Cette année 2019 est le bicentenaire de la théorie ondulatoire de la lumière élaborée en 1819 par le physicien Augustin Fresnel pour répondre au problème majeur et controversé posé par l’Académie des Sciences sur la nature de la lumière. ©Getty - Xvision

Lumière, ondule ton corpuscule

Jeudi 24 octobre 2019

Cette année 2019 est le bicentenaire de la théorie ondulatoire de la lumière élaborée en 1819 par le physicien Augustin Fresnel pour répondre au problème majeur et controversé posé par l’Académie des Sciences sur la nature de la lumière. ©Getty - Xvision

Ondulatoire ou corpusculaire ou les deux, quelle est la nature de la lumière ? Cette année est le bicentenaire de la publication des travaux d'Augustin Fresnel, physicien français qui a apporté à l’Académie des Sciences en 1819 la preuve des propriétés ondulatoires de la lumière.

Avec

Michèle Leduc Physicienne, membre du comité d'éthique de CNRS
Bernard Maitte Physicien, professeur émérite d'Histoire des Sciences et d'Epistémologie à l'Université de Lille

Il y a 200 ans, l’Académie des Sciences tranchait un débat qui divisait depuis près d’un siècle et demi les physiciens européens sur la nature exacte de la lumière. Corpusculaire, depuis les travaux de Newton qui avaient éclipsés ceux de Huygens qui penchaient pour une nature ondulatoire, ce sont les expériences d’Augustin Fresnel qui finirent par convaincre les Académiciens, et donnèrent naissance à la première théorie ondulatoire de la lumière. Mais c’était avant la mécanique quantique, et la compréhension de la nature duale, à la fois onde et corpuscule non seulement de la lumière mais aussi de la matière. C’est l’histoire de la compréhension de cette dualité que nous allons vous conter aujourd’hui !

Lumière : ondule ton corpuscule ! C’est le programme dual qui est le nôtre pour l’heure qui vient. Bienvenue dans La Méthode scientifique.

Et pour nous narrer cette histoire, et voir comment la physique a progressé dans sa compréhension de la nature de la lumière, nous avons le plaisir de recevoir aujourd’hui Michèle Leduc, physicienne, directrice de recherche émérite au CNRS, membre du laboratoire Kastler Brossel de l’ENS et Bernard Maitte, physicien, professeur émérite d’histoire des sciences et d’épistémologie à l’Université de Lille.

Le reportage du jour

Rencontre avec Mathias Fink, professeur à l’ESPCI Paris Tech et créateur de l’Institut Langevin, un institut entièrement dédié à l’étude des ondes sous toutes leurs coutures et dans toutes leurs applications possibles, notamment dans le domaine de l’imagerie.

LA_METHODE_SCIENTIFIQUE - Mathias Fink

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Le miroir à retournement temporel :

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L'archive du jour

Qu’est-ce que la lumière ? C’est peut-être avec la notion de vide l’une des interrogations qui a le plus agité l’esprit des physiciens de l’antiquité jusqu’au présent. Le début de la controverse moderne naîtra avec Newton et les travaux de Huygens, balayés d’un revers de main par l’irascible maître britannique. Onde, corpuscule… ce qu’il y a de passionnant dans ce débat – attention spoilers – c’est qu’il ne se conclut pas par le triomphe d’un camp sur l’autre mais au contraire par l’extension de cette dualité à l’ensemble de la matière… notamment grâce aux travaux de Louis De Broglie dont nous avons retrouvé une archive. Ecoutez la voix du grand physicien, nous sommes en 1956 sur la RDF.

LA_METHODE_SCIENTIFIQUE - Archive INA Louis de Broglie

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Les repères

Cette année 2019 est le bicentenaire de la théorie ondulatoire de la lumière élaborée en 1819 par le physicien Augustin Fresnel pour répondre au problème majeur et controversé posé par l’Académie des Sciences sur la nature de la lumière.
Cette énigme à suscité de nombreuses réflexions depuis l’Antiquité. Mais c’est vraiment avec la science moderne au 17ème siècle que les premières expérimentations pourront en donner un description physique. Isaac Newton, partisan d’une théorie corpusculaire, éclipsera par son autorité les travaux du physicien hollandais Christian Huygens, qui avait déjà proposé une conception ondulatoire de la lumière, ainsi que celle formulée par Francesco Maria Grimaldi. A la fin du siècle, il semble que la communauté ait adopté la vision corpusculaire de la lumière.
Au tout début du 19ème siècle, une nuance fondamentale est apportée par le médecin et physicien anglais Thomas Young sur la dualité onde-corpuscule de la lumière avec sa célèbre expérience des fentes. Avec cette expérience, on comprend qu’une source d’émission, a priori constituée de corpuscules de lumière, en traversant une fente, produit apparemment des ondes qui peuvent interagir ensemble. Le problème est de comprendre comment un flux de particules peut présenter des propriétés relatives aux ondes uniquement. La compréhension duelle de la lumière commence à s’instaurer.
Fresnel, dans ses premières expériences sur la lumière, n’a pas connaissance des travaux de Young, mais mène des expériences améliorées. Sa force va être de construire un formalisme mathématique, à base de trigonométrie, pour prouver le caractère ondulatoire de la lumière. Lors d’un concours proposé par l’Académie des Sciences en 1818. D’abord critiqué par ses pairs, car en contradiction avec les idées “sacrées” de Newton, il affine avec son mentor Arago ses expériences et démontre la la validité de sa théorie. Cette théorie va connaître alors un succès magistral.
Par la suite, au début du 20ème siècle, avec l’essor de la mécanique quantique, la tendance reviendra à l’idée d’une lumière quantifiée. L’idée du quanta de Max Planck, le lien entre l’effet photo-électrique et la quantification de la lumière par Einstein en 1905, le concept d’onde de matière de Louis de Broglie en 1924, entre autres réintroduisent la notion de dualité onde-corpuscule.