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La lumière visible : origine et caractéristiques
Elle est présente tout autour de nous, nous permettant de voir, de percevoir les couleurs, et de comprendre notre environnement. Pourtant, derrière cette apparente simplicité se cachent des questions intrigantes qui remontent aux débuts de la science. D'où vient la lumière, et quelles sont les différences fondamentales entre la lumière naturelle émanant du soleil et la lumière artificielle que nous créons ?
(Lumière du soleil)
La lumière est une forme d'énergie électromagnétique qui se propage sous la forme de particules appelées photons. Elle est visible par l'œil humain dans le spectre électromagnétique entre les longueurs d'onde d'environ 380 à 750 nanomètres, ce qui correspond aux couleurs allant du violet au rouge. Cependant, la lumière existe également en dehors de cette plage de longueurs d'onde et englobe d'autres types de rayonnements électromagnétiques tels que les rayons X, les micro-ondes et les ondes radio.
(Spectre électromagnétique : Source : lightzoomlumiere.fr)
Le rayonnement peut être émis par une source dite naturelle, exemple : le soleil, les étoiles, le feu, les lucioles… ou il peut être émis par une source dite artificielle, comme une ampoule ou des led.
(Ampoules)
(Ciel étoilé de la constellation)
La lumière transporte de l'énergie, appelée énergie lumineuse. Lorsque l'énergie lumineuse entre en contact avec une surface, elle est convertie en énergie thermique. C’est le cas des panneaux solaires photovoltaïques qui transforment l'énergie solaire, disponible gratuitement, en électricité.
(Fonctionnement du panneau solaire)
La lumière se déplace à une vitesse de 300 000 km/sec. Cette vitesse dans le vide est une constante fondamentale de l’univers notée « c » et appelée célérité.
La lumière se propage en ligne droite. Elle ne peut pas contourner un objet, elle sera plutôt bloquée par celui-ci. Cependant, elle peut être déviée si elle traverse un milieu différent, exemple : de l’air à l’eau, ce phénomène s’appelle la réfraction.
La lumière blanche est composé de toutes les couleurs du spectre électromagnétique. Quand la lumière blanche se sépare en couleurs constituantes on observe la dispersion de la lumière. La lumière peut être décomposée en un ensemble de couleurs grâce à un prisme. Il en résulte un spectre. À noter que dès lors que la lumière frappe un objet, elle est réfléchie par celui-ci. C’est le phénomène de réflexion.
(Un prisme décompose la lumière blanche en raies de différentes couleurs)
La lumière est captée par nos récepteurs visuels et pour former des images nettes sur notre rétine, ce qui permet une vision claire. Elle jouera aussi un rôle sur la perception des couleurs, sur le contraste et la luminosité, les ombres et les reliefs.... La lumière est le principal vecteur d’information pour notre système visuel.
Les sources primaires et secondaires de lumière font référence aux différentes manières dont la lumière est générée et émise.
Les sources primaires de lumière sont celles qui ont généré leur propre lumière par des processus caractérisés. Ces sources produisent de la lumière sans nécessiter de lumière incidente. Une lumière incidente est une lumière qui provient directement d'une source lumineuse et qui est réfléchie sur un sujet, un objet ou une surface. Les exemples de sources primaires incluent les étoiles y compris notre propre soleil. Ils émettent de la lumière par des réactions nucléaires au sein de leur noyau. Certains organismes vivants comme les lucioles ont généré leur propre lumière grâce à des réactions chimiques dans leur corps.
(Lumière naturelle : Couché du soleil)
Les sources secondaires de lumière ne produisent pas elles-mêmes leur propre lumière, mais en raison de leur interaction avec une source primaire de lumière ou par réflexion, diffusion ou transmission. On aura donc les objets éclairés par une source primaire ; l’objet réfléchit la lumière incidente dans différentes directions, ce qui nous permet de voir l’objet. Certains matériaux absorbant la lumière dans une gamme de longueurs d'onde et la réémettent à des longueurs d'onde plus longues, ce qui crée une lueur fluorescente. Les tubes fluorescents et certaines encres fluorescentes sont des exemples de cela.
Lumière artificielle : néons fluorescents
(Lumière naturelle : Mont Fuji, Sommet montagneux)
La lumière naturelle se réfère à la lumière provenant de sources naturelles, telles que le soleil, la lune et le ciel. La lumière naturelle joue un rôle crucial dans notre environnement quotidien et des effets significatifs sur la biologie, le comportement humain et l'architecture.
Le soleil est la principale source de lumière naturelle. Il possède une large gamme de longueurs d’onde, et se positionne également dans le domaine de la lumière visible. Il fournit de l’énergie à la vie sur notre planète. Puis, nous avons la lune, bien que la lune ne produise pas sa propre lumière, elle réfléchit la lumière du soleil et illumine le ciel nocturne. Et en dernier, le ciel, lui-même peut agir comme une source de lumière diffuse, en particulier pendant la journée lorsqu’il est éclairé par la lumière du soleil. Le ciel lumineux pendant la journée contribue à éclairer les environnements extérieurs et intérieurs.
La lumière naturelle présente plusieurs caractéristiques importantes. Elle présente tout d’abord un spectre continu, couvrant toutes les couleurs de l’arc-en-ciel. Cette propriété est essentielle pour la perception des couleurs. Ensuite, la couleur et l’intensité de la lumière naturelle changent au cours de la journée en raison de l’angle du soleil par rapport à la Terre. La lumière naturelle joue aussi un rôle crucial dans la régulation des rythmes circadiens chez les êtres vivants, y compris les humains. Elle influence nos cycles de sommeil, d'éveil et de production d'hormones. Et pour finir La lumière naturelle offre un éclairage de qualité et aide à réduire la fatigue oculaire et le stress visuel par rapport à l'éclairage artificiel.
(Lumière artificielle : Jeu de lumière (LED) dans une soirée)
La lumière artificielle désigne la lumière produite par des sources créées par l'homme dans le but d'éclairer des environnements ou des objets. Elle est produite à l’aide de dispositifs électriques ou chimiques.
Les principales sources de lumière artificielle comprennent les ampoules qui fonctionnement en chauffant un filament métallique jusqu’à ce qu’apparaisse de la lumière. Il y a également les tubes fluorescents qui produisent de la lumière en excitant des gaz à l'intérieur du tube, ce qui crée de la lumière ultraviolette. Cette lumière ultraviolette est ensuite convertie en lumière visible par des revêtements fluorescents à l'intérieur du tube. Et en dernier les LED qui émettent de la lumière lorsque le courant électrique traverse une jonction de semi-conducteur. Les LED sont très efficaces sur le plan énergétique. Elles ont une durée dans le temps et permettent un large éventail de couleurs et d'intensités.
La lumière artificielle présente aussi plusieurs caractéristiques importantes : elle permet un contrôle précis sur l'intensité, la couleur et la direction de la lumière. Cela permet une adaptation plus flexible aux besoins spécifiques d'éclairage. Comparée à la lumière naturelle du soleil, la lumière artificielle peut avoir un spectre limité, ce qui signifie qu'elle peut manquer de certaines longueurs d'onde présentes dans la lumière naturelle. La technologie des sources de lumière artificielle a évolué pour inclure des options de variation d'intensité, de couleur et de température de couleur pour répondre à différents besoins et scénarios.
(Spectre et couleur de la lumière)
Pour conclure, les propriétés essentielles de la lumière incluent sa nature électromagnétique, sa vitesse constante dans le vide, sa capacité à se propager en ligne droite, sa dispersion en couleurs dans le spectre visible, et sa capacité à être réfléchie, réfractée, absorbée lorsqu’elle interagit avec la matière.
Elle existe sous forme de sources naturelles (comme le soleil) et artificielles (comme l'éclairage humain), et sa gestion efficace implique de tenir compte de ses différentes propriétés pour optimiser son utilisation dans divers contextes.
Cela nous amène naturellement à réfléchir à l'intensité lumineuse, à son influence sur notre exposition quotidienne à la lumière et aux implications pour notre santé. De même, lorsque le capteur d’un appareil photographique reçoit un volume trop important de quantité de lumière, cela altère la prise de vue. Un photographe se doit alors de maîtriser son exposition.
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