Sources et récepteurs

Auteur: B. Mollier

Les sources de lumière

Soleil
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Le Soleil est une source primaire, car il émet sa propre lumière. C'est une source étendue et à l'infini.
Crédit : NASA
Lune
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Le Lune est une source secondaire, car elle réfléchit la lumière du Soleil. C'est une source étendue et à l'infini.
Crédit : NASA

definitionSources primaires ou secondaires

L'oeil voit les objets parce qu'ils nous envoient de la lumière. Il est nécessaire que cette dernière parte d'eux et arrive jusqu'à notre oeil. Certains objets, comme une lampe, une bougie ou une étoile, produisent leur propre lumière. On parle de source primaire. D'autres sources, comme un livre, un tableau, une photo... ne produisent pas de lumière. Pourtant nous parvenons à les voir. C'est parce qu'ils réfléchissent ou diffusent la lumière environnante. Si on éteint la lumière, ils deviennent invisibles. On parle alors de source secondaire, car ils réfléchissent la lumière d'une source primaire.

Exemples de sources
Sources primairesSources secondaires
Soleil, étoileLune, planètes
Lampe, bougieMur, plafond
Écran de téléviseurTableau, photo
Laser

Attention, un miroir, une lentille, ou tout autre instrument d'optique n'est pas considéré ici comme un objet. S'ils sont propres, ils sont parfaitement transparents et invisibles. Ils ne diffusent pas la lumière et on ne les voit pas.

definitionSources ponctuelles ou étendues

Un objet peut être ponctuel (on en voit donc qu'un point, comme une étoile par exemple) ou étendu (c'est alors un ensemble de point, comme la Lune).

definitionSources proches ou à l'infini

Un objet peut être à distance finie, proche de nous (l'oeil doit alors accommoder pour le voir net, mais nous y reviendrons au chapitre consacré aux instruments) ou à l'infini (tous les rayons lumineux issus d'un point nous arrivent parallèles entre eux. On n'a plus besoin d'accommoder pour le voir net).

Un objet à distance finie peut être défini par sa taille. Pour un objet à l'infini, cela n'a plus vraiment de sens. La Lune et le Soleil, tous deux à l'infini, nous apparaissent comme ayant la "même taille" (ce qu'on vérifie aisément lors des éclipses solaires), pourtant le Soleil est bien plus grand que la Lune. Mais comme il est beaucoup plus loin... Il est pertinent d'introduire une nouvelle notion, celle de taille angulaire (ou diamètre apparent). Il est défini comme étant l'angle sous lequel on voit l'objet :

\alpha = \frac{h}{d}

h étant la taille de l'objet, et d sa distance. Cette relation n'est valable que lorsque h est très petit devant d (h<<d).

Le diamètre apparent de la Lune vaut : \alpha_\text{L} = \frac{3,5.10^{6}\text{m}}{3,8.10^{8}\text{m}} \approx 10^{-2}\text{rad} = 0,5°° et celui du Soleil \alpha_\text{S} = \frac{1,4.10^{9}\text{m}}{1,5.10^{11}\text{m}} \approx 10^{-2}\text{rad} = 0,5\textdegree° d'où \alpha_{L} = \alpha_{S} et c'est pour cela qu'il y a des éclipses totales !

Les récepteurs

Un récepteur est constitué d'éléments photosensibles, c'est-à-dire d'éléments qui délivrent un signal en fonction de l'éclairement dans un domaine spectral donné.

La rétine de l'oeil, une photodiode ou un capteur CCD sont quelques exemples de récepteurs. La bonne vieille pellicule photo aussi. Mais contrairement aux autres ci-dessus, ce n'est pas un signal électrique qui est délivré, mais un réaction chimique qui "imprime" le négatif.

Ces récepteurs simples peuvent être couplés avec des systèmes optiques : l'objectif d'un appareil photo ou le cristallin de l'oeil par exemple.

Rétine
Retine.jpg
Image à très haute résolution de la rétine. Chaque "pixel" est une cellule de la rétine. Elles mesurent chacune environ 10\ \mu m.
Crédit : Observatoire de Paris/LESIA - 2005
Mégacam
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Les 40 CCD de la caméra MEGACAM du télescope CFH.
Crédit : CFHT