Chapitre 13 – Réflexion, réfraction et signaux lumineux | 2nde Bac Pro | Physique-Chimie | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 15 août 2026, 18:05
Dans certains couloirs, garages ou cages d'escalier, la lumière s'allume toute seule dès qu'on entre, puis s'éteint quand il n'y a plus personne. À ton avis, comment la lampe « sait-elle » qu'une personne vient d'arriver ?
Un dispositif détecte le passage. Dans une barrière infrarouge, un émetteur envoie en permanence un faisceau de lumière invisible (infrarouge) vers un récepteur placé en face. Tant que le récepteur reçoit ce faisceau, la lampe reste éteinte. Dès qu'une personne passe et coupe le faisceau, le récepteur ne reçoit plus rien : cette coupure est le signal qui déclenche l'allumage.
Hugo est électricien spécialisé en domotique (les installations électriques automatisées du bâtiment). Dans le couloir d'un petit immeuble, il pose une barrière infrarouge pour commander l'éclairage : la lumière ne doit s'allumer que lorsqu'une personne passe, puis s'éteindre automatiquement. Le client, lui, veut surtout savoir combien cette installation lui fera économiser sur sa facture d'électricité.
Vu de dessus : un faisceau infrarouge invisible relie l'émetteur au récepteur en ligne droite, en travers du couloir. Quand une personne le coupe, le récepteur ne reçoit plus rien : ce signal commande l'allumage de la lampe, qui s'éteint ensuite toute seule.
Le faisceau tendu en travers du couloir est un faisceau infrarouge.
a) L'infrarouge est-il visible à l'œil ?
b) S'agit-il quand même de lumière ? Explique en une phrase.
a) Non. L'infrarouge est une lumière invisible à l'œil humain : on ne voit pas le faisceau qui traverse le couloir.
b) Oui, c'est bien de la lumière : une lumière située juste après le rouge, que l'œil ne perçoit pas mais que le récepteur détecte. Elle se propage comme la lumière visible (en ligne droite, à la vitesse c).
L'émetteur et le récepteur sont posés face à face, de part et d'autre du couloir. Pourquoi le faisceau atteint-il le récepteur en allant tout droit ?
Dans un milieu homogène et transparent comme l'air, la lumière se propage en ligne droite (principe de propagation rectiligne). Le faisceau part de l'émetteur et va tout droit jusqu'au récepteur placé exactement en face. C'est cette trajectoire rectiligne qui permet de « tendre » un faisceau invisible en travers du couloir, comme un fil de lumière.
Décris ce qui se passe, étape par étape, lorsqu'une personne traverse le couloir et coupe le faisceau.
1) La personne s'interpose entre l'émetteur et le récepteur : son corps arrête le faisceau infrarouge.
2) Le récepteur ne reçoit plus la lumière.
3) Cette absence de signal est interprétée par le dispositif comme « quelqu'un passe ».
4) La lampe s'allume.
5) Après le passage, le faisceau atteint de nouveau le récepteur et la lampe s'éteint automatiquement (après une courte temporisation).
Le faisceau parcourt la largeur du couloir, soit environ 3 m, à la vitesse c = 3,0 × 10⁸ m/s. Calcule le temps \(t\) que met la lumière pour traverser le couloir (\(t = \dfrac{d}{c}\)). Ce temps est-il perceptible ?
\(t = \dfrac{d}{c} = \dfrac{3}{3{,}0\times10^{8}} = \mathbf{1{,}0\times10^{-8}\ \text{s}}\) (soit dix milliardièmes de seconde).
Ce temps est totalement imperceptible : à notre échelle, la détection est instantanée. Dès qu'on coupe le faisceau, le récepteur « le sait » immédiatement.
Sans détecteur, la lampe (P = 0,060 kW) reste allumée 6 h par jour.
a) Calcule l'énergie consommée en une journée (\(E = P \times t\)).
b) Déduis-en l'énergie consommée en une année (365 jours).
a) \(E = P \times t = 0{,}060 \times 6 = \mathbf{0{,}36\ \text{kWh}}\) par jour.
b) Sur un an : \(0{,}36 \times 365 \approx \mathbf{131\ \text{kWh}}\) par an.
Avec la barrière infrarouge, la lampe ne s'allume qu'au passage : environ 0,5 h par jour.
a) Calcule l'énergie consommée en une journée.
b) Puis en une année.
a) \(E = P \times t = 0{,}060 \times 0{,}5 = \mathbf{0{,}030\ \text{kWh}}\) par jour.
b) Sur un an : \(0{,}030 \times 365 \approx \mathbf{11\ \text{kWh}}\) par an.
Compare les deux consommations annuelles.
a) Quelle énergie (en kWh) est économisée chaque année grâce à la barrière infrarouge ?
b) Sachant que l'électricité coûte 0,25 € par kWh, quelle économie cela représente-t-il en euros par an ?
a) Économie = 131 − 11 = 120 kWh par an.
b) \(120 \times 0{,}25 = \mathbf{30\ \text{€}}\) économisés par an.
L'installation réduit la consommation de cette lampe d'environ 90 % (de 131 à 11 kWh par an).
a) Explique en une phrase pourquoi l'éclairage automatique est un geste pour l'énergie (et pour l'environnement).
b) Rédige la petite note qu'Hugo laisse au client pour résumer l'intérêt de l'installation.
a) La lampe ne consomme de l'électricité que lorsqu'on en a réellement besoin (au passage) : on évite les heures d'éclairage inutile, donc on gaspille moins d'énergie et on limite les émissions liées à sa production.
b)
« Éclairage automatique du couloir — barrière infrarouge. Un faisceau de lumière invisible (infrarouge) est tendu en travers du couloir ; dès que vous passez, il est coupé et la lampe s'allume, puis s'éteint toute seule. La lampe (60 W) ne fonctionne plus que ≈ 0,5 h/jour au lieu de 6 h : sa consommation passe d'environ 131 kWh à 11 kWh par an, soit ≈ 120 kWh et ≈ 30 € économisés chaque année, sans jamais avoir à penser à éteindre. Un petit geste utile pour votre facture et pour l'environnement. »
Sur une porte de garage, on rencontre deux dispositifs : la barrière infrarouge à faisceau (émetteur + récepteur face à face) et le détecteur de mouvement.
a) Quelle est la différence de principe entre les deux ?
b) Pourquoi la barrière utilise-t-elle de l'infrarouge plutôt qu'une lumière visible ?
a) La barrière à faisceau détecte la coupure d'un faisceau précis entre un émetteur et un récepteur : c'est une détection « tout ou rien » sur une ligne. Le détecteur de mouvement, lui, surveille une zone entière et réagit au déplacement d'un corps (chaleur, mouvement), sans faisceau à couper.
b) On choisit l'infrarouge parce qu'il est invisible : le faisceau ne gêne pas l'œil et reste discret. Or l'infrarouge se propage exactement comme la lumière visible (en ligne droite, à la vitesse c) : il fonctionne donc tout aussi bien pour « tendre » un faisceau détectable, tout en restant invisible.
📚 §1, §2, §5 de la leçon Ch13.