LUMIÈRE, notion de

...Mais rendre la lumière /Suppose d'ombre une morne moitié (Paul Valéry, Le Cimetière marin)

La liaison entre lumière et œil est si forte qu'il aura fallu plus de mille ans de réflexion pour se convaincre qu'ils sont indépendants l'un de l'autre, que la lumière est, même lorsqu'aucun œil ne la contemple. Un autre millénaire fut encore nécessaire pour arriver à construire un modèle de la lumière qu'aucune nouvelle découverte, depuis l'atome jusqu'aux confins de l'univers, n'a encore ébranlé.

La lumière nous permet de voir le monde : les objets doivent être éclairés pour que notre œil les perçoive. Soit ils reçoivent de la lumière dont ils nous renvoient une partie, soit ils en émettent eux-mêmes. L'image d'un objet est donc une superposition d'informations lumineuses, qui sont essentiellement de deux sortes : l'intensité et la couleur. Toutes les autres informations que nous apporte la vue en sont dérivées : une (très bonne) photo nous donne l'équivalent d'une vision directe et nous savons que cette photo n'envoie, elle aussi, que ces deux types d'informations.

La lumière, une structure ondulatoire

L'intensité de la lumière qui entre dans notre œil dépend du flux lumineux qui provient de la source, lequel se mesure en watts par mètre carré, puisqu'il s'agit d'un flux d'énergie. Cependant, cette unité de mesure ne permet pas de prendre en compte le caractère subjectif de la sensation de « brillance » de l'objet observé, qui dépend en particulier de ses couleurs. L'unité d'éclairement, qui exprime la sensation qu'on éprouve devant une surface éclairée par une source s'appelle le lux. À titre d'exemple, l'éclairement que produit la pleine lune est de 0,2 lux, celui du plein soleil, 100 000 lux. Dans ces deux cas, la lumière reçue est blanche. On sait, depuis Isaac Newton (1642-1727), que cette lumière blanche est en fait la superposition des lumières colorées qu'on peut observer lors de la formation d'un arc-en-ciel (résultant de la décomposition de la lumière blanche). Traditionnellement, on distingue sept couleurs principales, mais en fait le spectre de la lumière solaire en contient une série continue. La notion de couleur comporte une part suggestive qui traduit une certaine imprécision de notre système visuel : la couleur orange existe dans le spectre de la lumière blanche, mais nous désignons aussi du même nom la sensation visuelle issue de la superposition d'une couleur rouge et d'une couleur jaune, qu'on peut obtenir soit en faisant converger deux rayons lumineux, soit en mélangeant deux pigments. Ces trois couleurs orange – celle de l'arc-en-ciel (celle du spectre) et celles des mélanges – correspondent à des stimuli différents qui aboutissent à la même perception.

La nature de la lumière fut longtemps objet de controverse entre tenants d'une structure ondulatoire, derrière Christiaan Huygens (1629-1695), et adeptes d'un modèle corpusculaire, menés par Isaac Newton (1642-1727). Les premiers s'inspiraient d'une comparaison avec le son, mais butaient sur la difficulté d'expliquer la propagation d'une onde dans le vide ; les seconds ignoraient toutes les contradictions du modèle tant ils faisaient confiance à leur illustre mentor. La découverte, au début du xix^e siècle (Thomas Young, Augustin Fresnel), de phénomènes spécifiquement ondulatoires comme les interférences et la diffraction devait balayer sans appel l'idée corpusculaire et permettre de bâtir un modèle du rayonnement lumineux remarquablement cohérent, explicatif et prédictif. La lumière est une onde, caractérisée par sa vitesse de propagation, grande, mais finie (299 792,458 km/s dans le vide), qui varie avec le milieu où elle se propage. C'est [...]