L'énergie humaine électrique
2.1 La lumière
La lumière est probablement la partie de la nature que nous rencontrons le plus souvent. Pourtant, nous ne nous demandons pas d'où elle vient exactement. Les physiciens se sont posé cette question de nombreuses fois dans l'histoire, des philosophes grecs aux disputes entre les physiciens appuyant la théorie de Newton, sur la nature corpusculaire de la lumière, et les partisans de la théorie de Descartes, sur sa nature ondulatoire. La réponse fut finalement donnée par la physique quantique, définie par Max Planck en 1900, également élaborée par Albert Einstein. Cette théorie donne place à une dualité assez surprenante, la dualité onde-corpuscule.
Figure 2.1 Onde électromagnétique
La lumière est d'un côté une onde électromagnétique se propageant dans l'espace et le temps. En fait, nous baignons en permanence dans un champ
électromagnétique créé par la présence de particules chargées et leur déplacement. Une perturbation de ce champ se propagera: c'est une onde électromagnétique. Cela confère à ces ondes la
propriété de pouvoir se déplacer dans le vide car, même dans le vide, il y a un champ électromagnétique.
Les ondes électromagnétiques sont caractérisées par leur longueur d'onde, λ, trajet parcouru par l'onde pendant une certaine période, et leur fréquence, ν. Ceux-ci sont liés par la formule où c est la célérité de l'onde électromagnétique, soit environ
300 000 km.s -1, que l'on appelle aussi vitesse de la lumière dans le vide. Mais la lumière visible n'est en fait qu'une fenêtre étroite de l'ensemble des ondes électromagnétiques qui comprennent les rayons gamma, X, ultraviolets, infrarouges, les ondes radios, etc. Le spectre du visible s'étend à près de 400 nm (violet) à 700 nm (rouge).
Figure 2.2 Le spectre des ondes électromagnétiques
Les travaux de Max Planck et d'Albert Einstein sur la "lumière quantique" ont montré que l'énergie de la lumière est aussi en quelque sorte "granuleuse". Ce "grain d'énergie" est appelé photon. Chaque photon d'un rayonnement (lumière, rayons X, etc.) porte une quantité d'énergie caractéristique de sa fréquence. Le photon est une particule élémentaire de la famille des bosons, et explique les échanges d'énergie entre la lumière et la matière.
Ces échanges avec la matière expliquent en effet comment on peut percevoir certains objets. Il en existe deux types: les objets qui produisent de la lumière, comme le Soleil, les flammes, les lampes à incandescence, etc. Ceux-ci produisent souvent de la lumière par incandescence, le mouvement perpétuel d'agitation de la matière émettant des ondes électromagnétiques. Ces ondes ne sont pas toujours visibles. Ce sont des rayonnements infrarouges. Mais lorsque la température est assez élevée, elles entrent dans le spectre du visible.
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La perception des couleurs par l’œil |
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| Chapitre 2. La perception des couleurs | ||
Les objets ne sont visibles que s'ils sont éclairés (invisibles dans l'obscurité). Ils diffusent dans toutes les directions la lumière qu'ils reçoivent, ce qui est appelé émission atomique ou moléculaire. En fait, un atome ou une molécule peut s'exciter par apport d'énergie provenant de l'extérieur (chaleur, lumière ou décharge électrique). Dans ce cas, un électron peut "grimper" à un niveau d'énergie supérieur, mais ne tardera pas à reprendre sa place d'origine en raison de l'instabilité de cet état. Lorsqu'il reprendra sa place, il cèdera de l'énergie sous forme de photon émis vers l'extérieur.
Le photon émis portera donc une certaine énergie qui est proportionnelle à la fréquence de la radiation, selon la formule 
(ħ est la constante de Planck). Selon la complexité de l'atome/de la molécule,
l'émission lumineuse pourra être constituée d'un grand nombre de longueurs d'ondes matérialisées par des raies dans le spectre, ou même des bandes continues, dans le cas des molécules. Une
couleur est donc définie par sa longueur d'onde, ou par un mélange de longueurs d'ondes. Par exemple, un vert "pur" est une radiation monochromatique de longueur d'onde 530 nm, tandis que la lumière
blanche est un spectre continu contenant toutes les longueurs d'ondes du domaine du visible.
Une petite remarque sur l'infrarouge/l'ultraviolet: Pourquoi ne percevons-nous pas ces rayonnements ? Deux raisons:
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Ultraviolet: tout simplement parce que le cristallin n'est pas assez transparent pour laisser passer ces radiations.
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Infrarouge: ici, c'est une autre affaire; l'onde parvient jusqu'au photorécepteurs, mais nous ne possédons pas de pigments visuels adaptés à cette longueur d'onde.
Au début de la perception, nous avons donc un rayon lumineux. Celui-ci traverse les milieux transparents de l’œil. En raison de leurs indices de réfraction différents, il sera réfracté plusieurs fois, la cornée et le cristallin assurant l'accommodation de l'image. La lentille convergente formée par ces milieux transparents provoque aussi une "inversion" de l'image sur la rétine, laquelle sera corrigée par l'interprétation cérébrale. Puis, le rayon traverse la rétine pour finalement arriver aux segments externes des photorécepteurs., où il sera interprété. Nous verrons maintenant comment.