Pour la petite histoire...

Durant l'antiquité

L'histoire de l'optique commence dès l'Antiquité. Les notions de rayons lumineux ainsi que les lois de la réflexion sont déjà connues d'Euclide et de Ptolémée.

Le XVIIe siècle et la redécouverte des lois de la réflexion et de la réfraction

Il faudra cependant attendre plusieurs siècles et le mathématicien et physicien arabe Alhazen pour que soient énoncées les lois de la réfraction. Elles seront redécouvertes en Europe par le physicien hollandais W. Snell (1621) puis par le français René Descartes en 1637. Il est amusant de voir que ces lois sont appelées lois de Snell partout dans le monde, sauf en France, où elles sont appelées lois de Descartes. Vous avez dit chauvinisme ? Débat stérile puisqu'elles avaient été découvertes six siècles avant eux. De plus, elles avaient déjà été publiées en Europe par le britannique Roger Bacon au XIII^e siècle.

La théorie corpusculaire et les premiers instruments astronomiques

Les premiers instruments optiques pour l'astronomie apparaissent aux XVII^e siècle avec l'utilisation de la lunette par Galilée en 1609 puis l'amélioration du télescope par Isaac Newton en 1671. Le XVII^e siècle voit donc se développer l'optique géométrique ainsi qu'une description corpusculaire de la lumière, portée notamment par Newton. Les sources lumineuses émettent des particules de lumière qui sont réfléchies par les miroirs et traversent les milieux transparents à différentes vitesses. De cette description, Fermat tirera le principe de moindre temps pour expliquer les phénomènes de réfraction. La lumière emprunte le chemin le plus rapide pour aller de l'émetteur au récepteur. À cette même époque, Newton réalise les premières expériences de décomposition de la lumière et en déduit que la lumière blanche est composée de la superposition de lumières colorées.

Le XIXe siècle et la théorie ondulatoire

Parallèlement, le physicien néerlandais Christiaan Huygens développe, en 1678, une théorie ondulatoire de la lumière. Selon lui, elle serait constituée d'ondes sphériques émises en différents points. La lumière réelle en serait l'enveloppe. Avec sa théorie, il parvient à expliquer la réflexion et la réfraction.

Ondelettes de Huygens, dans le cas de la diffraction par une fente. La lumière arrive par la gauche. Elle est dite plane car les surfaces des ondelettes sont des plans. En franchissant l'obstacle, la lumière se diffracte : les surfaces ne sont plus planes.

Crédit : ASM/B. Mollier

Ce modèle ne sera repris qu'au XIX^e siècle, où la théorie ondulatoire permet à Thomas Young d'expliquer le phénomène d'interférence, ainsi qu'à Augustin Fresnel de développer la théorie de la diffraction. James Clerk Maxwell termine le travail en construisant une théorie de l'électromagnétisme. La lumière est désormais une onde électromagnétique, de fréquence de l'ordre de Hz pour sa partie visible, se propageant à la vitesse .

Le XXe siècle : et si c'était un peu des deux ?

Cependant, quelques phénomènes résistent encore à cette description : l'effet photoélectrique et l'émission du corps noir. Albert Einstein, dans un article publié en 1905, remet au goût du jour la théorie corpusculaire en introduisant la notion de photon, un grain de lumière, d'énergie , où est la fréquence de l'onde électromagnétique précédemment introduite, et une constante, qui portera le nom du physicien Planck. Dans cet article, il parviendra à expliquer l'un des phénomènes encore mystérieux, l'effet photoélectrique. Il est d'ailleurs amusant de rappeler que c'est pour cet article que le père de la relativité recevra le prix Nobel. Le second phénomène, l'émission du corps noir, sera alors résolu grâce à ce nouveau modèle, par Max Planck et Einstein.

Onde ou corpuscule ? En 1924, Louis de Broglie concilie les deux approches en parlant de dualité onde corpuscule. Les deux théories, loin de s'opposer, se complètent. Les dernières contradictions sont levées par la théorie de l'électrodynamique quantique esquissée par Richard Feynman, au cours des années 1950.