Sciences · Physique
Sources de lumière et objets diffusants
Une source primaire produit la lumière qu’elle émet (Soleil, flamme, lampe). Un objet diffusant, ou source secondaire, renvoie dans toutes les directions une partie de la lumière qu’il reçoit (Lune, livre, mur).
Mis à jour le 4 min de lecture
Pour voir un objet, il faut que de la lumière venant de lui entre dans l’œil. Cette lumière peut être produite par l’objet lui-même : c’est une source primaire. Elle peut aussi venir d’ailleurs et être simplement renvoyée par l’objet : c’est un objet diffusant, aussi appelé source secondaire. Cette distinction, étudiée dès le cycle 3 puis en 5e et 4e en France, explique pourquoi on ne voit rien dans le noir complet, ou pourquoi la Lune brille sans produire de lumière.
Sources primaires
| Type | Exemples | Origine de la lumière |
|---|---|---|
| Sources chaudes (incandescence) | Soleil, étoiles, flamme de bougie, braise, filament d’une lampe, lave | Matière portée à haute température |
| Sources électriques froides | DEL, tube fluorescent, écran, laser | Émission par des atomes ou des semi-conducteurs excités |
| Sources naturelles froides | Luciole, ver luisant, certains poissons des abysses | Bioluminescence (réaction chimique) |
| Phénomènes naturels | Éclair, aurore polaire | Gaz ionisé (plasma) |
Toutes les sources primaires transforment une autre forme d’énergie en énergie lumineuse : nucléaire pour le Soleil, chimique pour une bougie ou une luciole, électrique pour une lampe.
Objets diffusants
Presque tout ce qui nous entoure est diffusant : un livre, un mur, un visage, la Lune, les planètes, les nuages, la poussière en suspension. La Lune ne produit aucune lumière visible : elle diffuse la lumière du Soleil. C’est pourquoi on n’en voit que la partie éclairée, d’où les phases.
La diffusion se distingue de la réflexion par un miroir : un miroir renvoie la lumière dans une direction précise, alors qu’un objet diffusant la renvoie dans tous les sens. C’est grâce à la diffusion qu’on peut voir un objet depuis n’importe quel point de la pièce. Voir réflexion et miroirs.
Les conditions pour voir un objet
Pour qu’un objet soit visible, trois conditions doivent être réunies :
- l’objet est une source primaire, ou un objet diffusant éclairé ;
- la lumière issue de l’objet parvient jusqu’à l’œil, sans obstacle opaque ;
- l'œil (ou un capteur) reçoit et détecte cette lumière.
L’œil n’émet rien : la vision ne fonctionne pas comme un projecteur. Voir l’œil et la vision.
Schématiser la vision
On représente la lumière par des rayons lumineux, des droites fléchées partant de la source (voir propagation rectiligne de la lumière).
- Pour une source primaire : un rayon part de la source et arrive dans l’œil.
- Pour un objet diffusant : un rayon part de la source primaire, arrive sur l’objet, puis un second rayon part de l’objet vers l’œil.
La flèche est toujours orientée vers l’œil, jamais de l’œil vers l’objet.
Milieux transparents, translucides, opaques
| Milieu | Comportement | Exemples |
|---|---|---|
| Transparent | Laisse passer la lumière, on voit nettement à travers | Air, verre, eau limpide |
| Translucide | Laisse passer la lumière, mais on ne distingue pas les formes | Verre dépoli, papier calque, peau de la main devant une lampe |
| Opaque | Ne laisse pas passer la lumière | Bois, métal, carton, corps humain |
Expérience classique : la boîte noire
Matériel : une boîte en carton fermée et peinte en noir à l’intérieur, percée d’un trou de visée ; un objet blanc à l’intérieur ; une lampe de poche ou une DEL à insérer par une petite trappe.
- Regarder par le trou, trappe fermée et lampe éteinte : on ne voit rien.
- Allumer la DEL à l’intérieur sans la diriger vers le trou : l’objet blanc devient visible.
- Retirer l’objet et diriger la DEL vers une paroi noire : on voit à peine la paroi, qui absorbe la lumière.
Conclusion : un objet diffusant n’est visible que s’il est éclairé ; un objet noir absorbe presque toute la lumière reçue.
Erreurs fréquentes
- Classer la Lune parmi les sources primaires : elle diffuse la lumière du Soleil.
- Dessiner la flèche de l’œil vers l’objet : la lumière va de l’objet à l’œil.
- Croire qu’un écran éteint est une source : allumé, c’est une source primaire ; éteint, c’est un objet diffusant.
- Confondre réflexion et diffusion : le miroir réfléchit dans une direction, une feuille blanche diffuse dans toutes.
Exercice corrigé
Énoncé. Classer en sources primaires ou objets diffusants : le Soleil, Vénus, un panneau routier, une flamme de briquet, un écran de téléphone allumé, un cahier, une étoile. Expliquer ensuite pourquoi on voit le cahier.
Corrigé.
- Sources primaires : le Soleil, la flamme, l’écran allumé, l’étoile.
- Objets diffusants : Vénus, le panneau routier (il renvoie la lumière des phares, parfois grâce à un revêtement rétroréfléchissant), le cahier.
- Le cahier reçoit la lumière d’une source (lampe, Soleil) ; il en diffuse une partie dans toutes les directions, dont une partie parvient dans l’œil.
Questions fréquentes
Pourquoi le ciel est-il éclairé en journée hors du Soleil ?
Parce que les molécules de l’air diffusent la lumière solaire dans toutes les directions, surtout la lumière bleue. Voir pourquoi le ciel est bleu.
Les chats voient-ils dans le noir complet ?
Non. Leurs yeux sont bien plus sensibles que les nôtres et exploitent une très faible lumière, mais sans aucune lumière ils ne voient pas.
Une bougie est-elle une source chaude ou froide ?
Chaude : c’est la combustion qui porte de fines particules de suie à haute température, et ce sont elles qui émettent l’essentiel de la lumière jaune de la flamme.