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Optique : Une approche expérimentale et pratique
Livre numérique Optique : Une approche expérimentale et pratique

par Houard, Sylvain

De Boeck Supérieur

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  • Consultable à la Bpi

Livre numérique

Optique : Une approche expérimentale et pratique

Auteur(s) : Houard, Sylvain
  • Éditeur(s)
  • Date
    • 2011
  • Notes
    • Une approche innovante et vivante de l'optique, à la fois expérimentale, technique, historique et pratique, avec 500 photographies en couleurs d'expériences.Une approche innovante à la fois expérimentale, technique, historique et pratique.Cet ouvrage de référence présente l'ensemble des phénomènes optiques de manière agréable et détaillée.Il s'appuie sur une iconographie extrêmement riche et un style clair et abordable.Chaque découverte ou théorie est replacée dans son contexte historique. Plus de 500 photographies en couleurs d'expériences permettent d'illustrer les phénomènes optiques de manière visuelle et concrète, en relation avec le texte.Des explications techniques détaillées sont fournies, mais privilégient l'approche physique à un formalisme excessif. Une large place est ainsi faite aux phénomènes naturels (mirages, halos, arc-en-ciel, etc.) et aux applications scientifiques ou technologiques (télécommunications par fibre optique, verres correcteurs de la vision, microscope, lunette astronomique, télescope, interféromètres, lasers).Un chapitre entier est consacré à la couleur et sa perception - sujet rarement abordé dans les ouvrages classiques.
  • Langues
    • Français
  • ISBN
    • 9782804163396
  • Droits
    • copyrighted
  • Résultat de :
  • Quatrième de couverture

    • Optique

      Une approche innovante de l'optique à la fois expérimentale, technique, historique et pratique.

      Cet ouvrage de référence présente l'ensemble des phénomènes optiques de manière agréable et détaillée.

      Il s'appuie sur une iconographie extrêmement riche et un style clair et abordable.

      Chaque découverte ou théorie est replacée dans son contexte historique. Plus de 500 photographies en couleurs d'expériences permettent d'illustrer les phénomènes optiques de manière visuelle et concrète, en relation avec le texte.

      Des explications techniques détaillées sont fournies, mais privilégient l'approche physique à un formalisme excessif. Une large place est ainsi faite aux phénomènes naturels (mirages, halos, arc-en-ciel, etc.) et aux applications scientifiques ou technologiques (télécommunications par fibre optique, verres correcteurs de la vision, microscope, lunette astronomique, télescope, interféromètres, lasers).

      Un chapitre entier est consacré à la couleur et sa perception - sujet rarement abordé dans les ouvrages classiques.

      Publics

      ¤ Candidats au CAPES ou à l'Agrégation

      ¤ Étudiants du premier cycle universitaire

      ¤ Enseignants du secondaire ou du supérieur

      ¤ Astronomes amateurs et étudiants en médecine


  • Tables des matières

      • Optique

      • S. Houard

      • de boeck

      • PréfaceXIX
      • Avant-proposXXI
      • 1 Lumière et couleurs1
      • 1.1 Synthèse additive 2
      • 1.1.1. Synthèse additive bichrome, ou les vertus d'une pyramide hexagonale2
      • 1.1.2. Synthèse trichrome3
      • 1.1.3. Synthèse additive et télévision4
      • 1.1.4 Couleurs complémentaires5
      • 1.1.5. Ombres colorées5
      • 1.2 Spectre de la lumière blanche 6
      • 1.2.1. Genèse des couleurs selon Descartes6
      • 1.2.2. Newton et le concept de lumière blanche hétérogène8
      • 1.3 Vision des objets colorés et absorption sélective 13
      • 1.3.1. Hexagone harmonique des couleurs13
      • 1.3.2. Synthèse soustractive16
      • 1.3.3. Courbes énergétiques de transmission18
      • 1.3.4. Phénomènes d'absorption sélective dans la Nature19
      • 1.4 Colorimétrie 23
      • 1.4.1. Caractérisation physique des couleurs23
      • 1.4.2. Diagrammes chromatiques25
      • 1.5 Anomalies de la vision colorée 28
      • 1.5.1. Approche historique28
      • 1.5.2. Mécanisme de la vision colorée : cônes et pigments colorés29
      • 1.5.3. Hérédité et statistiques32
      • 1.5.4. Vision colorée des daltoniens32
      • 1.5.5. Théories alternatives33
      • Annexe 136
      • 1. Réponse à l'énigme36
      • 2. Construction des diagrammes chromatiques RGB (ou RVB) et XYZ36
      • 2 Réflexion et réfraction de la lumière39
      • 2.1 Lois de la réflexion et de la réfraction 40
      • 2.1.1. Approche expérimentale40
      • 2.1.2. Loi de la réfraction41
      • 2.1.3. Démonstrations de la loi de la réfraction43
      • 2.1.4. Phénomène de réflexion totale45
      • 2.2 Mirages optiques 46
      • 2.2.1. Mirages inférieurs46
      • 2.2.2. Mirages supérieurs51
      • 2.2.3. Réfraction atmosphérique53
      • 2.3 Halos atmosphériques 55
      • 2.3.1. Prisme au minimum de déviation55
      • 2.3.2. Halos atmosphériques56
      • 2.4 L'arc-en-ciel 59
      • 2.4.1. Généralités, approche historique59
      • 2.4.2. Théorie géométrique de Descartes59
      • 2.4.3. Théorie géométrique de Newton61
      • 2.4.4. L'arc-en-ciel et son observation62
      • 2.4.5. Arcs-en-ciel primaire et secondaire63
      • 2.4.6. Ordre des couleurs et arcs d'ordres supérieurs64
      • 2.5 Communications par fibre optique 64
      • 2.5.1. Introduction65
      • 2.5.2. Structure d'une fibre - Propagation par réflexion totale65
      • 2.5.3. Dispersion modale et codage66
      • 2.5.4. Fibres à gradient d'indice et fibres monomodes67
      • Annexe 269
      • 1. Surface d'onde et principe des ondelettes secondaires69
      • 2. Tracé de rayons lumineux dans une couche à gradient d'indice70
      • 3. Ordre des couleurs dans les arcs-en-ciel primaire et secondaire71
      • 3 Formation des images73
      • 3.1 Le miroir plan 74
      • 3.1.1. Image d'un objet ponctuel74
      • 3.1.2. Image d'un objet étendu74
      • 3.1.3. Champ d'un miroir75
      • 3.2 Images multiples et jeux de miroirs 75
      • 3.2.1. Miroirs plans parallèles placés en regard75
      • 3.2.2. Miroirs plans à angle droit76
      • 3.2.3. Miroirs plans faisant un angle de 60°77
      • 3.2.4. Une séance au musée de la magie à Blois77
      • 3.3 Objet et image 78
      • 3.4 Stigmatisme approché - Conditions de Gauss 80
      • 3.4.1. Aberration sphérique - Caustique80
      • 3.4.2. Conditions de Gauss81
      • 3.5 Étude du dioptre plan dans les conditions de Gauss 82
      • 3.5.1. Stigmatisme approché dans les conditions de Gauss82
      • 3.5.2. Exercice d'application83
      • 4 Lentilles minces dans les conditions de Gauss85
      • 4.1 Propriétés des lentilles sphériques minces dans les conditions de Gauss 86
      • 4.1.1. Classification des lentilles minces86
      • 4.1.2. Foyer principal image et distance focale image d'une lentille mince86
      • 4.1.3. Foyer principal objet d'une lentille mince89
      • 4.1.4. Foyers secondaires90
      • 4.1.5. Propriété du centre optique 091
      • 4.1.6. Image d'un objet non ponctuel92
      • 4.1.7. Formules de conjugaison et de grandissement97
      • 4.1.8. Lentilles accolées - Théorème des vergences99
      • 4.1.9. Lentille convergente ou lentille divergente ?99
      • 4.2 L'oeil humain 99
      • 4.2.1. Historique100
      • 4.2.2. Structure de l'oeil100
      • 4.3 Défauts de la vision et lunettes correctrices 103
      • 4.3.1. Bref historique des lunettes103
      • 4.3.2. Punctum proximum et punctum remotum104
      • 4.3.3. Puissance d'accommodation105
      • 4.3.4. Myopie105
      • 4.3.5. Hyperopie ou hypermétropie107
      • 4.3.6. Presbytie108
      • 4.3.7. Astigmatisme109
      • 4.3.8. Influence de la distance oeil-verre correcteur112
      • 5 Miroirs sphériques dans les conditions de Gauss113
      • 5.1 Propriétés optiques 114
      • 5.1.1. Classification114
      • 5.1.2. Stigmatisme rigoureux114
      • 5.1.3. Foyers principaux et secondaires114
      • 5.1.4. Image d'un objet non ponctuel116
      • 5.1.5. Relations de conjugaison - Formules de grandissement linéaire119
      • 5.2 Applications 120
      • 5.2.1. Miroir de dentiste120
      • 5.2.2. Miroir de maquillage121
      • 5.2.3. Rétroviseur grand angle122
      • 6 Aberrations d'une lentille sphérique mince Influence des diaphragmes sur la qualité des images125
      • 6.1 Aberrations chromatiques 126
      • 6.1.1. Approche expérimentale126
      • 6.1.2. Doublets achromatiques minces128
      • 6.2 Aberrations géométriques 129
      • 6.2.1. Aberrations de Seidel du 3e ordre129
      • 6.2.2. Aberration de sphéricité131
      • 6.2.3. Coma - Relation d'Abbe134
      • 6.2.4. Courbure de champ et astigmatisme135
      • 6.2.5. Distorsion137
      • 6.3 Formation d'une image de bonne qualité 140
      • 6.3.1. Règles générales140
      • 6.3.2. Fonctionnement d'un projecteur de diapositives141
      • 6.4 Influence des diaphragmes sur la qualité des images 141
      • 6.4.1. Approche expérimentale141
      • 6.4.2. Définitions générales143
      • 6.4.3. Champ de contour144
      • 6.4.4. Rôle d'une lentille de champ144
      • 7 Instruments d'optique147
      • 7.1 De la camera obscura au téléobjectif : l'appareil photographique 148
      • 7.1.1. Approche historique : camera obscura, daguerréotype148
      • 7.1.2. Appareil standard à focale fixe149
      • 7.1.3. Principe du téléobjectif152
      • 7.2 Le microscope 153
      • 7.2.1. Approche historique : microscopes de Hooke et de Van Leeuwenhoek153
      • 7.2.2. Principe du microscope composé à deux lentilles155
      • 7.2.3. Puissance et grossissement155
      • 7.2.4. Normes et standardisation157
      • 7.2.5. Profondeur de champ157
      • 7.2.6. Exemples d'observation157
      • 7.2.7. Objectif158
      • 7.2.8. Oculaire161
      • 7.2.9. Développements récents en microscopie : microscopie électronique et microscopie
      • 7.2.10. Cahier expérimental163
      • 7.3 Lunette astronomique 168
      • 7.3.1. Approche historique168
      • 7.3.2. Propriétés optiques169
      • 7.3.3. Limite des grandes lunettes réfractrices176
      • 7.3.4. De la théorie à la pratique : construction d'une lunette astronomique d'initiation177
      • 7.4 Télescopes 178
      • 7.4.1. Télescopes classiques178
      • 7.4.2. Télescopes aplanétiques183
      • 7.4.3. L'ère des grands télescopes184
      • 7.4.4. Développements récents I : optique adaptative185
      • 7.4.5. Développements récents II : interférométrie stellaire187
      • Annexe 7190
      • 1. Éléments cardinaux d'un système centré épais190
      • 2. Puissance d'un système centré épais191
      • 8 Interférences lumineuses193
      • 8.1 Principe d'interférences de Thomas Young 194
      • 8.1.1. Approche historique194
      • 8.1.2. Interférences observées avec une cuve à ondes194
      • 8.1.3. Interprétation et forme des franges194
      • 8.2 Expériences historiques 196
      • 8.2.1. Expérience des trous puis des fentes d'Young196
      • 8.2.2. Miroirs de Fresnel199
      • 8.2.3. Dispositifs à division du front d'onde202
      • 8.3 Interférences non localisées à deux ondes totalement cohérentes - Dispositifs à division du front d'onde 203
      • 8.3.1. Formule fondamentale des interférences à deux ondes203
      • 8.3.2. Franges sombres et franges brillantes - Ordre d'interférence p206
      • 8.3.3. Allure générale des franges d'interférences206
      • 8.3.4. Calcul de la différence de marche - Équation des franges au voisinage de l'axe207
      • 8.3.5. Dispositif des fentes d'Young à deux lentilles208
      • 8.3.6. Longueur de cohérence spatiale (...) du dispositif des fentes d'Young208
      • 8.3.7. Interférences de deux ondes planes210
      • 8.3.8. Généralisation210
      • 8.3.9. Détermination d'une longueur d'onde à l'aide des miroirs de Fresnel211
      • 8.4 Interférences lumineuses dans la Nature 212
      • 8.4.1. Coloration des lames minces212
      • 8.4.2. Arcs surnuméraires de l'arc-en-ciel218
      • 8.5 Interféromètre de Michelson 223
      • 8.5.1. Introduction historique223
      • 8.5.2. Schéma de principe224
      • 8.5.3. Nécessité d'une lame compensatrice225
      • 8.5.4. Interféromètre de Michelson en lame d'air : franges d'égale inclinaison, ou franges d'Haidinger225
      • 8.5.5. Applications229
      • 8.5.6. Interféromètre de Michelson en coin d'air - Franges d'égale épaisseur ou franges de Fizeau231
      • 8.6 Interféromètre de Fabry-Pérot 235
      • 8.6.1. Fonctionnement - Interféromètre à ondes multiples235
      • 8.6.2. Applications237
      • 8.7 Interféromètres de Mach-Zehnder et de Sagnac 239
      • Annexe 8241
      • 1. Propriétés des ondes 241
      • 1.1 Généralités241
      • 1.2 Onde plane241
      • 1.3 Onde plane progressive242
      • 1.4 Onde plane progressive harmonique242
      • 1.5 Onde électromagnétique plane, progressive harmonique (OEMPPH)243
      • 1.6 Indice de réfraction243
      • 1.7 Rayon lumineux, déphasage et chemin optique243
      • 1.8 Existence d'un déphasage supplémentaire244
      • 2. Anneaux de Newton 244
      • 2.1 Loi de croissance des anneaux brillants observés par réflexion244
      • 2.2 Périodicité des anneaux sombres244
      • 2.3 Évolution de l'écartement des anneaux avec m245
      • 2.4 Comparaison du nombre d'anneaux observés dans l'air et dans l'eau245
      • 2.4.1. Nombre d'anneaux sombres observés dans l'air245
      • 2.4.2. Nombre d'anneaux sombres observés dans l'eau245
      • 3. Interféromètre de Michelson en lame d'air à faces parallèles : calcul de la différence de marche 246
      • 4. Interféromètre de Fabry-Pérot : calcul de l'amplitude complexe et de l'intensité transmises dans une direction d'angle d'émergence i 247
      • 9 Polarisation de la lumière249
      • 9.1 Approche historique 250
      • 9.1.1. Les étonnantes propriétés du cristal de spath250
      • 9.1.2. Étienne Malus et la polarisation par réflexion vitreuse252
      • 9.1.3. Young, Fresnel et la transversalité des ondes lumineuses252
      • 9.2 Polarisation rectiligne de la lumière 252
      • 9.3 Dichroïsme et filtres polariseurs 253
      • 9.4 Loi de Malus 255
      • 9.5 Polarisation par diffusion 256
      • 9.5.1. Polarisation du ciel - Diffusion Rayleigh256
      • 9.5.2. Expérience de diffusion de la lumière258
      • 9.5.3. Mécanisme de polarisation par diffusion259
      • 9.5.4. Langage des abeilles et polarisation du ciel : travaux de Karl von Frisch (1886-1982)263
      • 9.6 Polarisation par réflexion - Angle de Brewster 266
      • 9.7 Biréfringence 268
      • 9.7.1. Anisotropie du cristal de spath - Axe optique268
      • 9.7.2. Faisceaux ordinaire et extraordinaire269
      • 9.7.3. Prisme de Nicol271
      • 9.8 Interférences en lumière polarisée 271
      • 9.9 Couleurs des lames cristallines 273
      • 9.9.1. Lignes neutres273
      • 9.9.2. Couleurs des lames minces biréfringentes274
      • 9.9.3. Lame quart d'onde et polariseur circulaire278
      • 9.10 Pouvoir rotatoire 280
      • 9.10.1. Polarisation chromatique rotatoire : lame de quartz perpendiculaire et expérience d'Arago280
      • 9.10.2. Activité optique - Substances lévogyres et dextrogyres - Travaux de Biot et Pasteur281
      • 9.10.3. Polarimètre de Laurent - Pouvoir rotatoire des sucres282
      • 9.11 Cristaux liquides 285
      • 9.11.1. Biréfringence d'un cristal liquide285
      • 9.11.2. Applications aux écrans LCD286
      • 9.12 Photoélasticité 287
      • Annexe 9289
      • 1. Construction de Huygens 289
      • 2. Différents états de polarisation d'une onde électromagnétique monochromatique 290
      • 3. Échelle des teintes de Newton entre polariseurs croisés ou parallèles 291
      • 4. Principe de l'analyseur à pénombre 291
      • 10 Diffraction293
      • 10.1 Approche historique 294
      • 10.1.1. Les observations de Grimaldi294
      • 10.1.2. La diffraction au XVIIe siècle295
      • 10.1.3. Les travaux d'Augustin Fresnel295
      • 10.1.4. Théories ultérieures298
      • 10.2 Approche expérimentale 299
      • 10.2.1. Diffraction d'ondes à la surface de l'eau299
      • 10.2.2. Diffraction de la lumière300
      • 10.3 Traitement physique de la diffraction 301
      • 10.3.1. Principe de Huygens301
      • 10.3.2. Principe de Huygens-Fresnel301
      • 10.3.3. Diffraction de Fresnel et diffraction de Fraunhofer301
      • 10.4 Diffraction de Fraunhofer par une fente 303
      • 10.4.1. Frange centrale brillante303
      • 10.4.2. Position angulaire des premiers minima d'intensité303
      • 10.4.3. Calcul de l'intensité diffractée304
      • 10.5 Diffraction par une ouverture circulaire 306
      • 10.6 Pouvoir de résolution d'un instrument d'optique - Critère de Rayleigh 307
      • 10.7 Interférences et diffraction : dispositif des fentes et des trous d'Young 308
      • 10.8 Diffraction de Fraunhofer d'une onde plane 310
      • 10.8.1. Transparence ou transmittance complexe d'une pupille plane310
      • 10.8.2. Théorème de Huygens-Fresnel311
      • 10.8.3. Amplitude complexe de l'onde diffractée en M311
      • 10.8.4. Pupille composée et théorème de translation313
      • 10.8.5. Diffraction par une ouverture rectangulaire314
      • 10.8.6. Diffraction par une fente315
      • 10.8.7. Théorème de Babinet315
      • 10.9 Réseaux de diffraction 315
      • 10.9.1. Définitions315
      • 10.9.2. Formule fondamentale des réseaux317
      • 10.9.3. Calcul de l'intensité diffractée319
      • 10.9.4. Dispersion en lumière polychromatique - Spectroscope à réseaux320
      • 10.9.5. Pouvoir dispersif D et pouvoir de résolution intrinsèque R - Critère de Rayleigh321
      • 10.9.6. Spectroscopie appliquée à l'astrophysique323
      • 10.10 Diffraction et transformée de Fourier 327
      • 10.10.1. Série et transformée de Fourier327
      • 10.10.2. Optique de Fourier329
      • 10.10.3. Diffraction et formation des images331
      • 10.11 Diffraction et filtrage spatial 332
      • 10.11.1. Expérience d'Abbe et filtrage passe bas332
      • 10.11.2. Strioscopie et filtrage passe haut335
      • 10.12 Arc-en-ciel (épilogue) 336
      • Annexe 10339
      • 1. Épurateur de faisceau 339
      • 2. Détermination de longueurs d'onde avec un réseau par transmission 340
      • 2.1 Réseau peu dispersif à 80 traits/mm et ordre m = 1340
      • 2.2 Réseau plus dispersif à 300 traits/mm340
      • 11 Le laser et ses applications341
      • 11.1 Approche historique 342
      • 11.2 Fonctionnement du laser 344
      • 11.2.1. Présentation344
      • 11.2.2. Processus d'émission et d'absorption345
      • 11.2.3. Inversion de population346
      • 11.2.4. Pompage optique347
      • 11.2.5. Rôle de la cavité optique351
      • 11.3 Holographie 354
      • 11.3.1. Hologramme par transmission d'un objet ponctuel - Disposition axiale de Gabor354
      • 11.3.2. Hologrammes par transmission de Leith-Upatnieks356
      • 11.3.3. Approche mathématique358
      • 11.3.4. Hologramme épais - Holographie par réflexion361
      • 11.3.5. Réalisation expérimentale d'un hologramme364
      • 11.3.6. Applications de l'holographie366
      • 11.4 Applications commerciales, industrielles et technologiques du laser 367
      • 11.4.1. Applications commerciales : graveur et lecteur de CD et DVD368
      • 11.4.2. Métrologie371
      • 11.4.3. Soudage, perçage, découpage374
      • 11.4.4. Applications médicales375
      • 11.4.5. Vélocimétrie laser Doppler376
      • 11.5 Applications en physique fondamentale 378
      • 11.5.1. Fusion thermonucléaire et laser Mégajoule378
      • 11.5.2. Spectroscopie et lasers femtoseconde378
      • 11.5.3. Lasers et manipulation des atomes379
      • 11.6 Conclusion 380
      • Annexe 11382
      • 1. Coefficients d'Einstein et loi de Planck 382
      • 2. Conduction électrique et théorie des bandes dans les semi-conducteurs 382
      • Bibliographie385
      • Index389

  • Consultable à la Bpi