Auteur: Olivier Musset, Maître de conférences, université de Bourgogne

La lumière a été étudiée très tôt dans l’histoire des sciences, tant du point de vue de sa propagation que du point de vue de sa nature.

Au I^er siècle les lois de la réflexion par un miroir étaient connues des Grecs. HERO d’ALEXANDRIE affirmait qu’un rayon lumineux quittant un point S, puis se réfléchissant sur un miroir pour parvenir à un point M, parcourt dans l’espace le plus court chemin possible.

Au siège de Syracuse, ARCHIMEDE utilisait des miroirs paraboliques pour incendier les navires ennemis.

Au XVII^e siècle furent établies les lois de la réfraction (passage de la lumière à travers deux milieux transparents différents: air/eau, eau/verre ...).  Les dates principales sont :

1621 : Découverte des lois par SNELL (qui ne les publie pas).

1637 : DESCARTES retrouve indépendamment les mêmes lois et les publie.

1657 : FERMAT retrouve ces lois à partir du principe selon lequel la lumière met un temps minimal pour aller d’un point à un autre. Comme celles de la mécanique, les lois de l’optique géométrique se présentent alors sous forme variationnelle.

Willebrord Snell (1580 – 1626)       René Descartes (1596 – 1650)    Pierre de Fermat (1601 – 1665)

C’est un peu plus tard qu’apparurent les premières hypothèses relatives à l’aspect ONDULATOIRE de la lumière :

1665 : HOOKE émet l’idée que la lumière est une vibration de haute fréquence qui se propage. Cette idée est développée par HUYGENS mais contrariée par NEWTON qui défend une théorie CORPUSCULAIRE . Dans son ouvrage ”La théorie de l’émission”, NEWTON suppose que ”la lumière est constituée par des grains de nature non précisée lancés à très grande vitesse par l’objet lumineux et qui frappent le fond de l’œil ”.

Au début du XIX^e siècle, YOUNG reprend la théorie ondulatoire pour étudier les phénomènes d’interférences :

1818 : FRESNEL réalise la synthèse des idées de HUYGENS et de YOUNG pour expliquer la diffraction, c’est-à-dire la présence de lumière dans les zones d’ombre géométrique. Selon FRESNEL ”la lumière est propagée par le mouvement vibratoire de l’éther. Sous l’action de certains ébranlements, l’éther devient le siège de vibrations transversales se propageant de proche en proche ”.

1880 : MAXWELL après avoir construit la théorie électromagnétique conclut que la lumière est une onde électromagnétique caractérisée par une vibration dont la fréquence 10¹⁴ Hertz et qui se propage dans le vide à une vitesse c = 2.99792458 × 10⁸ m s ^-1. Il précise que l’onde est transversale, c’est-à-dire que les grandeurs physiques qui la caractérisent: le champ électrique et le champ magnétique, sont perpendiculaires à la direction de propagation.

Enfin au XX^e siècle :

1905 : EINSTEIN fait subir une révolution à l’Optique en ré-introduisant l’aspect corpusculaire. Pour expliquer l’effet photo émissif il fait intervenir le photon. Dans cette logique est établie la théorie quantique de l’émission: les atomes excités par suite de collisions se désexcitent en émettant des photons.