Capsule outil: L’optique

Ce qu’on appelle la lumière est la portion visible du large spectre des ondes électromagnétiques. À cause de la nature ondulatoire de la lumière, chaque onde lumineuse possède une longueur d’onde qui correspond à la distance entre deux pics ou deux creux successifs de son oscillation.

Le système visuel humain ne détecte qu’une faible partie du spectre électromagnétique correspondant aux longueurs d’onde de 400 à 700 nanomètres.

Dans le vide, les ondes électromagnétiques se déplacent en ligne droite, d’où l’expression de « rayon lumineux ». Mais dans le monde qui nous entoure, ils entrent en interaction avec l’air, l’eau et tous les objets qu’ils rencontrent. L’optique, qui est la science de ces interactions, en distingue trois principales.

La réflexion est le changement de direction des rayons lumineux heurtant une surface. Le changement de direction du rayon dépend de l’angle avec lequel il frappe la surface et sera d’autant plus grand qu’il frappe la surface perpendiculairement (il sera alors de 180 degré). La plus grande partie de ce que nous voyons provient de la lumière réfléchie par les objets de notre environnement.
L’absorption est un transfert d’énergie lumineuse à une surface. Les surfaces noires absorbent l’énergie de toutes les longueurs d’onde visibles. C’est pour cette raison que ce sont les objets noirs qui deviennent les plus chauds au soleil. Mais la plupart des objets ont des pigments de couleur qui n’absorbent que quelques longueurs d’onde et réfléchissent les autres. Ce sont ces autres longueurs d’onde réfléchies qui donnent à l’objet sa couleur, celle que nous percevons.
La réfraction est la déviation des rayons lumineux survenant lorsqu’ils passent d’un milieu transparent à un autre. Cette déviation, que l’on observe par exemple lorsque la lumière pénètre dans l’eau d’un étang, est due à la différence de vitesse de la lumière dans les deux milieux (ici, la lumière qui traverse plus rapidement l’air que l’eau). Ainsi, les milieux aqueux de l’intérieur de l’œil réfractent les rayons lumineux qui convergent sur la rétine.

La vitesse de la lumière dans l’eau est très proche de celle de l’humeur vitrée de l’œil. Par conséquent, notre vision sous l’eau est floue parce que la réfraction au niveau de la cornée est alors pratiquement inexistante. Le masque sous-marin rétablit l’interface air-cornée et la convergence des rayons sur la rétine.