Optique : applications Introduction



Documents pareils
Université Bordeaux 1 MIS 103 OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE

Chapitre 2 : étude sommaire de quelques instruments d optique 1 Grandeurs caractéristiques des instruments d optique Grossissement

ÉPREUVE COMMUNE DE TIPE Partie D. TITRE : Comment s affranchir de la limite de la diffraction en microscopie optique?

OPTIQUE GEOMETRIQUE POLYCOPIE DE COURS

Séquence 9. Étudiez le chapitre 11 de physique des «Notions fondamentales» : Physique : Dispersion de la lumière

Séquence 1. Physique Couleur, vision et image Chimie La réaction chimique. Sommaire

Sujet. calculatrice: autorisée durée: 4 heures

Les bases de l optique

Faculté de physique LICENCE SNV EXERCICES PHYSIQUE Par MS. MAALEM et A. BOUHENNA Année universitaire

EXERCICE 2 : SUIVI CINETIQUE D UNE TRANSFORMATION PAR SPECTROPHOTOMETRIE (6 points)

Comprendre l Univers grâce aux messages de la lumière

TD1 PROPAGATION DANS UN MILIEU PRESENTANT UN GRADIENT D'INDICE

G.P. DNS02 Septembre Réfraction...1 I.Préliminaires...1 II.Première partie...1 III.Deuxième partie...3. Réfraction

Bien voir pour bien conduire

Sujet. calculatrice: autorisée durée: 4 heures

L'ORDINATEUR ET LA VUE

Séquence 8. De l œil au cerveau : quelques aspects de la vision

Chapitre 6 La lumière des étoiles Physique

Activité scientifique et recherche :

LA CHIRURGIE DE LA CATARACTE. Comment se déroule la chirurgie de la cataracte?

Considérations médicales issues de la Norme EN (C ) de juillet 1994, concernant les effets du rayonnement laser sur l'œil

PHYSIQUE-CHIMIE. Partie I - Spectrophotomètre à réseau

Dr E. CHEVRET UE Aperçu général sur l architecture et les fonctions cellulaires

DIFFRACTion des ondes

Sensibilisation à la Sécurité LASER. Aspet, le 26/06/2013

Q6 : Comment calcule t-on l intensité sonore à partir du niveau d intensité?

Les moyens d observations en astronomie & astrophysique

Sur le grossissement des divers appareils pour la mesure des angles par la réflexion d un faisceau lumineux sur un miroir mobile

7. Exemples de tests pour détecter les différents troubles de la vision.

SDLV120 - Absorption d'une onde de compression dans un barreau élastique

Enseigner la prévention des risques professionnels. Éclairage et vision. Fiches principales

L opération de la cataracte. Des réponses à vos questions

LE PROJOPHONE de Fresnel

Mémento à l usage du personnel des laboratoires

PHOTO PLAISIRS. La Lumière Température de couleur & Balance des blancs. Mars 2011 Textes et Photos de Bruno TARDY 1

"La collimation est la première cause de mauvaises images dans les instruments amateurs" Walter Scott Houston

TP 03 B : Mesure d une vitesse par effet Doppler

PRINCIPE MICROSCOPIE CONFOCALE

Guide ERGONOMIE DU BUREAU

Comment mettre les mirages en boite?

Chapitre 02. La lumière des étoiles. Exercices :

Animations. Liste des 114 animations et 145 vidéos présentes dans la Banque de Ressources Physique Chimie Lycée. Physique Chimie Seconde

Module HVAC - fonctionnalités

A chaque couleur dans l'air correspond une longueur d'onde.

Leica DM4000 B LED. Une imagerie facilitée par un éclairage brillant!

TP 2: LES SPECTRES, MESSAGES DE LA LUMIERE

PROPRIÉTÉS D'UN LASER

Les interférences lumineuses

Correction ex feuille Etoiles-Spectres.

AiryLab. 12 impasse de la Cour, Vinon sur Verdon. Rapport de mesure

Présentation d un télescope, de ses composants et de quelques consignes d utilisation

PHYSIQUE Discipline fondamentale

Comment fabriquer un miroir de télescope?

Les lasers Risques et prévention

PRODUIRE DES SIGNAUX 1 : LES ONDES ELECTROMAGNETIQUES, SUPPORT DE CHOIX POUR TRANSMETTRE DES INFORMATIONS

ÉPREUVE COMMUNE DE TIPE - PARTIE D. Mesures sur les fibres optiques

Découvrir la voûte céleste c est avant tout une balade dans le ciel qui nous entoure. Mais pour se promener d une étoile ou d une galaxie à une

La spectrophotométrie

La magnitude des étoiles

Spectrophotométrie - Dilution 1 Dilution et facteur de dilution. 1.1 Mode opératoire :

Mise en pratique : Etude de spectres

DURÉE DU JOUR EN FONCTION DE LA DATE ET DE LA LATITUDE

ANALYSE SPECTRALE. monochromateur

Lunettes et Maquillage TECHNIQUE MAQUILLAGE

Niveau 2 nde THEME : L UNIVERS. Programme : BO spécial n 4 du 29/04/10 L UNIVERS

SUIVI CINETIQUE PAR SPECTROPHOTOMETRIE (CORRECTION)

X-Rite RM200QC. Spectrocolorimètre d'imagerie portable

Éclairage naturel L5C 2009/2010. Aurore BONNET

La Fibre Optique J BLANC

GUIDE POUR AMÉLIORER LE CONFORT AU TRAVAIL Travail à l écran en imprimerie

RDP : Voir ou conduire

FICHE METIER. «Opérateur de prises de vue» Opérateur de prises de vue vidéo. Cadreur. Pointeur vidéo APPELLATION(S) DU METIER DEFINITION DU METIER

Table des matières Introduction Chapitre*1*:*De*la*matière*sérieuse Chapitre*2*:*Clair*comme*de*l eau*de*roche

TITRE PARTIE TITRE SECTION. Faire des anaglyphes avec CatiaV5

DIPLÔME INTERUNIVERSITAIRE D ECHOGRAPHIE. Examen du Tronc Commun sous forme de QCM. Janvier h à 16 h

Groupe Eyrolles, 2006, ISBN :

5 ème Chapitre 4 Triangles

MESURE ET PRECISION. Il est clair que si le voltmètre mesure bien la tension U aux bornes de R, l ampèremètre, lui, mesure. R mes. mes. .

Exercice 1. Exercice n 1 : Déséquilibre mécanique

Un spectromètre à fibre plus précis, plus résistant, plus pratique Concept et logiciel innovants

QUELQUES ACTIVITES RELATIVES A LA PARTIE A Propagation d une onde ; onde progressive. Comment installer le format de compression divx?

Enoncé et corrigé du brevet des collèges dans les académies d Aix- Marseille, Montpellier, Nice Corse et Toulouse en Énoncé.

Chapitre 2 : Caractéristiques du mouvement d un solide

L éclairage naturel première partie : Principes de base

1STI2D - Les ondes au service de la santé

Interférences et applications

Objectifs pédagogiques : spectrophotomètre Décrire les procédures d entretien d un spectrophotomètre Savoir changer l ampoule d un

1. Introduction 2. Localiser un séisme 3. Déterminer la force d un séisme 4. Caractériser le mécanisme de rupture d un séisme

LE TRAVAIL SUR ÉCRAN DANS LA BRANCHE DES TÉLÉCOMMUNICATIONS

Comment voit-on les objets qui nous entourent? À la découverte de la lumière. Cécile de Hosson, avec la collaboration de Véronique Delaye

Comment suivre l évolution d une transformation chimique? + S 2 O 8 = I SO 4

Une nouvelle technique d'analyse : La spectrophotométrie

AiryLab. 34 rue Jean Baptiste Malon, Gréoux les Bains. Rapport de mesure

ETUDE D IMPACT ACOUSTIQUE

Synthèse d'images I. Venceslas BIRI IGM Université de Marne La

1S9 Balances des blancs

Classe : 1 ère STL Enseignement : Mesure et Instrumentation. d une mesure. Titre : mesure de concentration par spectrophotométrie

CHROMOPHARE Génération F : éclairage innovant à réflecteur avec LED. Un concept et un design d'éclairage qui réunissent fonctionnalité et esthétique

Transcription:

Optique : applications Introduction I. Introduction Au premier semestre nous avons abordés l'optique géométrique, nous avons vu les lois de Snell Descartes qui décrivent comment la lumière est réfléchie et réfractée. Cela nous a conduit à l'étude de la propagation de la lumière à travers une lentille mince convergente ou divergente. Dans le cours de physique appliquée nous allons nous servir de ces bases pour considérer les applications de l'optique en biologie. Nous verrons que l'œil est un système optique qui peut être étudié à partir de considération d'optique géométrique. Puis nous nous intéresserons à la structure du microscope qui est sans doute l'un des outils les plus fondamentaux du biologiste. Dans une dernière partie nous nous intéresserons aux méthodes de spectroscopies. Ce domaine est trop vaste pour que nous puissions l'aborder dans ce cours de manière exhaustive, nous décrirons donc quelques exemples simples. II. Rappels A. Interaction lumière matière La lumière peut être réfléchit, absorbée ou réfractée par le milieu matériel dans lequel elle se propage. Dans la plupart des cas c'est une combinaison des trois mécanismes qui se produit. 1

Figure 1 : Réflexion, Réfraction et Absorption de la lumière à la transition entre deux milieux différents. B. Les lois de Snell-Descartes Les deux lois de Snell-Descartes décrivent respectivement la réflexion et la réfraction d'un rayon sur une surface incidente. (a) (b) Figure 2 : Trajectoire d'un rayon réfléchit (a) et d'un rayon réfracté (b) La première loi énonce que lors d'une réflexion, l'angle incident est égal à l'angle réfléchit : i = r (1) Où i et r sont respectivement les angles d'incidence et de réfraction. La seconde loi énonce que lors d'une réfraction la valeur de l'angle réfracté est définit par l'équation : n i sin i = n r sin r (2) Où n i et n r sont respectivement les indices optiques des milieux incident et réfractant. Attention! Les angles sont toujours pris entre la normale à la surface considérée et le rayon. 2

C. Formation des images (a) (b) Figure 3 : Trajectoire des rayons lumineux à travers une lentille convergente (a) et divergente (b) Les trois règles à retenir quel que soit le type de lentille sont : Un rayon incident parallèle à l'axe optique passera par le foyer objet de la lentille Un rayon incident qui passe par le centre de la lentille ne sera pas dévié Un rayon incident passant par le foyer image de la lentille sortira parallèle à l'axe optique D'un point de vue analytique nous retiendrons la formule de conjugaison des lentilles : (3) Le grandissement d'une lentille est donné par la formule : (4) III. L'Œil Figure 4 : Anatomie de l'œil Les éléments transparents de l œil humain (cornée, humeur aqueuse, cristallin, corps vitrée) constituent un système optique convergent qui permet la formation d une image nette sur une surface 3

sensible, la rétine. La lumière qui rentre dans l œil subit trois réfractions, chacune avec un effet convergent. Il est donc possible de simuler un œil par une lentille convergente, c'est qui est fait dans certains montages optiques pour pouvoir projeter une image sur un écran. La cornée permet de protéger l'œil. La pupille est tout simplement le trou par lequel la lumière passe pour pénétrer dans l'œil et toucher la rétine. La taille de la pupille est maitrisée par la présence de l'iris (partie colorée de l'œil) qui s'ouvre lorsque l'éclairage est faible et se ferme quand l'intensité lumineuse augmente. La lumière passe ensuite par le cristallin qui est la véritable lentille convergente de l'œil. La lumière pénètre ensuite dans l'œil pour toucher la rétine où des récepteurs photochimiques vont transformer l'information lumineuse en signale chimique. C'est ce signal qui est perçu par le nerf optique qui communique avec le cerveau. La fovéa est une petite zone de la rétine particulièrement riche en récepteurs. La possibilité qu'à l'œil de bouger à l'intérieur de son orbite permet à la lumière d'impressionner particulièrement la fovéa plutôt que d'autres zones de la rétine. A. Accommodation La vision d un objet se fait en premier lieu par la formation d une image nette sur la rétine où résident un grand nombre de cellules sensibles à la lumière. Les liquides qui remplissent l œil ont des indices de réfraction plus élevés que l air (cornée, humeur aqueuse n = 1,34, cristallin n = 1,42, humeur vitré n = 1,34) et agissent comme des lentilles convergente en raison de leur forme convexe. La distance entre les éléments optiques et le fond de l œil où l image est formée est cependant fixe (environ 22 mm entre le cristallin et la rétine). Pour pouvoir former une image nette d objets situés à distances différentes, il faut que l œil accommode, c est à dire qu il change de distance focale. Cela est assuré par l action des muscles oculaires qui déforment le cristallin en changeant sa courbure et ainsi sa distance focale. La distance focale de l ensemble de l œil change et s adapte à la nouvelle distance. Cette action musculaire est l'accomodation. B. Champ Le champ de l œil est le volume dans lequel l œil est capable de faire la mise au point. Sur l axe optique on distingue le punctum proximum, point le plus proche où l œil peut produire une image nette en accommodant au maximum, et le punctum remotum, point le plus éloigné auquel l œil peut produire une image nette sans accommoder. Pour un œil normale on considère que le punctum proximum se situe à une distance d environ 25 cm, tandis que le punctum remotum se situe à l infini. L image donnée par l œil doit tomber sur la fovéa, la partie la plus sensible de la rétine, située sur l axe optique de l œil. Etant données les dimensions de la fovéa, l œil voit sous un angle d à peine 1 degré. 4

C. Défauts de la vision (a) (b) (c) (d) Figure 5 : La myopie (a), l'hypermétropie (b), la presbytie (c) et l'astigmatisme (d) (http://www.drcoullet.com/) Un œil myope est un œil trop convergent : le punctum proximum est situé à moins de 25 cm et le punctum remotum est situé à une distance finie. Ce défaut est corrigé par une lentille divergente. Un œil hypermétrope est un œil qui n est pas assez convergent : le punctum proximum est situé à plus de 25 cm et il faut accommoder pour voir un objet situé à l infini. Ce défaut est corrigé par une lentille convergente. La presbytie est la diminution de la capacité d accommoder en raison de la perte de souplesse du cristallin. Le punctum proximum s éloigne et il faut corriger par une lentille convergente la vision de près. 5

IV. Microscope 7 Figure 6 : Schéma du microscope et sa modélisation optique Un microscope est constitué de deux systèmes optiques centrés c est à dire ayant le même axe optique : l objectif et l oculaire. Pour la compréhension du principe de fonctionnement du microscope les deux systèmes optiques peuvent être assimilés à deux lentilles minces convergentes. L objectif est un système optique de distance focale faible (généralement autour de 2 mm) qui donne une image réelle fortement agrandie de l objet. L image fournie par l objectif est formée au foyer objet de l oculaire (distance focale environ 15 mm) ou légèrement plus près pour en obtenir une image virtuelle à l infini. La distance entre le foyer image de l'objectif et le foyer objet de l'oculaire et est appelée longueur optique du microscope. Pour tracer la trajectoire d'un rayon lumineux à travers un microscope (c est-à-dire l'agencement de deux lentilles convergentes) il faut agir en deux étapes. On trace d'abord l'image de l'objet par l'objectif. Puis cette image devient l'objet de l'oculaire. Un exemple est présenté sur la figure 7. 6

Figure 7 : Trajet de la lumière à travers un microscope. Ici l'image de AB est formée au foyer objet de l'oculaire si bien que l'image est formée à l'infini, elle est donc virtuelle. A. Latitude de mise au point L écart entre la position de l objet donnant lieu à une image située au punctum remotum et celle donnant lieu à une image située au punctum proximum de l observateur est appelée latitude de mise au point. La latitude de mise au point est la mesure de l intervalle des positions de l objet qui permettent la formation d une image nette. L'expression de la latitude de mise au point est : (5) Avec et d m = 25 cm 7

B. Puissance Figure 8 : Les angles importants dans la trajectoire des rayons lumineux. La puissance P du microscope est définie comme le rapport entre l angle α' sous lequel l image est vue à travers l oculaire et la taille de l objet : (6) La puissance intrinsèque Pint du microscope est la puissance calculée dans les conditions de formation de l image à l infini par l oculaire. C. Grossissement Le grossissement G pour un microscope est le rapport entre l angle α' sous lequel l image formée à l infini est vue à travers l oculaire et l angle α sous lequel l objet est vu, sans microscope, quand il est positionné au punctum proximum de l œil. G (7) Le grossissement commercial est défini comme : (8) 8