent que des verres d'épaisseur irrégulière grossissent les dessins d'où le nom de LENTILLES DE VERRE. Puis au XIIIème s., à Florence et à Venise, ils les assemblent par paire, ils font ainsi des lunettes qui corrigent la presbytie ensuite ils utiliseront des verres creux (concaves) pour corriger la myopie.

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OCCIDENT MEDIEVAL

• Robert GROSSETETE (1168‑1253) adepte de la méthode expérimentale, étudie les lentilles et note :

• "Si nous comprenons bien cette partie de l’optique, nous pourrons faire apparaître comme toutes proches des choses... très lointaines. Des objets gros et proches pourront paraître très petits et nous pourrons lire incroyablement loin les lettres les plus petites."

• Roger BACON (1214‑1294) est l'auteur de traités d'optique, il étudie la réfraction et les couleurs de l'arc‑en‑ciel.

• Thierry de FREIBERG (mort en 1311) va donner la première explication satisfaisante à la réfraction et à l’arc-en-ciel.

• WITELO (1230‑1285) mesure les angles de réfraction des rayons traversant l'air, l'eau, le verre, r augmente moins vite que i.

• Giambattista Della Porta (1535-1615)

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RENAISSANCE

• Johann KEPLER (1571‑1630) étudie Alhazen, Grossetête et Thierry de Freiberg, il résout le problème de la formation des images dans l’œil, l'image rétinienne est inversée d'où la correction des défauts de vision par les lentilles de verre.

• Il étudie la réfraction, il remarque que pour des angles petits (inférieurs à 30°), les angles d’incidence et de réfraction sont égaux.

• Galileo Galilei GALILEE (1564-1642) présente sa longue vue au duc de Toscane à Padoue, il offre sa lunette au Prince. Il publie ses découvertes en mars 1610 dans : « Sidereus Nuncius ».

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XVII ème siècle

• Le concept de rayon lumineux, les notions de propagation rectiligne, de formation des images, les lois de la réflexion sont bien établies mais les interrogations suivantes subsistent :

• Que vaut un angle de réfraction ?• En quoi consistent les couleurs ?• La vitesse de propagation de la lumière est-elle infinie

comme le croit Képler ou très grande comme le postulent Alhazen, Bacon et Galilée ?

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XVII ème siècle

• Willebrord SNELL (1580-1626) trouve la relation entre les angles d’incidence et de réfraction, il meurt et c’est René DESCARTES (1596-1650) qui publie les résultats en 1637 dans «la Dioptrique ».

• L’optique géométrique devient une science exacte.• Francesco GRIMALDI (1618-1663) forge un mot nouveau :

diffraction, phénomène qu’il découvre, analyse et décrit dans un ouvrage « De Lumine », paru en 1665 :

« Si l’obstacle est constitué d’un trou percé dans une plaque, la tache lumineuse qui apparaît sur l’écran est plus grande que ne le voudrait le principe de la propagation rectiligne, les bords en sont irisés ».

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XVII ème siècle

• Isaac NEWTON (1643-1707) écrit un traité d’optique :

« Mon dessein dans cet ouvrage n’est pas d’expliquer les propriétés mais de les exposer crûment pour les prouver ensuite par le raisonnement et par les expériences. »

• Il montre expérimentalement que la lumière solaire est composée de sept couleurs élémentaires et propose une explication postulant «la nature corpusculaire » de la lumière en 1672 à la Royal Society.

• Il isole une couleur, il place un second prisme et il obtient l’image de la couleur choisie. Cette expérience permet de rejeter la théorie de Descartes, c’est une expérience cruciale.

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XVII ème siècle

• Christiaan HUYGENS (1629-1695) s’oppose à la théorie corpusculaire.

• Il remarque que deux rayons peuvent se croiser sans être déviés pas les particules, c’est un rejet de la théorie corpusculaire mais les ondes se propagent dans un milieu (air pour les sons, eau pour les vagues), il y a donc un milieu entre le soleil et la Terre : c’est l’éther qui est le siège de mouvements vibratoires.

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XVIII ème siècle

• Il n’y a pas une évolution importante au cours de ce siècle. 

• L’optique n’est plus une science à la mode.

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XIX ème siècle

• Etienne Louis MALUS (1775-1812) met en évidence les phénomènes de polarisation de la lumière. On connaissait la biréfringence du spath d’Islande, il observe le phénomène de polarisation par réflexion. En janvier 1810, son mémoire sur la «Théorie de la double réfraction de la lumière dans les substances cristallisées » reçut un prix de L’Académie des Sciences de Paris.

• Disciple de Newton, il semble avoir écarté toute interprétation ondulatoire des phénomènes de double réfraction et de polarisation ; il admet que la lumière est constituée de particules possédant des pôles (analogie avec l’aimant), d’où le terme de lumière polarisée.

• Dans ce mémoire, il écrit quand même : « J’adopte …l’opinion de Newton, non comme une vérité incontestable, mais comme un moyen de fixer les idées et d’interpréter les opérations de l’analyse. C’est une simple hypothèse qui n’a d’ailleurs aucune influence sur les résultats définitifs du calcul. »

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XIX ème siècle

• Thomas YOUNG (1773-1829) s’intéresse au problème de la vision et à celui de la nature de la lumière.

• Il étudie les franges produites par des lames minces et énonce le principe des interférences : « lorsque deux portions de la même lumière arrivent à l’oeil par des voies différentes, soit exactement dans la même direction, soit dans deux directions très proches, la lumière est au maximum d’intensité lorsque la différence des chemins parcourus est un multiple d’une certaine longueur, et au minimum d’intensité pour l’état intermédiaire des portions interférentes ; cette longueur prend des valeurs différentes pour les lumières des différentes couleurs.»

• Il est en correspondance avec Fresnel.

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XIX ème siècle

• Auigustin FRESNEL (1788-1827) est considéré comme le fondateur de l’optique moderne.

• Il entreprend des expériences à partir de 1814 sur la diffraction de la lumière. Il fait appel à une nouvelle notion la longueur d’ondulation (longueur d’onde).

• Il écrit : « La théorie vibratoire se prête mieux à expliquer la marche complexe des phénomènes lumineux ».

• Après la séance d’avril 1819, à l’Académie des Sciences, la structure ondulatoire de la lumière paraît définitivement acquise, Fresnel obtient le prix de l’Académie.

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