Le drapeau tricolore

Comment décomposer la lumière blanche par un prisme puis la recomposer entièrement ou partiellement à l’aide d’un second prisme pour obtenir un drapeau tricolore.

Fiche d’accompagnement de l’expérience: 

Matériel
  • une source de lumière blanche intense (lampe à iode ou lampe à Leds)

  • un condenseur (lentille de courte focale) qui concentre la lumière (si possible !)

  • une fente fine de largeur ajustable

  • une lentille d’environ 40 cm de focale

  • un écran (verre dépoli)

  • un train de prismes ou à défaut un prisme d’angle au sommet de 30° environ

  • un prisme de très petit angle (quelques degrés d’angle au sommet) ou à défaut utiliser le bord d’une lentille mince de grande focale comme prisme de petit angle.

Montage et réalisation

Eclairer une fente fine par une source lumineuse intense, par exemple une lampe à iode.
Puis faire l’image de la fente fine, à l’aide d’une lentille (focale 40cm) sur un écran ici un verre dépoli.

Interposer entre la fente fine et la lentille un système dispersif constitué ici d’un train de prismes à vision directe (permettant d’avoir une dispersion dans la même direction que le faisceau incident)

Observer la décomposition de la lumière blanche par le train de prismes

Retirer la fente source du montage optique pour accroître la luminosité du phénomène.

Faire l’image de la face d’entrée du train de prismes (éclairée en lumière blanche) sur l’écran pour recomposer la lumière décomposée par le train de prismes

Vérifier que c’est bien l’image de la face d’entrée en positionnant le coin d’une feuille de papier sur la face d’entrée du train de prismes.

Repérer à l’aide d’une feuille de papier la position du spectre de décomposition de la lumière blanche et introduire progressivement le sommet d’un prisme de petit angle

Déplacer latéralement le prisme de petit angle dans le spectre intermédiaire et observer les différentes couleurs du drapeau tricolore

Explications

Nous allons tout d’abord décomposer la lumière blanche en ses différentes radiations.

Pour cela nous éclairons une fente fine F avec une source de lumière blanche et nous en faisons une image nette sur un écran.
Observer dans l’animation suivante la décomposition de la lumière blanche par un prisme de verre.

Nous constatons que l’image observée sur l’écran constitue une succession d’images de la fente source F suivant les différentes radiations contenues dans la lumière blanche.
Nous observons un spectre visible continu du rouge (0,8 ) au violet (0,4 )
Nous constatons que le montage optique n’est pas aligné suivant un axe optique.
Pour obtenir un montage aligné suivant un axe optique nous utiliserons un train de prismes comme présenté dans l’animation suivante :

Cette fois le spectre de la lumière blanche est obtenu à partir d’un montage optique aligné sur un axe optique.
Nous visualisons ainsi la décomposition de la lumière blanche par un système dispersif (prisme ou réseau)
Peut-on recomposer ensuite l’ensemble des radiations en une lumière blanche ?
Pour cela il suffit de faire sur l’écran, non pas l’image de la fente source, mais l’image de la face d’entrée du train de prismes.

Observer dans l’animation suivante la recomposition de la lumière blanche et l’action d’un prisme de petit angle dans le spectre intermédiaire.

Lorsque nous descendons le prisme de petit angle dans la partie rouge du spectre intermédiaire, celle-ci est déviée vers la base du prisme c’est-à-dire vers le haut du schéma.

La lumière n’est donc plus recomposée correctement et au lieu d’obtenir un rectangle blanc on obtient un rectangle tricolore…

Si nous descendons à nouveau le prisme dans le spectre intermédiaire, c’est la partie orange qui se trouve déviée vers la base du prisme…

et le drapeau change de couleur…

… et ainsi de suite ….
On remarquera que les couleurs du drapeau tricolore sont des couleurs complémentaires que l’on retrouve sur la roue des couleurs de la synthèse additive des couleurs (RVB)

Remarques

Qu’est-ce qu’un train de prismes ?

Le train de prismes ou prisme à vision directe ou prisme d’Amici a la propriété de disperser la lumière comme un prisme simple mais avec une déviation moyenne faible ou nulle pour une longueur d’onde déterminée, ce qui permet de conserver un montage optique aligné.

Il est constitué de 3 prismes de verres différents deux en crown (d’indice faible donc peu dispersif) et un en flint (d’indice élevé donc fort dispersif).

Références

jean-Jacques Rousseau Université du Mans

Prisme à vision directe

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