Qu'est-ce que la lumière?

La lumière : une forme d'énergie

Pour nous, la lumière est d'abord ce phénomène extraordinaire qui éclaire le monde et le rend visible. Que ferions-nous sans elle ? Depuis qu'il a ouvert les yeux sur le monde, l'être humain vénère le Soleil, dieu de la lumière, source de vie et de sécurité. Depuis l'émergence du questionnement rationnel, nous questionnons maintenant la nature physique de ce phénomène. Mais qu'est-ce donc que la lumière ?

La lumière est une forme d'énergie produite par la matière. Pour comprendre comment elle est générée, il faut examiner les constituants même de la matière, c'est-à-dire les atomes.

Un atome ressemble un peu à une ruche autour de laquelle tourne de gros essaims d'abeilles : la ruche correspond au noyau de l'atome tandis que les essaims d'abeilles représentent les nuages d'électrons que l'on retrouve autour du noyau.

Noyau et électrons ont cependant une propriété particulière : celle d'être électriquement chargés. Qui plus est, les charges électriques qu'ils portent sont opposées. Ainsi, le noyau atomique possède une charge que l'on dit « positive » et les électrons une charge opposée dite « négative ». Or, dans le monde des particules atomiques, les contraires s'attirent ; conséquemment noyau et électrons sont mutuellement liés au sein de l'atome.

Il existe aussi une différence importante entre les abeilles et les électrons : les abeilles peuvent voler n'importe où autour de la ruche tandis que les électrons, eux, ne peuvent en aucun cas se retrouver n'importe où autour du noyau et ce, malgré la force d'attraction qu'ils subissent de sa part ; seules certaines « orbites » spécifiques (les scientifiques disent « orbitales ») situées à des distances précises leur sont permises.

Image d'un noyau fait de sphères bleues et orangées, entouré de lignes circulaires ayant chacune un petit point jaune, le tout cerné par un anneau bleu sur un fond noir

Si un électron ne peut occuper n'importe quelle position autour du noyau, il peut cependant modifier la distance qui l'en sépare en changeant d'orbitale. Pour ce faire, son contenu en énergie doit être altéré de façon à le faire correspondre exactement à celui de l'orbitale qu'il va occuper.

Pour passer d'une orbitale éloignée à une orbitale plus rapprochée, par exemple, l'électron doit se défaire d'une partie de son énergie. L'énergie libérée aura une composante électrique, mais aussi, comme tout corps chargé négativement, une composante magnétique. C'est sous la forme de petits « paquets d'énergie », appelés photons, que l'électron se débarrasse de son surplus d'énergie.

Dessin d'une ligne bleue ondulée, de trois lignes beiges suivant un point rouge sur une bande horizontale noire

Un photon est une particule d'énergie qui n'a pas de masse et qui se déplace très rapidement. Fait étrange d'ailleurs, un photon en mouvement a la particularité d'interagir avec la matière comme le fait une onde, c'est-à-dire comme une vague à la surface de l'eau. Puisque l'onde a à la fois une composante électrique et une composante magnétique, on parle « d'onde électromagnétique ».

Photon et onde électromagnétique sont donc en quelque sorte synonymes. En langage courant, ils portent le même nom : celui de lumière. En effet, un photon n'est rien de moins qu'une « particule de lumière » et une onde électromagnétique, une « onde lumineuse ».

Hubert Reeves parle de ce qu'est la lumière.

Télécharger la vidéo : MP4 (4,15 Mo), WebM, (3,52 Mo), Ogg (2,46 Mo) (48 secondes)

En savoir plus sur Hubert Reeves

ASTROLab du Parc National Mont-Mégantic

C'est d'abord ce que je vois. Quand je vous vois, c'est parce qu'il y a de la lumière. Je ne vois pas la lumière, mais c'est grâce à la lumière que vous émettez que je vous vois. Alors, si on répond en termes de physique, on sait depuis Maxwell que c'est une onde, une onde électromagnétique, c'est-à-dire les variations d'un champ magnétique. À cela, la physique quantique a ajouté la notion de photon : la lumière, c'est aussi des grains, des petits grains qui partent de la source et qui viennent vers vous. Alors, la question de savoir comment ça peut être à la fois une onde et des grains et bien c'est une question à laquelle la physique quantique répond et je ne vais pas vous donner la réponse parce qu'on en aurait pour un bout de temps. Mais ce que l'on dit généralement (et j'aime bien cette phrase) : « la lumière se comporte comme une onde quand vous ne la regardez pas et elle se comporte comme des grains quand vous la regardez ».

Retour au haut de page