La lumière au service de l’homme

La lumière a une place fondamentale dans la vie de l’être humain. Indispensable à la perception de notre monde, elle est le support de l’information transférée à nos yeux et à notre cerveau. Source d’énergie, source de vie, et messagère des signaux les plus lointains de l’Univers, la lumière est un phénomène complexe aux visages multiples. Depuis l’Antiquité, les scientifiques ont élaboré de très nombreuses théories autour de la lumière. De l’Optique géométrique d’Euclide à la dualité onde-corpuscule d’Einstein et De Broglie, la lumière a été l’objet de débats passionnés concernant sa nature, et les lois physiques qui décrivent son comportement.

Selon Descartes les rayons optiques se comportent comme les balles du jeu de paume. Le franchissement de l'interface entre deux milieux par la lumière induit une variation sa vitesse. Il ne parle pas explicitement de la vitesse de la lumière mais de "la facilité de la lumière à traverser un milieu". Selon lui, cette facilité est plus grande dans les milieux denses que dans les milieux légers. Isaac Newton propose également une théorie corpusculaire de lumière et sera le premier à expliquer la décomposition de la lumière blanche par un prisme.

Plus tard, Christiaan Huygens développe le modèle ondulatoire de la lumière qu’il compare aux ondes que l’on observe à la surface de l’eau. Ce modèle permet d’expliquer de façon plus satisfaisante les phénomènes de réflexion et de réfraction. Au début du XIXe siècle, ce sont les travaux de Thomas Young et d’Augustin Fresnel qui feront triompher le modèle ondulatoire de la lumière, plus apte à expliquer les phénomènes d’interférences ou de diffraction. Aujourd’hui sur les traces d’Einstein ou De Broglie, les scientifiques se sont forgé une idée nouvelle de ce qu’est la lumière. Ces conceptions sous-tendent deux grandes théories de la physique moderne : la physique quantique et la relativité.

Des progrès technologiques constants…

Beaucoup des progrès scientifiques de nos temps modernes sont dus à des technologies qui utilisent, créent, détectent ou modifient la lumière. Elle se trouve au cœur des mécanismes de nos objets quotidiens et affecte jusqu’à la façon dont nous faisons nos courses, la façon dont nous communiquons, ou nous nous déplaçons. 

L’automatique 

Le domaine de la robotique et plus largement celui de l’automatique intègre de nombreuses technologies photoniques pour la détection de position, de mouvement, l’imagerie et le traitement de l’information. Les machines viennent alors remplacer l’opérateur sur des tâches de haute précision. Cette branche connaît une croissance exponentielle car elle permet d’améliorer la qualité des produits, de réduire les coûts et ainsi d’accroitre l’efficacité industrielle.

Capteurs et détecteurs optiques  

Un capteur optique est un dispositif capable de détecter l’intensité ou la longueur d’onde des photons. Il va convertir cette information lumineuse en un courant électrique mesurable. On les utilise pour détecter l’intensité lumineuse, la chaleur, la présence, la couleur, pour acquérir des informations numériques transmises par des conducteurs (fibres) optiques et des images. Les capteurs photoniques remplacent de plus en plus les capteurs traditionnels car ils consomment moins d’énergie, sont plus légers, de plus petite taille et plus rapides. Ils sont utilisés dans le domaine de l’exploration pétrolière et gazière, la sécurité, la santé etc…

La LED

Une LED (Light Emitting Diode) ou diode électroluminescente, est un composant optoélectronique qui émet de la lumière dés lors qu’il est parcouru par un courant électrique. Il existe différents types de diodes électroluminescentes en fonction de leur puissance (<1 W<) ou de leur spectre d’émission (diode chromatique, blanche ou infrarouge). La LED est utilisée dans le domaine de l’éclairage, les écrans de téléviseurs, les écrans d’ordinateurs et l’éclairage décoratif. Aujourd’hui grâce à sa consommation et son coût très faible la LED s’inscrit dans l’éclairage intelligent, comme les détecteurs de présence, les capteurs de lumière ambiante, les capteurs de température, les réseaux sans fil etc…

Le Laser

Inventé en 1958 par les Américains Arthur L. Schawlow et Charles H. Townes et le Russe Nikolaï G. Bassov, le laser est un dispositif qui engendre des rayonnements particuliers grâce à une technique spéciale d'émission dite « stimulée », par opposition à celle des sources usuelles de lumière qui est « spontanée ». Les rayons lasers permettent de focaliser de très fortes puissances pour chauffer, fusionner et vaporiser la matière. Le laser s’invite aujourd’hui dans tous les secteurs de l’industrie, qu’il soit à fibre, solide, à disques ou à impulsions brèves. Il a révolutionné l’usinage, ou le soudage et même la chirurgie. Avec des coûts sans cesse plus faibles, l’industrie du Laser est en plein essor.

L’imagerie médicale 

La principale révolution de notre ère moderne restera sans doute l’invention de l’imagerie médicale qui a permis un bond colossal dans la qualité des soins et l’augmentation de l’espérance de vie. Les médecins peuvent dorénavant aller au plus profond des mécanismes du corps humain. En 2014, le prix Nobel de Médecine a été attribué à une équipe de chercheurs pour leur travaux sur le cerveau. C’est grâce à la technologie d’imagerie qu’ils ont découvert les cellules qui constituent un système de géoposition dans le cerveau, une sorte de « GPS » interne. Cette recherche constitue un pas en avant fondamental pour mieux comprendre les maladies de Parkinson, d’Alzheimer et d’autres maladies relatives à la perte de mémoire spatiale. Le Prix Nobel de Chimie a lui été décerné à un groupe de chercheurs en microscopie optique et en nanoscopie qui ont mis au point une technique dite de « microscopie à fluorescence ultra haute résolution » qui permet de mettre en évidence en temps réel les interactions entre molécules individuelles au sein des cellules vivantes.

Les communications    

La lumière peut servir de support à des informations dont elle assure la transmission à grande vitesse. Une fibre optique est constituée d’un fil de verre très fin. Elle comprend un cœur dans lequel se propage la lumière émise par une diode électroluminescente ou une source laser et une gaine optique dont l’indice de réfraction garantit que le signal lumineux reste dans la fibre. Les avantages de la fibre optique dans le domaine des communications sont nombreux, sa petite taille, son poids léger, et surtout son insensibilité aux parasites électromagnétiques. Par ailleurs, elle résiste aux écarts de température. La fibre optique constitue aujourd’hui la plupart des artères des réseaux de télécommunications à très haut débit.

La lumière est donc une source inépuisable d’énergie et d’innovation. Sa nature, ses propriétés et ses usages réservent encore de nombreuses découvertes pour les générations à venir. Cet article est loin d’être exhaustif, il n’offre qu’une brève présentation de cette source précieuse. Pour plus d’informations sur les techniques utilisant la lumière, n’hésitez pas à consulter le site http://www.lumiere2015.fr/ et à participer aux différentes manifestations organisées cette année.