BEN AHMED, Zeineb and BOUCHRIHA, Habib and KADDOUR, Samia (2006) Optique Géométrique. Université Virtuelle de Tunis.

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Abstract

Bien que ses fondements et ses principes pilotes soient anciens, l’optique est parmi les différentes parties de la physique celle qui a le plus évolué eu égard à ses analogies multiples avec la mécanique, l’électromagnétisme et la physique quantique et au potentiel d’application qu’elle génère dans le vécu quotidien et la recherche scientifique. L’optoélectronique, l’optique non linéaire, la photonique, les télécommunications par fibres optiques, l’holographie, …, ne sont que des exemples de ce que l’optique a fourni comme outils aux autres disciplines et à l’avancement des sciences en général. De la vie courante (éclairage, lunetterie, photographie, cinéma,…), à la médecine (ophtalmoscopie, fibroscopie, endoscopie, …) en passant par l’industrie (usinage laser, fours solaires, diodes électroluminescentes, …) et la communication (liaisons optiques, …) l’optique, loin d’être vieillotte, est au coeur des mutations que connaît la société moderne. Curieusement, l’optique géométrique qui est à la base de toutes ces mutations continue, malgré son caractère profondément expérimental, à être considérée comme un sous-produit de la géométrie mathématique qui désintéresse les étudiants par son statut figé et formaliste. L’objectif de cet ouvrage, qui résulte d’une expérience d’enseignement de l’optique pendant de nombreuses années dans les premiers cycles scientifiques, est de présenter un cours aussi attrayant que possible alliant l’histoire à la modernité et donnant à l’optique la place qui lui sied dans le cursus de physique, à savoir un cadre agréable de compréhension et d’interprétation des phénomènes lumineux. La lumière a, en effet, fasciné l’esprit humain par ses multiples aspects et son caractère mystérieux : c’est grâce à la lumière que nous recevons des étoiles que nous comprenons mieux la structure de l’univers et son expansion, c’est grâce à elle et à son interaction avec la matière qu’on peut manipuler les atomes et sonder leur univers microscopique. L’ouvrage est structuré en dix chapitres dont chacun est suivi par une série d’exercices et problèmes qui permettent de compléter le cours et d’en assimiler le contenu. Le premier chapitre est dédié à une brève histoire de l’optique allant de l’Antiquité aux développements récents en passant par l’école arabe, la Renaissance et la révolution quantique. Le chapitre 2 est consacré à la présentation de la nature de la lumière et à la description des ondes lumineuses. On y énoncera également les principes de propagation rectiligne et le principe de retour inverse de la lumière et on définira les milieux transparents et les matériaux optiques. Dans le chapitre 3, on présentera les lois de Snell-Descartes et le principe de Fermat en insistant sur leur mutuelle compatibilité et leur caractère universel. On abordera ensuite l’étude de la propagation dans les milieux inhomogènes qu’on agrémentera de quelques applications. Le chapitre 4 est essentiel à l’étude des systèmes optiques, on y définit les caractéristiques générales de ces systèmes (axe optique, centre, éléments cardinaux, …) et la nature des images (réelle ou virtuelle) qu’on peut obtenir aussi bien dans le cas d’un stigmatisme rigoureux que d’un stigmatisme approché dans les conditions de l’optique para axiale ou conditions de Gauss. Dans les chapitres 5 et 6 on abordera les systèmes plans qui sont les systèmes optiques les plus simples et on étudiera en détail quatre d’entre eux : le miroir, le dioptre, la lame à faces parallèles et le prisme. Les chapitres 7 et 8 sont relatifs aux systèmes optiques à faces sphériques qui présentent également un grand intérêt dans l’instrumentation optique. On étudiera particulièrement le miroir et le dioptre sphériques en établissant les relations de conjugaison qui donnent la position de l’image par rapport à celle de l’objet à partir de leurs caractéristiques fondamentales qui sont les foyers, les distances focales, la vergence, …. On étudiera ensuite les lentilles qui sont les éléments les plus employés dans les instruments et les montages optiques et qui sont constituées par l’association de deux dioptres dont l’un au moins est sphérique. L’étude de quelques instruments optiques fait l’objet du chapitre 9. Cette étude est importante et instructive car il n’est point de technique de nos jours qui n’utilise les moyens optiques pour la mesure, la reproduction, l’observation ou la transmission des données. On y présente successivement l’oeil, ce système optique combien complexe et combien merveilleux, la loupe, le microscope, la lunette astronomique et le télescope. Enfin, le chapitre 10 présente les notions d’optique matricielle qui est une approche moderne et économique pour atteindre rapidement la position de l’image et le grandissement ou le grossissement donnés par un système complexe. Dans cette approche, chaque élément du système est caractérisé par une matrice de transfert et le système global est défini par une matrice égale au produit des matrices de chacun de ses éléments. L’étude de cette matrice donne simplement les relations entre l’espace objet et l’espace image. Nous tenons à remercier tout le personnel du Centre de Publication Universitaire ainsi que Dhouha Gamra et Fayçal Kouki pour leur aide précieuse dans la réalisation du manuscrit. Enfin, nous remercions d’avance tous ceux, étudiants et enseignants, qui par leurs remarques et leurs critiques amélioreront cette première édition qui,loin d’être parfaite, est perfectible.

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