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Qu’est-ce que la lumière ?
La lumière est un rayonnement électromagnétique visible à l’œil nu. Nous vous révélons tout ce qu’il faut savoir sur la lumière et ses principales propriétés, comme sa longueur d’onde.
1. Qu’est-ce que la lumière ?
La lumière est un type de rayonnement électromagnétique qui se propage sous forme d’ondes. Les ondes lumineuses visibles par l’œil humain ont une longueur d’onde comprise entre 390 et 760 nanomètres. Cette plage de longueurs d’onde se situe donc entre le rayonnement UV à ondes courtes et le rayonnement infrarouge à ondes longues, tous deux imperceptibles par l’œil humain.
Les sources lumineuses naturelles et artificielles émettent des ondes lumineuses qui sont réfléchies par les objets. Pour qu’une image se forme, différents récepteurs de lumière agissent ensemble dans la rétine : les bâtonnets traitent les informations concernant la luminosité, tandis que les cônes permettent de percevoir les couleurs. La couleur de la lumière que l’on perçoit dépend de sa longueur d’onde.
Le soleil est la principale source de lumière naturelle, et l’arc-en-ciel est un phénomène bien connu de réfraction de la lumière. [Source : Pellinni – stock.adobe.com]
- La lumière est un rayonnement électromagnétique qui se propage sous forme d’ondes.
- L’œil humain perçoit les longueurs d’onde comprises entre 390 et 760 nanomètres.
- La couleur de la lumière dépend de la longueur d’onde : la lumière à ondes courtes apparaît violette ou bleue, la lumière à ondes longues rouge.
- La lumière influence notamment le rythme circadien, c’est pourquoi le manque de lumière peut avoir des effets négatifs sur le bien-être.
2. Modèle ondulatoire et modèle corpusculaire
La lumière peut être décrite à la fois comme une onde et comme une particule. La physique utilise alors différents modèles pour expliquer ses propriétés. La physique quantique parle donc de la dualité onde-particule de la lumière :
- Dans le modèle ondulatoire, la lumière est considérée comme une onde électromagnétique qui se caractérise par des longueurs d’onde et des fréquences. Cela permet d’étudier et d’expliquer des phénomènes tels que l’interférence (c’est-à-dire la superposition d’ondes) et la polarisation (direction d’oscillation).
- Dans le modèle corpusculaire, la lumière est en revanche considérée comme un flux de particules. Ces particules de lumière, ou photons, transmettent l’énergie par quanta.
3. Longueur d’onde et couleur de la lumière
La longueur d’onde de la lumière détermine sa couleur : la lumière à courte longueur d’onde apparaît violette ou bleue, tandis qu’un rayonnement à longue longueur d’onde est perçu comme rouge. Le mélange de toutes les couleurs visibles produit une lumière blanche, mais la perception exacte de la couleur dépend également de la température de couleur. Cette dernière se mesure en kelvins et permet de déterminer si l’éclairage est considéré comme chaud (forte proportion de rouge dans la lumière) ou froid.
Important : les différentes couleurs du spectre ne sont visibles que lorsqu’on utilise, par exemple, un prisme pour décomposer la lumière blanche en ses composants.
Couleur et longueur d’onde de la lumière
| Couleur du spectre | Longueur d’onde en nanomètres |
|---|---|
| Violet | 380 à 430 nm |
| Bleu | 430 à 490 nm |
| Vert | 490 à 570 nm |
| Jaune | 570 à 600 nm |
| Orange | 600 à 640 nm |
| Rouge | 640 à 780 nm |
Les couleurs du spectre ci-dessus sont également appelées couleurs de l’arc-en-ciel. Le phénomène d’arc-en-ciel s’explique par la réfraction de la lumière : les gouttes de pluie agissent alors comme un prisme qui décompose la lumière blanche du soleil en couleurs spectrales.
4. Lumière infrarouge et ultraviolette
Le rayonnement visible ne représente qu’une infime partie du spectre électromagnétique : la lumière infrarouge et la lumière ultraviolette ne peuvent pas être perçues par l’œil humain. Ces deux types de rayonnement lumineux offrent néanmoins des possibilités d’application particulières.
- La lumière infrarouge (lumière IR) se situe dans une plage de longueurs d’onde supérieure à 670 nanomètres, soit au-delà de la couleur rouge du spectre. Elle est notamment utilisée en thermique et en astronomie. Pour un usage domestique, ce sont surtout les lampes infrarouges qui sont populaires comme lampes chauffantes. Le rayonnement infrarouge à effet thérapeutique (rayonnement IR-A) a une longueur d’onde comprise entre 780 et 1 400 nanomètres. Il stimule la circulation sanguine, améliorant ainsi l’apport en oxygène aux cellules de l’organisme. La chaleur permet aux muscles de se détendre, de soulager les contractures et d’atténuer les douleurs. De plus, elle peut avoir un effet anti-inflammatoire en favorisant l’élimination des déchets métaboliques.
- En revanche, le rayonnement ultraviolet (lumière UV) à ondes courtes possède une longueur d’onde inférieure à 390 nanomètres. Il marque ainsi la limite violette de la lumière visible. Le rayonnement UV est utilisé, par exemple, pour la désinfection des surfaces et de l’eau.
- Les lampes lumière du jour imitent certes la lumière solaire en fournissant un éclairage artificiel particulièrement lumineux, mais n’émettent pas de rayons UV. Elles ont un effet positif sur votre bien-être et sur votre rythme circadien habituel : pendant les mois de faible ensoleillement, elles favorisent le bon fonctionnement de l’horloge biologique et aident à lutter contre la fatigue et le manque d’énergie. C’est pourquoi elles sont également utilisées comme dispositifs thérapeutiques contre la dépression hivernale.
5. FAQ
Comment fonctionne la réfraction de la lumière ?
Ce phénomène se produit lorsque la lumière passe d’un milieu à un autre et que ces milieux présentent des densités optiques différentes. Un exemple bien connu est la réfraction des rayons lumineux lorsqu’ils traversent l’eau, produisant ainsi un arc-en-ciel.
Que sont les bâtonnets de la rétine ?
Les bâtonnets sont les cellules photosensibles situées dans la rétine de l’œil. Ils traitent les informations relatives à la luminosité et permettent notamment de voir quand la lumière est faible. En revanche, ce sont les cônes qui sont responsables de la perception des couleurs.
Qu’est-ce que la vitesse de la lumière ?
La vitesse de la lumière dans le vide est d’environ 299 792 kilomètres par seconde. Il s’agit d’une constante fondamentale en physique.
Quel est le lien entre la lumière et la théorie de la relativité restreinte ?
La théorie de la relativité restreinte d’Albert Einstein décrit, entre autres, les lois physiques relatives à la vitesse de la lumière. Elle démontre que la vitesse de la lumière est constante pour toutes les personnes qui l’observent.
Qu’est-ce qu’une année-lumière ?
Une année-lumière correspond à la distance parcourue par la lumière en un an, soit environ 9 461 milliards de kilomètres. En astronomie, on utilise les années-lumière pour mesurer de très grandes distances.