La notion d’image est indissociable de la perception que nous avons de notre monde via nos sens et donc, dans ce cas particulier, de notre appareil visuel. Le cerveau a la délicate fonction d’interpréter les informations collectées par l’œil et transmises par le nerf optique. Platon l’avait déjà observé (dans la République, VI), c’est le soleil, « image du Bien », c’est-à-dire la lumière, qui permet à nos yeux de distinguer les couleurs des choses. Sans lumière, pas de sensation de couleurs, et donc pas d’image. Le concept de couleur est donc indissociable du phénomène de lumière (voir notre dossier « Mathématiques et lumière », Tangente 164, 2015) et cette relation ouvre les portes à une description scientifique via la physique et les résultats de l’optique.
Vers une modélisation de la lumière -----------------------------------
Physiquement, le terme « lumière » désigne une collection particulière de rayonnements électromagnétiques, chacun caractérisé par une certaine gamme de longueurs d’ondes. Notre œil en perçoit une partie, c’est la lumière que nous nommons visible et dont les longueurs d’ondes varient approximativement entre 400 nanomètres (violet) à 700 nm (rouge), le nanomètre nm étant égal à 10–9 mètre. Le mélange plus ou moins homogène des fréquences appartenant à cet intervalle définit ce que notre cerveau interprète comme une lumière blanche. Cette fenêtre correspond en gros aux longueurs d’ondes le plus aisément transmises par l’atmosphère terrestre, ce qui s’intègre parfaitement dans les théories de l’évolution. Au-delà de ce spectre, on trouve l’ultraviolet d’un côté (de 10 à 400 nm), et l’infrarouge de l’autre (de 700 nm à 3 mm). Les fréquences comprises entre 3 mm et 30 cm sont celles des micro-ondes, de nos téléphones portables et des radars. Les longueurs d’ondes supérieures correspondent aux ondes radio.
La lumière peut également être représentée de manière corpusculaire. Dans ce cadre formel, à toute onde électromagnétique on fait correspondre un photon, à savoir le quantum d’énergie qui y est associé, auquel on attribue certaines caractéristiques de particules élémentaires. Dans le cadre de la physique moderne, l’interaction entre deux particules chargées est formalisée par un échange de photons. Certains phénomènes lumineux peuvent être décrits par des ondes électromagnétiques, d’autres en prenant en compte l’aspect corpusculaire. La théorie quantique a remarquablement formalisé cette dualité étonnante (voir les Équations de la physique moderne, Bibliothèque Tangente 71, 2020).
De l’expérience à la théorie ----------------------------