# Photographie/Rayonnements électromagnétiques/Histoire des théories de la lumière

PHOTOGRAPHIE
Un wikilivre pour ceux qui veulent apprendre la photographie de façon méthodique et approfondie.
Enrichissez-le en mettant votre propre savoir à la disposition de tous.
Si vous ne savez pas où intervenir, utilisez cette page.
Voyez aussi le « livre d'or ».
Aujourd'hui 3/10/2024, le Wikilivre de photographie comporte 7 160 articles :
| plan du chapitre en cours Rayonnements électromagnétiques Définitions et vue d'ensemble (B) Histoire des théories de la lumière (ABC) La lumière (AB) Interactions de la matière et des rayonnements (B) Transmission, absorption et réflexion de la lumière (B) Rayons X et rayons gamma (C) Rayonnement lumineux thermique (B) Luminescence (B) Lasers (C) Niveau A - débutant B - lecteur averti C - compléments Avancement Projet Ébauche des chapitres En cours Avancé Terminé Quoi de neuf Docteur ? ajouter une rubrique les 10 dernières mises à jour notables Southworth & Hawes (2 mars) Showa Optical Works (29 février) Bradley & Rulofson (4 janvier, MàJ) - - - - - - - - - - Lucien Lorelle (10 décembre, MàJ) Groupe des XV (10 décembre) MàJ de la liste des APN Sony (10 décembre) Alfred Stieglitz (17 novembre) Classement et archivage (12 novembre) ADOX (24 août) Hippolyte Bayard (22 août) mises à jour précédentes Famille Chevalier (opticiens) (22 août) Ronald Kroon (8 août) Giorgio Sommer (27 juillet) Frank Jay Haynes (22 juillet) Oliver Wendell Holmes Sr. (6 juin) Paul Rudolph (26 mai) Sabine Weiss (1er juillet) Frédéric Boissonnas (10 février) Ariel Varges (8 février) Andreas Gursky (9 janvier) Antonio Esplugas Puig (8 janvier) Cosina CS-3 (7 janvier) Cosina CS-2 (7 janvier) Cosina CS-1 (7 janvier) Cosina CT-1 (7 janvier) Vivitar XV-2 (7 janvier) Fujica AX-3 (7 janvier) Mamiya ZE (7 janvier) G. Lékégian (3 janvier) Vivitar Zoom Thyristor 285 (3 janvier) Sunpak Autozoom 3600 (2 janvier) National PE-3057 (2 janvier) Minolta Auto 320X (2 janvier) Mamiyalite ZE (2 janvier) Konica X-24 Auto (2 janvier) Fujica Auto Strobo 300 X (2 janvier) Contax TLA 20 (2 janvier) Pierre Jaffeux (2 janvier) Archives 2016 2015 2014 2013 2012 2011 2010 2009 2008 | navigation rapide Fabricants et marques de produits et de matériels A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z Ca.a CZ Ep Fu Ko.a.f Le Mi Ni.a Ol Pa Pe Ri Sa Si So Ta Personnalités du monde de la photographie A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z Éditeurs de cartes postales photographiques A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z Thèmes ▪ Bibliographie Glossaire ▪ Formulaires ▪ Modèles pour le livre cliquez sur les titres ci-dessous pour dérouler les menus ■ préface - SOMMAIRE COMPLET Préface SOMMAIRE COMPLET ■ notions fondamentales et conseils pour les débutants Les premiers pas Conseils aux débutants ■ aspects esthétiques, thèmes photographiques Choix esthétiques Perspective Composition des images Thèmes ■ références scientifiques Mathématiques Physique-Chimie Rayonnements électromagnétiques ■ photométrie, colorimétrie, optique Photométrie L’œil et la vision humaine Colorimétrie Optique ■ appareils, objectifs, éclairage, accessoires, entretien Appareils Objectifs Éclairage Mesure de la lumière, posemètres Filtres optiques Matériel de laboratoire Accessoires Préparation et entretien du matériel et des objectifs Fabricants et marques ■ procédés chimiques Procédés anciens Émulsions argentiques, généralités Surfaces sensibles Traitements en général Traitements argentiques monochromes Traitements couleurs Traitements divers Sensitométrie Tirage des épreuves ■ procédés numériques Acquisition des images L'image numérique Logiciels Impression des photographies ■ caractéristiques physiques des images, densité, netteté Densitométrie Netteté des images ■ compléments techniques et pratiques Techniques scientifiques Techniques particulières Conditions particulières de prise de vues Finition et présentation des photographies Classement et archivage Installations photographiques ■ photographie et vie sociale, histoire, enseignement,institutions, droit... Histoire de la photographie Droit de la photographie Enseignement Métiers de la photographie Institutions, fondations, musées Manifestations publiques Salons Sociétés, organisations, éditeurs Prix et distinctions Photographie commerciale ■ personnalités A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z ■ glossaire A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z ■ annexes Bibliographie Modèles pour les pages Textes en attente |
C'est naturellement à partir de la lumière visible que l'humanité fit connaissance avec les radiations électromagnétiques.
Longtemps, la lumière et le son furent étu­diés ensemble. L'association de l'éclair et du tonnerre a sûrement frappé les esprits. Le fait que le son nécessite un milieu matériel pour se propager, contrairement à la lumière, va d'ailleurs lancer bien des physiciens sur la fausse piste de l'éther.

## Conceptions antiques

Très tôt, la lumière est conçue comme un flux de projectiles émis par les corps lumineux selon Démocrite ou par l'œil selon Euclide. Platon imagine même qu'elle naît de la rencontre des particules émises par la source lumineuse et par l'œil. Pour Aristote et d'autres savants, la lumière ne peut pas se déplacer dans le vide. Ptolémée (90, 168) établit empiriquement les lois de la réfraction, phénomène qui fait par exemple qu'un bâton que l'on trempe obliquement dans l'eau paraît brisé.
* Démocrite(-460 -370)Démocrite (-460 -370)
* Platon
* Aristote (-384 -322)
* Euclide (vers-325 - vers -265)
* Ptolémée (90 - 168)

## Conceptions médiévales

Le savant égyptien Ibn-Al-Haytam, dit Alhazen (965, 1039) étudie la vision et développe une véritable théorie cor­pusculaire de la lumière, émise par le corps lumineux indépendamment de l'observateur. Les applications suivent et dès le XIe siècle, on fabrique en Egypte des lorgnons pour les presbytes !
La nature ondulatoire de la lumière semble avoir été affirmée pour la première fois par les moines anglais Grosseteste et Bacon.
* Robert Grossetete (1170-1253)
* Roger Bacon (1214 - 1294)

## Théories de la Renaissance et de l'époque classique

Johannes Kepler établit clairement le principe de la propagation de la lumière depuis la source lumineuse vers l'objet, à une vitesse qu'il pense infinie. Galilée décrit des méthodes de mesure de la vitesse de la lumière, mais ne parvient pas à les mettre en œuvre.
* Johannes Kepler (1571 - 1630)
* Galileo Galilei (1564 - 1642)
Willebrord Snell formule mathématiquement les lois de la réfraction et Descartes les fait connaître. Fermat les retrouve grâce au principe du moindre temps. Les théories de Descartes, très embrouillées, font pourtant autorité. Il faudra du temps pour que les physiciens s'en débarrassent !
* Willebrord Snell (1580 - 1626)
* René Descartes (1596 - 1650)
* Pierre de Fermat (1601 - 1665)
Grimaldi et Malebranche croient en la nature ondulatoire de la lumière, après avoir étudié les franges de diffraction et la décomposition de la lumière blanche. Huygens imagine l'univers empli de particules qui se transmettent de proche en proche leurs mouvements oscillatoires. En vibrant ensemble, elles créent des ondelettes dont la réunion constitue l'onde lumineuse, à la manière des rides qui se propagent à la surface de l'eau. Huygens explique ainsi la réflexion, la réfraction et bien d'autres phénomènes. Il envisage aussi l'existence de particules et certaines de ses intuitions seront démontrées beaucoup plus tard.
* Francesco Maria Grimaldi (1618 - 1663)
* Nicolas Malebranche (1638 - 1715)
* Christiaan Huygens (1629 - 1695)
* Isaac Newton (1642 - 1727)
Les travaux expérimentaux de Newton sont très importants. On lui doit le premier télescope. Cependant, le génial auteur de la théorie de la gravitation, trop attaché aux aspects corpusculaires, n'arrive pas à établir une théorie satisfaisante de la lumière. Sa conception très compliquée prévaudra tout de même pendant un siècle, malgré les critiques de quelques détracteurs (Hooke, Euler, ...).
Rømer mesure la vitesse de la lumière en 1675, grâce à l'observation des satellites de Jupiter. Bradley fait une seconde mesure en 1728. La théorie ondulatoire revient, un siècle plus tard, grâce aux mathématiciens qui créent les outils dont Huygens aurait eu besoin. Le médecin anglais Young, esprit universel par excellence (il fut aussi un égyptologue renommé), réalise des expériences décisives. L'idée lui vient que la vibration lumineuse est transversale et pas longitudinale.
* Ole Rømer (1644 - 1710)
* James Bradley (1693 - 1762)
* Thomas Young (1773 - 1829)

## Naissance des théories modernes

Fresnel, pour qui "Newton radote", développe la théorie du vecteur lumineux et de la lumière polarisée. De nouvelles sources lumineuses apparaissent : l'arc électrique (Davy), la lampe à incandescence (Moylens puis Edison), tube à décharge (Geissler). Les premiers spécialistes de la spectroscopie sont Bunsen et Kirchhoff. Les travaux de Maxwell établissent de manière apparemment définitive que la lumière est une vibration électromagnétique transversale.
* Augustin Jean Fresnel (1788 - 1827)
* Humphry Davy (1778 - 1829)
* Thomas Alva Edison en 1878 (1847 - 1931)
* Heinrich Geissler (1814 - 1879)
* Robert Bunsen (1811–1899)
* Gustav Robert Kirchhoff(1825, 1887)Gustav Robert Kirchhoff (1825, 1887)
* Gustav Kirchhoff (à gauche), Robert Bunsen (au centre) et Henry Enfield Roscoe (à droite)
* James Clerk Maxwell (1831, 1879)

## Les conceptions actuelles

Planck trouve en 1900 la loi qui décrit le rayonnement lumineux thermique et s'interroge sur le caractère discontinu de certains phénomènes. On considère habituellement que pour obtenir cette loi, Planck a dû introduire une hypothèse selon laquelle l'énergie rayonnée ne varie pas de façon continue, mais par multiples entiers de quantités d'énergie élémentaires ou quanta. En 1905, Einstein, reprenant une idée de Newton, imagine une particule élémentaire de lumière, le photon, doté d'une énergie cinétique et d'une quantité de mouvement.
* Max Planck (1858 - 1947)
* Albert Einstein en 1921 (1879 - 1955)
* Max Planck et Albert Einstein
* Heinrich Rudolf Hertz (1857 - 1894)
La théorie vibratoire de la lumière, développée par Young et Fresnel puis étendue à toutes les autres radiations par Maxwell et Hertz, explique les phénomènes liés à la propagation des ondes (interférences, ondes stationnaires, etc.) mais l'effet photoélectrique ou l'émission des rayons X ne peuvent être compris qu'en admettant l'existence de « grains de lumière » distincts ou photons. Selon les idées actuelles, les aspects ondulatoire et corpusculaire ne sont pas contradictoires mais complémentaires et intégrés dans la théorie de la mécanique ondulatoire de Louis de Broglie et Schrödinger.
* Louis de Broglie (1892 - 1987)
* Erwin Schrödinger (1887 - 1961)
* Richard Feynman (centre) et Robert Oppenheimer (de dos) (1918 - 1988)
Richard Feynman, dans Lumière et matière, résume la situation :
Aujourd'hui, nous savons que la lumière est faite de particules parce que nous possédons des instruments extrêmement sensibles qui font « clic » à chaque fois qu'ils reçoivent de la lumière, et ce, même si l'intensité de la lumière est abaissée considérablement : les « clics » sont les mêmes, seul leur nombre diminue.
Il évoque [...] une période où l'intelligence des physiciens fut mise à rude épreuve : la lumière, disait-on, doit être considérée soit comme une onde, soit comme un ensemble de particules selon les situations expérimentales. C'est ce qu'on a appelé la «dualité onde-corpuscule». [...] à cette époque la lumière était une onde les lundis, mercredis et vendredis, et un ensemble de particules les mardis, jeudis et samedis. Restait le dimanche pour réfléchir à la question.
Selon la théorie des quanta, le photon est considéré comme une particule pratiquement sans masse, animée de la vitesse c dans le vide et porteur d'une quantité élémentaire d'énergie appelée quantum. Ce dernier est proportionnel à la fréquence de la radiation :
* $q=h\nu \,$
h est la constante de Planck, qui vaut 6,626176 10$^{–34}$ joule.seconde. Par convention, c'est la quantité $h\nu \,$ que l'on appelle photon.
L'aspect corpusculaire des radiations élec­tromagnétiques prend le pas sur l'aspect ondulatoire au fur et à mesure que la longueur d'onde diminue, c'est-à-dire lorsque l'énergie des photons augmente. Les photons « violets », dont la longueur d'onde est à peu près la moitié de celle des photons « rouges » transportent donc environ deux fois plus d'énergie.
* Rayonnements électromagnétiques
* Définitions et vue d'ensemble (B)
* Histoire des théories de la lumière (ABC)
* La lumière (AB)
* Interactions de la matière et des rayonnements (B)
* Transmission, absorption et réflexion de la lumière (B)
* Rayons X et rayons gamma (C)
* Rayonnement lumineux thermique (B)
* Luminescence (B)
* Lasers (C)