FRESNEL AUGUSTIN (1788-1827)
De l'optique ondulatoire à l'hypothèse des vibrations transversales
Dans les premières années du xixe siècle, Thomas Young (1773-1829) est encore à peu près le seul à se livrer à une critique pénétrante, quoique assez brouillonne, des idées newtoniennes qui avaient dominé l'histoire de l'optique du xviiie siècle et à suggérer un retour à l'hypothèse des ondulations, brillamment mise en valeur, au xviie siècle, par Christiaan Huygens.
Fresnel, sans connaître les derniers travaux de Young, entreprend, à partir de 1814, une série d'expériences sur la diffraction de la lumière. Sceptique à l'égard de la théorie newtonienne, il fait appel, avec une belle hardiesse, à la notion de « longueur d'ondulations » – appelée aujourd'hui « longueur d'onde » – et applique le principe des « intersections de ces ondulations » – nous dirions « vibrations » – se propageant suivant les rayons lumineux.
Des points de l'onde sphérique lumineuse, émise par une source ponctuelle et arrêtée par le bord d'un écran, sont issus les rayons diffractés ; en un point de rencontre de deux rayons diffractés, on peut évaluer la différence des longueurs parcourues par la lumière, sur chacun de ces rayons, depuis leurs origines respectives prises sur l'onde : suivant que cette différence est égale à un nombre pair ou impair de demi-longueurs d'onde, les effets des deux rayons se cumulent ou s'annulent. Par le calcul, Fresnel parvient, après division de l'onde lumineuse incidente en ondes élémentaires, à évaluer, en un point pris dans la zone de diffraction, la somme des contributions de ces ondes partielles, c'est-à-dire l'intensité de la vibration résultante : ce sont les célèbres intégrales de Fresnel. Le mathématicien Denis Poisson (1781-1840) ayant déduit de ces calculs que le centre de l'ombre d'un petit disque circulaire doit être un point brillant, Fresnel lui apporte la confirmation expérimentale de cette prévision.
En montrant que le mouvement transmis par une onde sphérique se détruit partiellement par interférences, il a également su écarter l'objection déjà faite à Huygens, à savoir que la théorie ondulatoire ne permettait pas d'expliquer la propagation rectiligne de la lumière ; l'optique ondulatoire était vraiment née.
Mais déjà Fresnel songe à étendre au phénomène de la polarisation le champ d'application de ces conceptions ; l'étude des couleurs des lames cristallines lui permettra de poser l'hypothèse des vibrations transversales ; jusqu'alors, il a seulement envisagé des vibrations longitudinales se produisant suivant la direction des rayons lumineux. En 1811, Arago a découvert la polarisation chromatique : des teintes complémentaires apparaissent quand la lumière, transmise par une lame cristalline éclairée avec de la lumière polarisée, traverse ensuite un analyseur.
Pour Fresnel, il existe une profonde analogie entre les couleurs des lames minces et les teintes des lames cristallines : dans le premier cas, il s'agit d'interférences en lumière naturelle, dans le second cas, d'interférences en lumière polarisée. Il est donc nécessaire de déterminer, d'abord, à l'aide d'une expérience « directe », les conditions d'interférences en lumière polarisée : deux fentes voisines et parallèles, F1 et F2, sont percées dans un petit écran ; en éclairant la fente F1 par un premier faisceau polarisé, la fente F2 par un second faisceau polarisé, dont le plan d'incidence est à l'angle droit du premier, Arago et Fresnel s'assurent qu'aucune frange n'est observée ; si les deux faisceaux sont polarisés dans le même sens, les franges apparaissent.
Fresnel – non sans hésitation – substitue alors aux vibrations longitudinales des vibrations[...]
La suite de cet article est accessible aux abonnés
- Des contenus variés, complets et fiables
- Accessible sur tous les écrans
- Pas de publicité
Déjà abonné ? Se connecter
Écrit par
- André CHAPPERT : agrégé de l'Université, maître assistant à l'université de Montpellier-III-Paul-Valéry (logique, histoire et philosophie des sciences)
Classification
Média
Augustin Fresnel
Erich Lessing/ AKG-images
Autres références
-
FRESNEL LENTILLE DE
- Écrit par Bruno JACOMY
- 1 365 mots
- 2 médias
La lentille à échelons a été mise au point par l’ingénieur français Augustin Fresnel (1788-1827) au début des années 1820 pour améliorer l’efficacité des phares maritimes, et donc la sécurité de la navigation en mer. Appelé couramment lentille de Fresnel, ce dispositif optique permet, à partir...
-
OPTIQUE ONDULATOIRE
- Écrit par Bernard PIRE
- 160 mots
- 1 média
Augustin Fresnel (1788-1827) peut être considéré comme le fondateur de l'optique moderne. Dans son mémoire La Diffraction de la lumière, présenté en octobre 1815 à l'Académie des sciences, il écrit : « La théorie vibratoire se prête mieux à expliquer la marche complexe des phénomènes...
-
ÉTHER
- Écrit par Marie-Antoinette TONNELAT
- 5 540 mots
- 1 média
Une renaissance des théories de l'éther s'amorce au xixe siècle avec les travaux d'Étienne Louis Malus, de Thomas Young et, surtout, d'Augustin Fresnel. -
INTERFÉRENCES LUMINEUSES
- Écrit par Maurice FRANÇON et Michel HENRY
- 7 944 mots
- 19 médias
Augustin Fresnel a été le premier à expliquer les phénomènes de l'optique physique en admettant que la lumière est constituée par des vibrations transversales ; il assimilait les vibrations lumineuses aux vibrations élastiques transversales des solides. Cette dernière hypothèse aboutit à de nombreuses... -
MITSCHERLICH EILHARD (1794-1863)
- Écrit par Jacqueline BROSSOLLET
- 384 mots
Chimiste allemand, né à Neuende et mort à Berlin, qui est devenu célèbre à la suite de ses travaux sur l'isomorphisme. Eilhard Mitscherlich étudie les langues orientales à Nuremberg puis à Paris et espère participer à la mission que Napoléon doit envoyer en Perse en 1813. L'abandon de ce projet...
-
ONDES, physique
- Écrit par Bernard PIRE
- 3 561 mots
Cette représentation géométrique est complétée au début du xixe siècle, lorsque, dans son Mémoire sur la diffraction (1819), Augustin Fresnel propose de considérer l’addition des ondes comme une addition de vecteurs. Fresnel introduit – avant l’« invention » des nombres complexes par Carl...
