Chapitre 2 - Principes et lois de l'optique géométrique---------------------9

Cours d'optique géométrique
Dr AKPO Aristide
Maître -Assistant des Universités (CAMES)
Enseignant-
Chercheur à la FAST Université d'Abomey-Calavi
2006 SOMMAIRE
Page
Bibliographie -------------------------------------------------------------
----------2 Préface ---------------------------------------------------------
--------------3 Chapitre 1 - Introduction à l'optique ---------------------------------
--------5
Chapitre 2 - Principes et lois de l'optique géométrique-----------------
----9
Chapitre 3 - Formation des images
-Stigmatisme et aplanétisme---------------------------
-----------18 Chapitre 4 - Les surfaces réfléchissantes : les miroirs sphériques.------
---23 Chapitre 5 - Les surfaces réfléchissantes : Le miroir plan ------------
-----35 Chapitre 6 Les surfaces réfractantes : Les dioptres sphériques----------
---41 Chapitre 7 Les surfaces réfractantes : le dioptre plan ----------------
------52 Chapitre 8 Les surfaces réfractantes : Les lames à faces parallèles----
---55 Chapitre 9 Les surfaces réfractantes : Le prisme----------------------
------57 Chapitre 10 Les lentilles minces ---------------------------------------
---------64
Chapitre 11 Eléments de focométrie ------------------------------------
-------79
Chapitre 12 L'?il et la vision ----------------------------------------
-----------87 Chapitre 13 La loupe --------------------------------------------------
-----------96 Chapitre- 14 Le microscope ---------------------------------------------
--------102 Annexe --------------------------------------------------------------
-------------109 Epreuves d'hier ------------------------------------------------------------
----------110 Corrigés types des épreuves-------------------------------------------------
-------125 BIBLIOGRAPHIE 1 - N. AWANOU . Cours de Physique. Optique . Fascicule. Cotonou 1996 2 - M. EL HADJ TIDJANI .Optique géométrique. 2ème édition. Cotonou,1995 3 - E. HECHT Optique . Cours et Problèmes Série Schaum éd. Mc Graw-
Hill, New-york. 1975 4 - M. May . Introduction à l'optique. Ed. Dunod, Paris 1993 5 - A.Moussa et P. Ponsonnet. Cours de physique - optique , éditions
Desvigne, Paris 1992. 6 - P.Poix et T. de Cherisey, Ces ondes qui nous entourent, éditions
Hachette, Paris 2000. 7 - L. QUARANTA. Introduction à l'optique. Ed Masson . Paris 1996 8 - L. QUARANTA. Introduction à l'optique. Ed Masson . Paris 1999 9 - J.L.QUEYREL et J. MESPLEDE -Précis de Physique. Optique- Cours et
exercices résolus. Editions Bréal,Paris1996 10 - J.L. QUEYREL et J. MESPLEDE -Les Nouveaux Précis de Physique.
Optique- Cours et exercices résolus. Editions Bréal, Paris 1999 11 - SIVOUKHINE .Optique. Tome IV 1ère et 2ème partie . Editions Mir,
Moscou 1991
PREFACE
L'optique est l'une des parties essentielles de la physique dont nous
avons le plus besoin dans la vie de chaque jour.
L'enseignement de cette discipline est donc important pour une
meilleure appréciation par l'étudiant de nombreux aspects de la vie, tant
quotidienne que professionnelle.
Elle est notamment présente dans de nombreuses technologies. De
plus, l'optique fait appel à diverses notions mathématiques (géométrie,
trigonométrie et algèbre linéaire) qu'elle peut aider, d'ailleurs, à mieux
apprendre.
L'inter-relation entre ces trois aspects (science, technologie et
mathématiques) mérite attention.
Par ailleurs , bien que les bases de l'optique datent de plusieurs
siècles, il s'agit d'une discipline moderne en constant développement.
Le but du présent manuel est de mettre en évidence le caractère moderne de
l'optique et donc, de son enseignement.
L'optique fait appel à des pré-requis mathématiques que nous
préciserons dans certains cas.
La mise en parallèle des aspects physiques, mathématiques et
technologiques, nous sommes surs, permettront aux étudiants, de mieux
cerner l'utilité de ce cours, non seulement pour les connaissances
académiques mais aussi pour mieux apprécier différentes situations.
Ce manuel s'adresse avant tout aux étudiants des premières années CBG, MP-
PC et aux étudiants des classes préparatoires aux grandes écoles
scientifiques. Il a été rédigé dans le souci de rendre l'optique
géométrique plus compréhensible à nos étudiants et nous avons essayé d'en
aborder les parties essentielles.
Dès le premier chapitre l'accent a été mis sur la place de l'optique dans
le développement technique d'aujourd'hui. Ceci pour ramener les étudiants à
la réalité , afin de susciter leur intérêt.
Le langage simple et clair adopté et la démonstration de la plupart des
formules de travail permet de rendre ce cours facile.
Après chaque chapitre nous avons fait une rubrique dénommée questions
essentielles qui permettront à l'apprenant de s ' auto - évaluer . Les
rubriques ''Goal'' donnent à l'étudiant l'éventail de ses aptitudes après
certains chapitres charnières et lui permettront de se remettre en cause.
Quelques lectures, proposées en annexe amélioreront ,sans aucun doute, la
culture générale dans le domaine.
Nous pensons que ce fascicule deviendra un manuel de chevet pour les
étudiants.
Nous attendons vos remarques , critiques et suggestions afin d'améliorer ce
travail.
Prière les adresser à akpoarist@yahoo.fr
Merci.
Dr Aristide Barthélémy AKPO Maître - Assistant des Universités (CAMES) Département de Physique /FAST/(UAC)
CHAPITRE I
INTRODUCTION A L'OPTIQUE GEOMETRIQUE
I - Qu'est-ce que l'optique
L'Optique est la partie de la physique qui traite des propriétés et de
la nature physique
de la lumière et de ses interactions avec la matière. Il s'agit non seulement de la lumière visible mais aussi des
radiations électromagnétiques se trouvant de part et d'autre de la lumière
visible : la région de l'infra rouge et de l'ultra violet. C'est une partie importante de la physique à laquelle l'homme s'est
intéressée très tôt. Après avoir connu une période latente relativement
longue (comme plusieurs autres branches de la science) elle connaît depuis
le 17ème siècle un développement harmonieux.
C'est ce qui fait qu'elle s'implique d'avantage dans presque toutes les
branches de la technique, aujourd'hui. La découverte à partir des années 60 du 20ème siècle du LASER. (Light
Amplification by Stimulated Emission of Radiation) ouvra la voie à
l'utilisation de l'optique dans les domaines les plus variés.
II - Le spectre des radiations électromagnétiques et les réalisations
techniques modernes.
Les ondes électromagnétiques sont caractérisées par leurs longueurs
d'onde. Le spectre des radiations électromagnétiques regroupe toutes les
ondes observées et leur répartition par rapport à la longueur d'onde.
Nous présentons ici dans un tableau le spectre général des ondes et les
principales réalisations techniques sur les différentes longueurs d'ondes. |Longueur |Désignation |Réalisations techniques |Détecteurs |
|d'onde ? (m) | | | |
|Quelques km à|Grandes ondes |Radio |Appareils radio |
|100m |et ondes | | |
| |moyennes | | |
|100m - 1m |Ondes courtes |Radio FM, TV, téléphonie |Appareils radio |
| |et ondes très |GSM | |
| |courtes | | |
|1m - 10-2m |Micro-ondes |Radio FM ,TV, Radar , |Appareils radio |
| | |four à Micro-ondes | |
|10-2m -10-4m |Micro-ondes |Transmissions par |Appareils radio |
| | |satellite | |
|10-4m - 10-6m|Ondes |Les ondes infrarouges |Certaines plaques |
| |infrarouges |sont utilisées en |photographiques, |
| | |optronique pour voir la |certains types de |
| | |nuit. On a par ex : les |caméras appelés |
| | |Caméras infrarouges, la |caméras thermiques |
| | |lunette infrarouge. On | |
| | |les utilise aussi dans | |
| | |la télé-commande | |
|(0,78-0,4) |Lumière |Le Spectre visible est |?il humain |
|10-6m |visible |utilisé en photométrie ; | |
| | |Les rayons lasers sont | |
| | |présents dans les | |
| | |lecteurs CD ,VCD et dans | |
| | |diverses branches de la | |
| | |technique. | |
|10-6m -10-8m |Rayons | |Certaines plaques |
| |ultraviolets |Parfois utilisés pour le |photographiques, |
| |