Lumières sur l’optique…

17/03/2015
Auteurs : Bernard Ayrault
Publication REE REE 2015-1
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2015-1:12985
DOI : http://dx.doi.org/10.23723/1301:2015-1/12985You do not have permission to access embedded form.

Résumé

Lumières sur l’optique…

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	    <date dateType="Updated">Thu 26 Jan 2017</date>
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REE N°1/2015 149 D eux auteurs prestigieux inspirent cette chronique : Newton et Huygens ; excusez du peu ! Mais 2015 a été déclarée Année de la lumière et il faut féliciter les éditions Dunod d’avoir marqué cette décision onusienne par une politique édito- riale ambitieuse et réédité deux ouvrages essen- tiels de l’histoire de l’optique ; ils datent tous deux de ce 17° siècle qui marqua l’émergence de cette partie essentielle de la physique, juste après celle de la mécanique, stimulée au tournant des an- nées 1600 par l’œuvre de Galilée et que Newton amplifia et unifia. Pour compléter l’évocation des grands ou- vrages fondateurs de l’optique, il conviendrait d’ajouter la Dioptrique de Descartes (1596-1650), publiée en 1637 à Leyde et qui constitue avec les Météores et la Géométrie, un des compléments au Discours de la méthode, aisément disponible de ce fait (Le Traité de la lumière, écrit en 1634, juste un an après la seconde condamnation de Galilée, fut prudemment gardé par Descartes et ne paraîtra qu’après sa mort, en 1677). Pour bien marquer les repères chronologiques, précisons que Newton (1642-1727) naît l’année même où Galilée meurt, à 78 ans. Newton est donc plus jeune que Huygens (1629-1695), mais ils baignent l’un et l’autre dans la même ambiance scientifique et culturelle et ils se sont même rencon- trés à l’occasion des pérégrinations européennes de Huygens, qui passa d’ailleurs de nombreuses années à Paris ; il y élabora une part essentielle de son œu- vre et y fréquenta en particulier Pascal et Roberval. Rappelons, en ce qui concerne l’optique, quelques données essentielles de l’époque : les progrès instru- mentaux dus à Galilée, les observations de Kepler puis la première mesure de la vitesse de la lumière à Paris en 1676 par Römer (1644-1710) ; la loi fon- damentale de la réfraction est désormais établie et connue, après Snell et Descartes, et l’on sait que l’arc en ciel trouve son origine dans les gouttelettes de pluie ; on utilise le prisme avec habileté mais le spath d’Islande demeure mystérieux avec sa dou- ble réfraction ; la diffraction de son côté commence de poser des questions redoutables d’interprétation et de compréhension. Newton et Huygens furent tous deux de grands expérimentateurs et leurs ouvrages respectifs en portent la marque évidente, avec un souci péda- gogique constant et des schémas précis. Les tex- tes originaux ont été scrupuleusement respectés, même si l’éditeur a adopté les règles de la typo- graphie et de l’orthographe contemporaines. Cela simplifie certes la lecture, mais celle-ci demande encore de sérieux efforts tant le formalisme et la mathématisation des phénomènes a évolué depuis trois siècles. Chaque ouvrage est précédé d’une indispensable et talentueuse présenta- tion de Michel Blay, historien et philosophe des sciences, qui préside le comité d’histoire du CNRS. Ses notes variées et souvent érudites aident gran- dement le lecteur. La traduction de l’Optique de Newton, due à Jean-Paul Marat, date de 1787 avec une dédi- cace de l'éditeur au plus grand des Rois, qui est un modèle de flagornerie : on ne savait guère qu’avant sa carrière révolutionnaire, brutalement interrompue, il avait été un amateur éclairé de l’optique newtonienne. Newton aura donc eu, au siècle des Lumières, de prestigieux traduc- teurs : les Principia, réédités en 2011 aux édi- tions Dunod, avaient bénéficié d’une préface de Voltaire, avec une traduction de la Marquise du Châtelet. Comme le montre bien Michel Blay, le modèle corpusculaire est sous-jacent à l’ensemble de l’ex- posé newtonien. Tout ce qui touche à la couleur, et qui constitue une grande part de l’ouvrage, est clairement expliqué et justifié par des expériences finement décrites : on retrouve dans la première partie de l’Optique tout ce qui touche à la décom- position de la lumière blanche ; c’est dans cette par- tie que sont notamment décrites de multiples ex- périences faites avec les prismes et qu'est théorisée l’origine des couleurs de l’arc en ciel. Newton procède en explicitant des problèmes, en formulant des propositions et en démontrant des théorèmes. Dans une seconde partie, on découvre en parti- culier les phénomènes d’interférence en lumière blanche, entre un plan et un dioptre sphérique, connus depuis comme les anneaux de Newton, ou encore les phénomènes colorés qui accompagnent les inflexions des rayons de lumière, c’est-à-dire la diffraction, au voisinage des ombres géométriques ou après le passage par de petits orifices. Huygens, dont l’ouvrage a été directement écrit en français, interprète les phénomènes lumineux par analogie avec ceux dus aux sons : il se place dans le cadre d’une conception ondulatoire ; il est même émouvant de voir dans ses schémas les ondelettes qu’on associe désormais au principe d’Huygens-Fresnel et dont la vertu explicative est d’une grande richesse. Et comment ne pas admirer sa façon de finir cette théorie de la réfraction en démontrant une proposition remarquable : comme le pensait Fermat, et non pas Descartes qui croyait à une propagation instantanée, la lumière em- ploie le moindre temps possible… d’où se déduit la proportion constante des sinus. On touche ici, comme chez Newton, de la notion d’indice… Le Traité de la lumière consacre une partie impor- tante à l’étrange réfraction du Cristal d’Islande, mais évoque fort peu les phénomènes liés à la couleur. Signalons que l’ouvrage de Huygens com- porte aussi un Discours de la cause de la pesan- teur, où sont critiquées certaines affirmations de Descartes et expliquées les variations de la pe- santeur autour de la terre. C’est historiquement là que se trouvent formulées pour la première fois les propriétés du mouvement circulaire uniforme, avec une force centrifuge proportionnelle au carré de la vitesse et à l’inverse du rayon. La nature, corpusculaire ou ondulatoire, de la lumière et celle de l’éther continueront pendant des siècles à susciter passions et controverses, mais dès le 17e siècle on tenait, avec Newton et Huygens, les chefs de file des deux écoles : il faudra attendre le siècle passé pour faire la synthèse des deux concep- tions et comprendre ce qu’est un photon… B. Ay. CHRONIQUE Lumières sur l’optique… Isaac Newton Optique 384 p. - 16 Christiaan Huygens Traité de la lumière 208 p. - 15 Les deux ouvrages ont été publiés par les éditions Dunod en janvier 2015 Ils comportent l’un et l’autre une présentation de Michel Blay