Lentille échelons, Fresnel ,invention, !fleur

Augustin Jean Fresnel, né le 10 mai 1788 à Broglie et mort le 14 juillet 1827 à Ville-d'Avray, est un physicien français.
Fondateur de l’optique moderne, il proposa une explication de tous les phénomènes optiques dans le cadre de la théorie ondulatoire de la lumière.



l’architecte Jacques Fresnel et d'Augustine Mérimée, Augustin Fresnel naît à Broglie, dans l’Eure. Il est le cousin de l'écrivain nouvelliste Prosper Mérimée. Il entre à l’École centrale de Caen à l’âge de 13 ans puis à l’École polytechnique à 16 ans et demi (promotion 1804). En 1809, il devient membre de l’École nationale des ponts et chaussées au service des phares. Il est membre de l’Académie des sciences en 1823 ainsi que de la Royal Society, qui lui décerne la Médaille Rumford en 1824 et qui l’élit membre étranger l’année suivante.
Il débute sa carrière en 1809 au service des ponts et chaussées ; en 1815, il s’oppose au retour de Napoléon de l’île d’Elbe (Fresnel avait reçu une éducation royaliste). Il est assigné à résidence par la police impériale ; passant par Paris, il rencontre François Arago et y débute sa carrière scientifique. Il réalise de nombreuses expériences sur les interférences lumineuses, indépendamment de celles de Thomas Young, pour lesquelles il forge la notion de longueur d'onde. Il calcule les intégrales dites de Fresnel.
En 1815, Fresnel, à vingt-sept ans, s’oppose à la théorie corpusculaire de la lumière de Newton en vigueur jusque là, et par des expériences sur la diffraction de la lumière, pose les bases de sa théorie « vibratoire » de la lumière, à laquelle il apportera compléments et corrections en 18181. Il appuie la théorie ondulatoire de la lumière en prouvant le premier que deux faisceaux de lumière polarisés dans des plans différents n’ont aucun effet d’interférence et en déduisant en 1821 de cette expérience que le mouvement ondulatoire de la lumière polarisée est transversal et non longitudinal (comme celui du son), ainsi qu'on le croyait avant lui.


Buste d’Augustin Fresnel dans le phare de Goulphar à Belle-Ile.
Il est le premier à produire une lumière polarisée circulaire. Ses formules, dites de Fresnel, sur la réfraction sont toujours utilisées.
Dans le domaine de l’optique appliquée, Fresnel invente la lentille à échelon (dite Lentille de Fresnel) utilisée pour accroître le pouvoir de l’éclairage des phares. Elle est encore utilisée dans les phares maritimes, mais aussi dans les phares automobiles2.
Il meurt de la tuberculose en 1827 à Ville-d'Avray, près de Paris.

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Représentation de Fresnel
Lentille de Fresnel
Spirale de Fresnel
Diffraction de Fresnel
Coefficients de Fresnel



http://www.espace-sciences.org/science/10065-sciences-ouest/20108-Annee-1995/10209-114/10750-gros-plan/15783-histoire-et-societe/15784-augustin-fresnel-pere-des/

 

L'Ecole polytechnique et la Bretagne

Augustin Fresnel (1788-1827), père des phares modernes



Augustin Fresnel naît à Broglie, dans l'Eure, où son père, architecte, dirige la restauration du château, après avoir épousé Augustine Mérimée, d'une illustre famille. Reçu à 16 ans à l'Ecole polytechnique, il est nommé ingénieur des Ponts et Chaussées en 1809 et affecté en premier poste en Vendée, à Napoléon-sur-Yon (qui devint par la suite La Roche-sur-Yon) où l'on crée alors, sur ordre de l'Empereur, une ville et des routes nouvelles.
La besogne administrative est loin de suffire pour cet esprit inventif qui, après avoir abordé les sujets les plus divers, s'intéresse aux propriétés de la lumière. Après les 100 jours, il est affecté à Rennes en 1815 et chargé de la direction d'"ateliers de charité" luttant contre la disette. Comme ce n'est pas sa vocation, il rejoint Paris peu après.
Augustin, dont la santé est toujours précaire, mène en l'espace de 11 ans, de 1816 à 1827, une double carrière de scientifique et d'ingénieur, et même de constructeur, comme nous le verrons plus loin.



UNE CARRIÈRE SCIENTIFIQUE

Ses premiers mémoires sur les franges de diffraction, qu'il étudie expérimentalement et qu'il explique en proposant une théorie ondulatoire de la lumière, attirent sur lui l'attention d'André-Marie Ampère et de François Arago, qui l'encouragent.
En 1818, Augustin dépose à l'Académie des sciences un mémoire sur les vibrations des ondes lumineuses, avec une représentation mathématique (appelé par la suite "intégrale de Fresnel") de la distribution de la luminance dans le champ d'interférence de l'ombre des corps étroits. L'académie n'est convaincue qu'après avoir vérifié expérimentalement un résultat déduit des intégrales, selon lequel dans des cas précis le centre de l'ombre d'un petit écran circulaire opaque est aussi éclairé que si l'écran n'existait pas !
Par ailleurs, Augustin poursuit des travaux sur la polarisation et sur l'optique cristalline, pour aboutir aux célèbres "formules de Fresnel" sur la réflexion et la réfraction polarisées par les milieux isotropes transparents. Puis, dans d'autres mémoires de 1821 et 1822, il met au point la théorie de la double réfraction dans les cristaux uniaxes et biaxes. Il donne la représentation mathématique des propriétés du milieu élastique cristallin, et décrit ce qui deviendra plus tard les propriétés d'électricité de ce milieu.
Pierre-Simon de Laplace, au départ imperméable aux théories de Fresnel, lui rend ensuite publiquement hommage, de sorte qu'Augustin est élu à l'unanimité, le 11 mai 1823, membre de l'Académie des sciences.
Cent ans après, en 1925, Louis de Broglie, descendant de l'illustre famille du château restauré par le père d'Augustin, met au point, la mécanique quantique, qui associe la théorie des ondes de Fresnel sur la propagation de la lumière, à celle des corpuscules, les photons. Clin d'œil de l'histoire !



LE CRÉATEUR DU PHARE MODERNE

Mis en 1819, sur proposition de François Arago, à la disposition de la Commission des phares, Augustin est chargé d'étudier l'amélioration de l'éclairage maritime. Jusqu'au milieu du 18ème siècle, celui-ci s'effectue encore... par des feux de bois et charbon au sommet de tours ! Fin 18ème, on installe des lampes "Argand" à huile et mèche plate, plus des réflecteurs paraboliques... Mais ces lampes ont une faible intensité et les réflecteurs absorbent une bonne partie de l'énergie lumineuse.
Très vite, en 1820, Augustin améliore la source lumineuse avec courants d'air et mèches cylindriques multiples ; et surtout, il préconise de remplacer les réflecteurs par des lentilles dioptriques à échelons. Dans ce système, tous les rayons lumineux provenant de la source placée au foyer sortent parallèles et l'épaisseur relativement réduite du verre, malgré le grand diamètre, n'entraîne qu'une faible absorption de l'énergie.



LE PHARE DE CORDOUAN

Le premier phare équipé est celui de Cordouan, à l'estuaire de la Gironde, en 1823. Des prodiges d'ingéniosité sont nécessaires pour fabriquer les lentilles, car l'industrie de l'époque n'en est pas capable. Les verres sans défaut de coulée, stries ou sulfures, sont rares. Fresnel conçoit de nouvelles machines à polir pour obtenir des surfaces toriques et des moules en fonte pour le coulage. Dans les parties hautes et basses des lentilles à échelons, il récupère dans les optiques, créées à partir de 1825, le flux lumineux de la source par des anneaux catadioptriques, dont il réalise l'exécution dans un atelier en régie, aucun industriel ne voulant s'en charger.
Les huit lentilles à échelons de Cordouan, complétées par un système de lentilles et miroirs pour les rayons hauts et bas, forment un tambour tournant autour d'un axe vertical, et donnent des éclats visibles à 60 km (contre 15 km avec les réflecteurs précédents). Fresnel invente aussi un système de volant-pendule, pour obtenir un mouvement tournant régulier de l'ensemble, et préconise déjà de faire tourner les appareils sur des flotteurs à bain de mercure.

Premier appareil lenticulaire pour feu à éclats installé à Cordouan (Gironde), en 1823.



LA CONSTRUCTION DES PHARES

Ce succès unanimement reconnu fait de Fresnel en 1824 le directeur du Service des phares. Il élabore aussitôt un plan d'équipement des côtes françaises, permettant de naviguer la nuit, comportant 85 phares et feux de 4 catégories différentes. Il n'en voit malheureusement pas la réalisation, car il meurt, à 39 ans seulement, d'une grave maladie. On a peine à imaginer ce que ce génie aurait pu produire s'il avait vécu plus longtemps.
La Bretagne est dotée de phares au cours du 19ème siècle (ce sera l'objet d'un prochain article). Les optiques de Fresnel, peu modifiées depuis l'origine, continuent à équiper nos phares. C'est surtout l'intensité des sources lumineuses, grâce à l'électricité, qui a permis d'accroître les portées et de diminuer les distances focales, donc l'encombrement des appareils.
Les optiques de Fresnel ont donné à la France, à l'époque, une avance technologique considérable dans ce domaine. C'est ainsi que l'industrie française est à peu près la seule, au cours du 19ème siècle, à équiper les phares de presque tous les pays de la planète : en 1914, 7 000 appareils lenticulaires auraient été livrés par notre industrie, dont moins de 10 % en France.

                                                                                                                                 Christian Delaunay

:la gang: