La lumière et ses propriétés
Motif lumineux abstrait (teekid, iStockphoto)
Motif lumineux abstrait (teekid, iStockphoto)
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Introduction
La lumière est partout autour de nous — même quand il fait noir! En voiture, la réflexion sur le rétroviseur contribue à notre sécurité. Les verres des lunettes et les lentilles de contact permettent à certaines personnes de mieux voir grâce à la réfraction.
La lumière fait partie du spectre électromagnétique. Ce spectre comprend les ondes radio grâce auxquelles on peut écouter de la musique, tout comme les ondes infrarouges qui nous permettent de télécommander notre téléviseur.
Le spectre électromagnétique (©2023 Parlons sciences).
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Une illustration en couleur montre le spectre électromagnétique, la longueur d’onde, la fréquence et l’énergie.
Trois échelles horizontales parallèles illustrent les aspects du spectre.
La première, en haut, est une ligne noire divisée par de fines barres verticales. Aux extrémités, une flèche pointe vers la gauche et une autre, vers la droite. En commençant par la gauche, la première section s’appelle « rayons gamma ». La suivante, « rayons X » et la troisième, « ultraviolets ».
La section centrale du spectre est la plus petite. Elle porte la mention « visible ». Cette section est agrandie sous l’échelle pour montrer les couleurs de la lumière visible. Elle commence par le magenta, le violet, le bleu, le cyan, le vert, le jaune et le rouge.
À droite, la section suivante est nommée « infrarouges ». Les autres sections à droite s’intitulent « micro-ondes » et « radio ».
La deuxième échelle est une longue ligne illustrée dans les mêmes couleurs que le spectre de la lumière visible, avec des flèches aux extrémités pointant vers l’extérieur. Près de la flèche de l’extrémité gauche, on indique « longueur d’onde plus courte, fréquence plus élevée, énergie plus élevée ». Près de la flèche de l’extrémité droite, on indique « longueur d’onde plus grande, fréquence plus faible, énergie plus faible ».
La troisième échelle, au bas de l’illustration, est une ligne noire aux nombreuses ondulations. À gauche, les courbes sont très rapprochées, comme des zigzags. Elles s’élargissent progressivement vers la droite de l’image. À l’extrémité droite de la ligne, la dernière courbe est large et en pente douce, comme une colline ondulée.
Ce document d’information porte sur la lumière visible et les façons dont nous l’utilisons.
Vitesse de la lumière
Dans le vide, la lumière visible se déplace à environ 299 792 458 mètres par seconde (m/s). C’est ce qu’on appelle la vitesse de la lumière. C’est le mouvement le plus rapide de l’univers! À titre de comparaison, la vitesse du son n’est que d’environ 300 m/s. C’est la raison pour laquelle on voit toujours les éclairs avant d’entendre le tonnerre pendant un orage.
Le savais-tu?
La lumière voyage du Soleil à la Terre en seulement 8 minutes 17 secondes.
Ondes de lumière
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Des diagrammes en couleur illustrent la différence de longueur d’onde entre la lumière violette et la lumière rouge.
Le diagramme du haut est une ligne violette aux nombreuses ondulations. Les courbes sont assez prononcées. Les sommets des courbes portent la mention « crêtes » et les vallées, « creux ». La longueur entre deux creux est indiquée par un crochet nommé « longueur d’onde ».
Le diagramme du bas est une ligne rouge ondulante. Les courbes sont ici plus larges et moins prononcées que celles de la ligne violette. Les crêtes et les creux sont aussi indiqués. La longueur entre deux creux est indiquée par un crochet beaucoup plus large nommé « longueur d’onde ». Le diagramme montre que la longueur d’onde de la lumière rouge est au moins deux fois plus longue que celle de la lumière violette.
La longueur d’onde et la fréquence varient selon la couleur de la lumière. Sur le spectre visible, la lumière rouge a la plus grande longueur d’onde et la plus basse fréquence. À l’opposé, la lumière violette a la plus courte longueur d’onde et la plus haute fréquence.
Les couleurs de la lumière
Couleurs primaires et secondaires des pigments (©2022 Parlons sciences).
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Un diagramme en couleur illustre la façon dont les pigments de couleurs primaires sont mélangés pour créer des couleurs secondaires.
Trois cercles de couleurs différentes sont disposés en triangle sur un fond blanc. Ils se chevauchent au centre de l’illustration. Chaque cercle et chaque chevauchement est étiqueté pour désigner la couleur.
En commençant en haut à gauche, le premier cercle est le cyan. Le cercle supérieur droit est le jaune et celui du bas, le magenta.
La zone où le cyan et le jaune se chevauchent est verte. Celle où le jaune et le magenta se chevauchent est rouge. Celle où le magenta et le cyan se chevauchent est bleue. Le centre, où les trois cercles se chevauchent, est noir.
Le mélange de matières colorées, comme la peinture, est un exemple de synthèse soustractive des couleurs. La peinture rouge nous apparaît de cette couleur, car lorsqu’elle reçoit la lumière blanche, les pigments rouges reflètent les longueurs d’onde de la lumière rouge et absorbent toutes les autres longueurs d’onde. C’est cette lumière réfléchie que captent nos yeux. Il en va de même pour toutes les autres couleurs. Mais qu’en est-il du noir? Le noir absorbe toutes les couleurs de la lumière (il n’en reflète donc aucune). Nous percevons cette absence de lumière comme du noir!
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Un diagramme en couleur illustre comment les couleurs primaires de la lumière se mélangent pour créer des couleurs secondaires.
Trois cercles de couleurs différentes sont disposés en triangle sur un fond noir. Ils se chevauchent au centre de l’illustration. Chaque cercle et chaque chevauchement est étiqueté pour désigner la couleur.
En commençant en haut à gauche, le premier cercle est le bleu. Le cercle supérieur droit est le vert et celui du bas, le rouge.
La zone où le bleu et le vert se chevauchent est cyan. Celle où le vert et le rouge se chevauchent est jaune. Celle où le rouge et le bleu se chevauchent est magenta. Le centre, où les trois cercles se chevauchent, est blanc.
Le mélange des couleurs de la lumière est un exemple de synthèse additive des couleurs. Le rouge nous apparaît de cette couleur parce que les longueurs d’onde de la lumière de couleur rouge sont reflétées vers nos yeux. Il en va de même pour toutes les autres couleurs. On crée du blanc en émettant toutes les longueurs d’onde de la lumière. Mais qu’en est-il du noir? Dans la synthèse additive des couleurs, le noir est l’absence de lumière. Autrement dit, aucune longueur d’onde de lumière n’est émise. Nous percevons cette absence de lumière comme du noir!
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Une photo en couleur montre un arc-en-ciel au-dessus d’un lac.
L’arc-en-ciel est un arc lumineux qui brille dans le ciel gris foncé. Il contient d’étroites bandes parallèles de couleur rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. Le bas de l’arc-en-ciel se trouve près du lac, au centre de l’image. Il passe au-dessus des arbres et va jusqu’au coin supérieur droit. On peut voir un autre arc-en-ciel pâle un peu plus loin, à droite du premier.
Les couleurs de l’arc-en-ciel se reflètent dans l’eau calme, bleu grisâtre, au premier plan. Le lac est entouré d’herbe verte, d’arbustes et d’arbres qui se fondent dans la brume derrière l’arc-en-ciel.
Ondes de lumière divisées par un prisme (Source : Lucas Vieira [domaine public] à partir de Wikimedia Commons).
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L’image montre un GIF animé en couleur où la lumière se divise en plusieurs couleurs à travers un prisme.
Le prisme est un grand triangle gris foncé sur un fond noir. La première partie du rayon de lumière est représentée par une épaisse bande blanche. Cette bande part du bas à gauche pour traverser le côté du prisme en angle.
À l’intérieur du prisme, la lumière est représentée par sept lignes colorées et ondulées qui se chevauchent en allant vers la droite. Sur la gauche, les lignes forment un enchevêtrement dense. Près du côté droit, plus distancées les unes des autres, elles se touchent toujours.
À l’extérieur du prisme, à droite, les lignes se séparent. En commençant par le haut, elles sont de couleur rouge, orange, jaune, verte, bleue, indigo et violette. La ligne rouge présente les ondes les plus longues. À chaque ligne de couleur, les ondes raccourcissent. Celle violette a les ondes les plus courtes.
Consulte ce document d’information pour découvrir comment nous voyons la couleur et les différents types de daltonisme.
Comment se déplace la lumière
Fenêtres transparentes, translucides et opaques (©2022 Parlons sciences).
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Une illustration en couleur montre la même vue à travers des fenêtres en verre transparent, translucide et opaque.
En commençant par la gauche, la première fenêtre est intitulée « transparente ». La vue est claire. Des arbres verts et feuillus sont visibles dans la partie inférieure de la fenêtre; le ciel est d’un bleu éclatant.
La deuxième fenêtre est intitulée « translucide ». La vue semble brumeuse ou vaporeuse. Les couleurs des arbres et du ciel sont délavées.
La troisième fenêtre est intitulée « opaque ». On ne voit qu’un fond noir. On ne voit ni arbre, ni ciel, ni couleur.
Chaque fenêtre a le même cadre en bois et six carreaux. Le titre de chacune est indiqué en dessous en lettres noires.
En résumé
- La lumière se déplace très vite — à la vitesse de la lumière, en fait!
- La lumière se déplace sous forme d’ondes.
- La lumière se déplace en ligne droite.
En savoir plus
Découvre les types spécifiques d'ondes électromagnétiques et leurs caractéristiques.
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Références
BBC Bitesize Science. (n.d.). Electromagnetic waves.
Laws, J. M. (2017). Reinventing the Wheel: Why Red is not a primary color. John Muir Laws.
NASA BestofScience. (2010). The electromagnetic spectrum.
NASA Godard Space Flight Centre. (2013). Electromagnetic spectrum.
George Panagiotakopoulos. (2012). Experiments on refraction, reflection and total internal reflection.
University of Toronto. (n.d.). Reflection and refraction.