Page 4 - Journal Culturel de Metz - 2019-05

6 mai 2019 - Augustin FRESNEL 1788-1827, le père de l’optique moderne.

Jean-Augustin Fresnel, physicien, est né le 10 mai 1788 à Broglie (27-Eure), et il décède le 14 juillet 1827 à Ville-d'Avray (92-Hts-de-Seine). Il entre à seize ans et demi à l'Ecole
polytechnique, un an après son frère aîné, il a une santé extrêmement faible, mais une âme vigoureuse. Elève brillant, il entre à l'Ecole des Ponts et Chaussées, qu'il quitte avec
le titre et les fonctions d'ingénieur ordinaire. Il sera en poste en Vendée, dans la Drôme et l'Ille-et-Vilaine. Fresnel ne se consacre aux sciences pures que vers 1810, et rédige son
premier mémoire, un essai destiné à rectifier l'explication fort imparfaite du phénomène de l'aberration annuelle des étoiles. Ses mémoires et découvertes vont s'enchainer
rapidement. Il étudie "la polarisation de la lumière", et huit mois après, ses travaux le plaçaient parmi les plus célèbres physiciens de son temps. Le travail d'Isaac Newton (1642-

1727, physicien, astronome, mathématicien et philosophe anglais) sur les singuliers accidents de lumière, vont l'amener à s'interroger sur le phénomène de la diffraction. Fresnel fut
le premier qui donna à ce genre d'observations une perfection inespérée. Ses travaux sont presque tous relatifs à l'optique, il s'occupa de la réfraction, puis des interfé-
rences, de la polarisation, de l'émission des ondes, pour aboutir à sa découverte capitale, à celle des phares lenticulaires ou à lentilles décroissantes, qui l'a immortalisé, car
elle a représenté une révolution pour la navigation. Mais, sa santé précaire, ne put résister à tant de fatigues intellectuelles, qu'il s'éteignit, épuisé, à l'âge de 39 ans.

Fiche technique : 06/05/2019 - réf. 11 19 009 - série commémorative : Timbres à date - P.J. : 03 et
Augustin FRESNEL 1788-1827, père de l’optique moderne. 04/05/2019 à Plévenon au phare
Création et gravure : Sophie BEAUJARD - d’après photos : du Cap Fréhel (22-Côtes-d'Armor)
Stéphane Lemaire / hemis.fr, ©J.M Emportes / Onlyfrance.fr,
© Sheila Terry / Science Photo Library / Cosmos et au Carré d'Encre (75-Paris)

Impression : Taille-Douce - Support : Papier gommé - Couleur : Conçus par : Stéphane
Polychromie - Format : H 40,85 x 30 mm (37 x 26) - Dentelure : __ x __ HUMBERT-BASSET

Barres phosphorescentes : 2 - Faciale : 1,05 € - Lettre Prioritaire,
jusqu'à 20 g - France - Présentation : 48 TP / feuille - Tirage : 700 032.

Visuel : portrait d'Augustin Jean Fresnel (1825), d'après une gravure
d'Ambroise Tardieu (1788-1841, cartographe, portraitiste et graveur).
En arrière plan, un phare et un détail d'une lentille à échelons de Fresnel.

Les lentilles de Fresnel ont connu un grand succès :

on passe, sur les côtes françaises, de 24 phares en 1800, à 58 phares en 1850

et 372 en 1870, et le nombre de naufrages diminue considérablement.

Les lentilles à échelons ont valu à Fresnel, la médaille d’or

à l’Exposition Industrielle de Paris de 1823
(médaille d’argent à François Soleil), et ont contribué

à son élection à l’Académie des Sciences en 1823.

Des phares aux panneaux solaires à concentration, la lentille de Fresnel a ouvert des perspectives d’évolution à de nombreux systèmes d’optique.

Histoire de la lentille de Fresnel : elle trouve ses racines en 1811 avec la mise en place d’une Commission des phares réunissant des inspecteurs
du Corps des Ponts et Chaussées et des savants afin de perfectionner le système d’éclairage des phares français. L’un d’entre eux, François Arago,
membre de l'Académie des Sciences, entreprend des expériences, assisté par Fresnel, l'un des membres des Ponts et Chaussées, au service des phares.

Fiche technique : 24 /02/1986 - retrait : 19/09/1986 - Série de personnages célèbres (bande carnet de 5 TP) : François Arago (1786-1853),
physicien, astronome et homme politique - né le 26 février 1786, à Estagel (66-Pyrénées-Orientales) et décédé le 2 octobre 1853, à Paris.

Dessin et gravure : René QUILLIVIC - Impression : Taille-Douce - Support : Papier gommé - Couleurs : Gris, bleu et vert - Format : V 26 x 40 mm
(22 x 36) - Dentelure : 13 x 13 - Faciale : 1,80 F + 0,40 F de surtaxe, au profit de la C.R.F. - Présentation : Bande carnet, ou 50 TP / feuille

Tirage carnets : 1 224 392 - tirage TP : 1 727 727 - Visuel : portrait du physicien, professeur à l'Ecole polytechnique (X) et la Constellation du Cygne.

L'œuvre scientifique d'Arago : professeur (1809) d'analyse et de géodésie à l'École Polytechnique, membre de l'Académie des Sciences à 23 ans, Directeur
de l'Observatoire de Paris (1830), il a découvert le phénomène de polarisation rotatoire dans les cristaux de quartz. Associé à Fresnel, il est à l'origine

de la théorie ondulatoire de la lumière. En compagnie d'Ampère il a travaillé avec succès sur l'électrodynamique. Il a découvert en 1824, le "magnétisme
de rotation". En collaboration avec Biot il a mesuré l'indice de réfraction de l'air et de divers autres gaz. Il est parvenu à expliquer le phénomène de

scintillement des étoiles et il a réussi, en neutralisant l'effet de l'irradiation, à déterminer le diamètre des planètes. C'est à lui que l'on doit d'avoir trouvé
le phénomène d'aimantation du fer placé à proximité d'un courant électrique. A la suite d'expériences qu'il a menées dans la banlieue de Paris, entre

Villejuif et Montlhéry, il a établi la vitesse du son. En compagnie de Dulong il a mesuré la tension de la vapeur d'eau, jusqu'à plus de 30 atmosphères.
Homme politique, il fut membre du Conseil municipal de Paris de 1830 à 1851 et député des Pyrénées Orientales pendant la monarchie de juillet.
Il a joué un rôle important durant la Révolution de 1848, qui entraîna la chute de Louis-Philippe et fut ministre de la Guerre et de la Marine
du Gouvernement provisoire de la IIe République. Généreux et humain, il signa en 1848, la loi abolissant l'esclavage dans les colonies françaises.

En avril 1815, Augustin Fresnel, lors des Cent Jours de Napoléon, fut destitué de ses fonctions et placé sous surveillance policière. A la fin de 1815, réintégré dans
le Corps des Ponts et Chaussées, Fresnel communiqua ses résultats à Arago et trouva, auprès du jeune académicien une attention bienveillante. Il continua ses recherches

et mit au point l'expérience des deux miroirs (de Fresnel), prouvant l'existence des interférences et véritable base expérimentale de la théorie ondulatoire de la lumière.

Fiche technique : 25 /06/1984 - retrait : 11/10/1985 - Série du patrimoine technologique - le phare de Cordouan,
sous deux aspects, l'ancien et l'actuel. Il se situe à 7kms en mer, à l'embouchure de l'estuaire de la Gironde,

Dessin et gravure : Jacques GAUTHIER - Impression : Taille-Douce - Support : Papier gommé - Couleurs : Violet et noir
Format : V 26 x 40 mm (22 x 36) - Dentelure : 13 x 13 - Faciale : 3,50 F - Présentation : 50 TP / feuille - Tirage : 7 000 000

Historique du phare de Cordouan : un édifice est construit par Édouard de Woodstock,
le "Prince Noir" d'Aquitaine, au XIVe siècle - puis de 1582 à 1611, d'importants travaux furent entrepris sur l'îlot
de Cordouan par Louis de Foix (1535-1602, horloger, ingénieur et architecte), puis son conducteur de travaux, et le phare
de 37m fut qualifié "d'œuvre royale" (arrière plan du TP). Ce phare a bénéficié, au cours des âges, de tous les progrès
de la science. En 1611, l'éclairage est obtenu par un grand feu allumé dans une cuve en bronze contenant goudron, poix
et bois. En 1645, on utilise du "blanc de baleine" (ou spermaceti), au siècle suivant on a recours à la houille, plus tard,
c'est de l'huile de colza qui alimente les lampes. Ce n'est qu'en 1907 qu'apparaît le gaz de pétrole. En 1948, l'installation
de groupes électrogènes permet l'électrification du phare. Les inventions d'Aimé Argand (1750-1803, physicien et
chimiste genevois) avec une lampe à double courant d'air, avec mèche circulaire, puis de Joseph Teulère (1750-1824,
ingénieur) avec ses lampes tournantes à réverbères paraboliques) et d'Augustin Fresnel, avec son appareils dioptriques,
où la lentille ordinaire est remplacée par une lentille à plan convexe, dont la face de sortie est taillée en échelons,

constituent des progrès décisifs qui, de très bonne heure, ont trouvé leur application au phare de Cordouan.
Depuis 1862, le phare "Versailles de la mer", est classé Monument Historique.

La première optique de Cordouan (1823) conçue par François Soleil (archives phares et balises).

Augustin Fresnel a inventé une lentille en 1819, qui révolutionnerait l’illumination du phare, dans le monde entier. Une première lentille a été construite en 1820 (testée le 1er mars 1820),
en mai 1820, une seconde, de 55 cm de côté et 70 mm de focale, puis le 7 sept. 1821, à l’Arc de Triomphe de Paris, un système de 6 lentilles + 2 x 2 demi-lentilles a été testé. La première
lentille installée au phare de Cordouan en 1823, se composait de huit panneaux de lentilles annulaires, placées autour de la lampe, à une distance focale de 920 mm. Pour recueillir la lumière
qui autrement s'échappait au-dessus des lentilles, Fresnel a placé une série de miroirs argentés d’avion, sur lesquels la lumière a été jetée par un autre système de lentilles.
Avant l’électricité, ces lentilles massives ont été pivotées par un mécanisme d’horlogerie similaire au concept d’une horloge grand-père.

Coupe d'une lentille de Fresnel (1) et d'une lentille plan-convexe (2) de distances focale équivalentes.
Afin de réduire le poids des lentilles tout en gardant une bonne qualité du faisceau de lumière, Fresnel imagina d'utiliser
des parties découpées de sphères plutôt qu'une demi-sphère complète. Par rapport à une lentille simple, la lentille de Fresnel
réduit la quantité de verre à utiliser en la découpant en un ensemble d'anneaux concentriques de section prismatique connus

sous le nom de zones de Fresnel. Pour chacune de ces zones, l'épaisseur est réduite, ce qui fait que la surface globale
de la lentille n'est plus lisse, mais se compose de plusieurs surfaces de même courbure, séparées par des discontinuités.

C'est en fait comme si l'on avait des anneaux découpés dans des lentilles différentes. Bien entendu, cette diminution
de l'épaisseur et donc du poids a un prix : celui de la qualité optique, les anneaux étant visibles.

La lentille à échelons a été créée et fabriquée par Augustin Fresnel et François Soleil en 1819-1820.

Jean-Baptiste François Soleil (1798-1878) est un ingénieur-opticien français, qui fonda en 1819, la maison Soleil,
située au 23, passage Vivienne à Paris, spécialisée dans la fabrication des instruments d'optique.

Le principe de la lentille de Fresnel a depuis lors fait l’objet de nombreuses applications : phares de voitures, rétroprojecteurs, lunettes arrières des bus, etc. Dans le secteur énergétique,
les centrales solaires à concentration, développées à partir des années 1980, étendent encore le champ de ces applications (dans les centrales thermodynamiques, comme photovoltaïques).

Certaines centrales photovoltaïques à concentration (CPV) utilisent quant à elle des lentilles de Fresnel, afin de concentrer le rayonnement lumineux sur des cellules solaires
à haut rendement. Cette recherche témoigne du vif intérêt que les scientifiques continuent de porter à la lentille de Fresnel, une innovation presque bicentenaire, toujours appelée

à des applications insoupçonnées. Les travaux d'Augustin Fresnel furent publiés dans les Mémoires de l'Académie des Sciences de l'Institut de France (créé en 1795).