2015 : année de la lumière en France

L’Organisation internationale des Nations Unies (ONU) a proclamé « 2015, Année Internationale de la Lumière et des Techniques utilisant la Lumière » (AL2015) lors de la 68ème session de sa Conférence générale. Cette Année Internationale est une initiative d’un consortium rassemblant un large panel d’institutions scientifiques et de l’UNESCO.

Elle est célébrée grâce à la collaboration de différentes organisations telles que les unions scientifiques et sociétés savantes, les institutions d’enseignement, les plateformes technologiques, les associations non-lucratives et de nombreuses sociétés qui interviennent dans le secteur de l'éclairage et des technologies liées à la lumière.

L'Année internationale de la lumière est une initiative globale qui vise à sensibiliser sur l'importance, de la lumière et des technologies qui y sont associées. La Lumière et ses technologies participent pleinement au développement de nos sociétés.

Cette année internationale est le fruit de l'initiative d'un grand consortium d'organismes scientifiques en partenariat avec l'UNESCO. Ce consortium regroupe de nombreux acteurs, y compris la communauté scientifique, le monde de l'enseignement, les plates-formes technologiques, les organisations à but non lucratif et des partenaires du secteur privé.

En proclamant une année internationale mettant l'accent sur le thème de la lumière et de ses applications, les Nations Unies ont reconnu l'importance de la sensibilisation mondiale sur la façon dont la lumière et ses technologies participent au développement durable et apportent des solutions aux défis mondiaux que sont l'énergie, l'éducation, l'agriculture et la santé.

La lumière joue un rôle essentiel dans notre vie quotidienne et est une discipline transversale cruciale de la science au 21e siècle. Elle a révolutionné la médecine, les télécommunications à haut débit permettant le développement de l'Internet, et continue d'être un vecteur important qui lie à la fois les aspects culturels, économiques et politiques de nos sociétés.

Elumeen s'associe à cette initiative en réalisant en 2015 la construction d'un nouveau laboratoire pour renforcer sa capacité à tester et sélectionner les meilleurs produits d'éclairage.

Elumeen spécialiste de la lumière (suite)

A quelle vitesse la lumière se progage-t-elle ?

 On a longtemps cru que la lumière se propageait instantanément. Galilée, au début du XVII^ième siècle, fut un des premiers à penser que la lumière se propageait à vitesse finie.

Il a tenté de mesurer cette vitesse en plaçant deux personnes éloignées de quelques kilomètres et munies d'horloges. Le temps mis par la lumière pour parcourir cette distance est si faible qu'il n'était pas possible de mesurer le temps de parcours.

Après la tentative infructueuse de Galilée, Olaüs Römer détermine pour la première fois un ordre de grandeur de la vitesse de la lumière en étudiant l'avance ou le retard apparent dans le mouvement des satellites de Jupiter (il étudie plus précisément l'intervalle entre deux occultations des satellites derrière la planète). Il constate que ce décalage par rapport à la théorie dépend de la distance que la lumière doit parcourir pour aller de la Terre à Jupiter. Il en déduit une première approximation de la vitesse de la lumière

D'importantes avancées sont réalisées dans la connaissance de la vitesse de la lumière. En 1849, H. Fizeau améliore la mesure de la vitesse de la lumière à l'aide d'une roue dentée occultant périodiquement la lumière (cette mesure est en fait une mesure de la vitesse de la lumière dans l'air), 

L. Foucault, en 1850, invente un dispositif de miroirs (l'un d'entre eux tourne à grande vitesse : 300 tours/seconde) et mesure grâce à celui-ci la vitesse de la lumière dans l'eau

 

En 1878, Michelson et Morley réalisent une mesure de la vitesse de la lumière précise à 50 km/h près.

 

 

Constance de la vitesse de la lumière

On sait aujourd'hui que la vitesse de la lumière dans le vide a l'avantage de constituer, d'après la théorie de la relativité, une valeur absolument fixe, universelle et indépendante de l'observateur, ce qui en fait un bon choix d'étalon de mesure. En 1983, la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide à été fixée par convention. Elle vaut, par définition, c = 299.792.458 m.s^-1 qu'elle soit perçue par un objet immobile ou par un objet en mouvement. C'est un des points apparemment paradoxaux de la théorie de la relativité. Cette invariance de la vitesse de la lumière dans le vide en fait un étalon universel idéal pour définir le mètre.

Ralentir la propagation de la lumière

Nous avons vu que la lumière est une onde éléctromagnétique. Elle est donc diffusée par les atomes du milieu qu'elle rencontre et sa propagation est ralentie. Dans un milieu matériel transparent, la lumière se déplace plus lentement que dans le vide. On définit un indice n du milieu qui permet de déterminer la vitesse de propagation de l'onde dans le milieu. La vitesse v de la lumière dans un milieu d'indice n est v = c / n. L'indice n de la plupart des matériaux est assez faible : 1,0003 pour l'air, 1,33 pour l'eau et à peu près 1,5 pour le verre et 2,42 pour le Diamant.
Cet indice dépend en fait de la longueur d'onde considérée : Les différentes longueurs d'onde associées chacune à une couleur d'un faisceau de lumière polychromatique se comportent différemment à l'intérieur d'un milieu matériel. Sous certaines conditions, ces longueurs d'onde peuvent être séparées : c'est le phénomène de dispersion, responsable de l'existence des arcs en ciel ainsi que de celle de la décomposition spectrale dans un prisme.

 

Stopper la lumière...

Depuis quelques années, les physiciens cherchent à ralentir la lumière le plus possible, voire l'arrêter entièrement !
En 1999, à Harvard, Lene Vestergaard Hau étonne le monde entier en ralentissant la lumière à 17 mètres par seconde dans un gaz d'atomes très froid. Depuis, plusieurs équipes se sont attaquées au même objectif, tout en essayant de simplifier les dispositifs expérimentaux : réchauffement du gaz, utilisation d'un milieu solide. En se fondant sur des principes physiques qui sont légèrement différents, un autre physicien américain, Robert Boyd, a marqué un point décisif en 2003 : il est parvenu à ralentir la lumière dans un solide et à température ambiante.

L'un des principes mis en oeuvre pour "ralentir" la propagation de la lumière s'appuie sur la physique de la propagation des ondes dans les milieux matériels. Une impulsion lumineuse courte est forcément constituée d'un ensemble d'ondes de fréquences légèrement différentes. Or dans un milieu où l'indice de réfraction dépend de la fréquence, ces ondes se propagent à des vitesses différentes. Elles se superposent donc et interfèrent entre elles, recomposant une impulsion que l'on nomme aussi un « paquet d'ondes » dont la vitesse de propagation est nommée « vitesse de groupe ». Les calculs de propagation d'ondes ­ établis par les physiciens Arnold Sommerfeld et Léon Brillouin montrent que cette vitesse de groupe devient très faible lorsque l'indice de réfraction varie très fortement en fonction de la fréquence. Conclusion : pour ralentir la lumière, il faut trouver une fréquence autour de laquelle la variation de l'indice est maximale.

... Et dépasser la vitesse de la lumière

 
Alors que la théorie de la relativité affirme qu'aucun objet ne peut dépasser la vitesse de la lumière dans le vide, il est cependant possible de dépasser la vitesse de la lumière dans un milieu d'indice supérieur à 1 puisque la lumière se propage à une vitesse inférieure à c. Quand la vitesse d’une particule relativiste devient égale ou supérieure à la vitesse de la lumière dans le milieu qu'elle traverse, on constate des phénomènes analogues à ce qui se produit lorsqu'un avion dépasse le "mur du son" : provoquant un phénomène de « flash » par concentration locale de l'onde lumineuse. Ce phénomène est connus sous le nom d'effet Cherenkov.

 
L'effet Cherenkov, découvert et interprété par le physicien russe Pavel Cherenkov, lui a valu le prix Nobel en 1958. Il est possible d'observer l'emmission de lumière bleue induite par les neutrons emmis à grande vitesse par les désintégration radioactives du combustible nucléaire plongé dans l'eau.Les astronautes ont pu eux aussi observer des éclairs bleus dans leurs yeux, dus à l'effet Cherenkov : les particules cosmiques extrêmement rapidest raversant l'humeur aqueuse de l'oeil peuvent créer ainsi un effet Cherenkov détectable par nos cellules retiniènes. On n'observe pas cet effet à la surface du globe car les particules cosmiques sont ralenties ou absorbées par l'atmosphère avant d'arriver au sol.


à suivre...

Elumeen spécialiste de la lumière

Nous apportons la lumière à nos clients

 
Elumeen - La boutique des lampes est devenue en quelques années le spécialiste de l'éclairage fixe et autonome à LED. Notre objectif est de proposer les meilleures sources de lumières. c'est pourquoi nous nous proposons d'apporter un "éclairage" sur ce qu'est la lumière.

La lumière est indispensable à la vision, et par conséquent une part importante du bien-être de l'homme en dépend. L'éclairage est une spécialité qui se développe et se normalise pour déterminer des critères de confort en fonctions de nos activités.
La lumière du jour correspond à une partie de l'énergie solaire émise jusqu'à la surface de la terre. Elle permet notamment la régénération de l'oxygène par la chlorophylle des plantes.

La lumière a une forte valeur symbolique ; elle permet de percevoir les objets avant de les toucher, elle s'associe, dans toutes les cultures humaines, à la connaissance.

La lumière blanche

Comme chacun le sait la lumière blanche peut être décomposée à l'aide d'un prisme en raies de lumière qui sont perçues par l'oeil humain selon une variation de couleurs qui va du violet au rouge.
La lumière comprend, comme Newton l'a montré en 1666, l'ensemble de couleurs perçues par l'oeil humain.


En 1678 Christian Huygens présente sous une forme encore très peu développée et vite éclipsée par les succès de Newton, La théorie ondulatoire de la lumière, qui sera publiée en 1690 dans son Traité de la Lumière.  Cette théorie serra alors reprise et développée par entre autre Augustin Fresnel qui n'avait pas connaissance alors des travaux de Huygens. En 1801 Thomas Young expérimente la diffraction et les interférences de la lumière corroborant ainsi la nature ondulatoire de la lumière.

La lumière est une onde perçue par l'oeil humain

Lorsque le niveau lumineux est suffisant, l'être humain distingue des couleurs, correspondant à la répartition spectrale des ondes lumineuse qui parviennent jusqu'à l'oeil. La vision est une perception complexe avec plusieurs effets en retour. En particulier, la vision des couleurs s'adapte à l'éclairage ambiant, de façon à attribuer aux objets une couleur, même si, du fait d'une variation de la lumière, la rétine reçoit des rayonnements différents.

L'œil humain comporte trois types de récepteurs, dont la sensibilité spectrale est différente ; les différences entre leurs réponse est à la base de la perception des couleurs. Par conséquent, deux lumières de composition spectrale très différente peuvent être perçues comme étant de la même couleur, si leur influence sur les trois types de récepteurs est égale. C'est cette particularité que l'on exploite dans la photographie et l'impression en couleurs, ainsi que dans les écrans de télévision et d'ordinateur. Avec trois couleurs bien choisies, dites couleurs primaires, on peut créer, soit par synthèse additive, soit par synthèse soustractive, la perception de très nombreuses couleurs.

La lumière existe-telle et au-delà du visible ?

Le spectre visible qui s'étend 390 nanomètres (nm) (violet) à 780 nm (rouge) occupe la majeure partie de la gamme des longueurs d'onde qui sont facilement transmises par l'atmosphère de la Terre. Cette gamme de longueur d'onde est importante pour le monde vivant car les longueurs d'ondes plus courtes que 380 nm endommagent la structure des molécules organiques tandis que celles plus longues que 720 nm sont absorbées par l'eau constituant abondant du vivant.

Nous percevons à la surface de notre peau le rayonnement infrarouge qui n'est pas visible tout comme les ultraviolets dont nous devons nous protéger car ils sont nocifs.

Aperçu	Couleur	Intervalle de longueur d'onde(nm)
	UV	100-380
	Violet	380-450
	Bleu	450-495
	Vert	495-570
	Jaune	570-590
	Orange	590-620
	Rouge	620-750
	IR proche	750-3000

Du point de vue physique, il est tout-à-fait indifférent qu'un rayonnement soit visible ou non. On utilise donc parfois de façon abusive le terme lumière pour désigner les rayonnements ultraviolet (UV) ou infrarouge (IR). Ce sont des rayonnements électromagnétiques qui ne sont pas visibles, il ne s'agit donc pas de lumière à proprement parler sauf à étendre le mot lumière à tout rayonnement électromagnétique. Auquel cas la lumière s'étend donc sur un plus large spectre que la lumière visible.

Il a fallu attendre les travaux de James Clerk Maxwell pour expliquer le phénomène ondulatoire : il publie en 1873 un traité sur les ondes électromagnétiques, définissant la lumière comme une onde qui se propage sous la forme d'un rayonnement, le spectre de ce rayonnement n'étant qu'une partie de l'ensemble du rayonnement électromagnétique, beaucoup plus large : infrarouge, ultraviolet, ondes radio, rayons X…, on peut donc qualifier ces rayonnements de lumière au sens large, ou alors restreindre le mot « lumière » à la lumière visible.

Les équations de Maxwell ont permis de développer une théorie générale de l'électromagnétisme. Elles permettent donc d'expliquer aussi bien la propagation de la lumière que le fonctionnement d'un électroaimant. Pour les cas simples, les lois de l'optique géométrique décrivent bien le comportement des ondes. Cette description classique est la plus utilisée pour expliquer la propagation de la lumière, y compris des phénomènes comme la formation d'un arc-en-ciel ou les fentes de Young.

à suivre...