Ombre et pénombre

1. Pourquoi une ombre se forme-t-elle ?

Pour comprendre l'ombre, il faut d'abord connaître une règle fondamentale de la physique :

La lumière se propage en ligne droite.

Cela veut dire que la lumière ne peut pas contourner un obstacle. Quand elle rencontre un objet qu'elle ne peut pas traverser, elle s'arrête net. Derrière cet objet, la lumière ne peut plus arriver : c'est là que se forme l'ombre.

Les deux éléments indispensables

Pour qu'une ombre existe, il faut toujours réunir deux éléments :

• Une source de lumière : c'est un objet qui produit sa propre lumière. Exemples : le soleil, une bougie, une lampe torche, une ampoule électrique, les phares d'une voiture.
• Un objet opaque : c'est un objet qui ne laisse pas passer la lumière à travers lui. Exemples : ta main, un cahier, un mur, un arbre, un être humain.

Si l'un des deux manque, il n'y a pas d'ombre. Sans source de lumière, tout est noir, il n'y a rien à observer. Sans objet opaque, la lumière continue son chemin sans obstacle.

2. La différence entre ombre et pénombre

L'ombre : la zone totalement sombre

L'ombre est la zone située derrière un objet opaque, là où la lumière est complètement bloquée. Dans cette zone, aucun rayon lumineux n'arrive. C'est pour cela que l'ombre paraît noire.

La pénombre : la zone partiellement éclairée

La pénombre est une zone qui se trouve autour de l'ombre. Elle est moins sombre que l'ombre, mais elle n'est pas complètement éclairée non plus. Dans cette zone, une partie seulement de la lumière arrive.

La pénombre apparaît surtout quand la source de lumière est grande (comme le soleil, un néon de plafond, ou une grande lampe de chantier). Une grande source envoie des rayons dans plusieurs directions légèrement différentes. Certains rayons sont bloqués par l'objet, d'autres passent à côté : c'est pourquoi la lumière n'est ni totale ni nulle, elle est partielle.

Et si la source est petite ?

Si la source de lumière est petite et ponctuelle, comme une bougie ou une petite ampoule très éloignée, il n'y a presque pas de pénombre. L'ombre est alors très nette, avec des bords bien découpés.

3. Pourquoi la taille de l'ombre change

Tu l'as sûrement remarqué avec ta main devant la bougie : selon la distance entre l'objet et la source de lumière, l'ombre change de taille.

Règle à retenir :

• Plus l'objet opaque est proche de la source de lumière, plus l'ombre est grande.
• Plus l'objet opaque est éloigné de la source de lumière, plus l'ombre est petite.

C'est exactement ce qui se passe avec le soleil et le manguier devant chez toi à Yopougon. À midi, le soleil est haut dans le ciel : ses rayons arrivent presque verticalement, l'ombre de l'arbre est courte. Vers 16 heures, le soleil est plus bas à l'horizon, ses rayons arrivent en biais, et l'ombre devient longue et déformée. Le soleil n'a pas bougé de position par rapport à la Terre en quelques heures de façon spectaculaire, mais son angle par rapport à toi a changé, à cause de la rotation de la Terre.

4. Application guidée : le verre d'eau chez tantie Marlène

Imaginons ensemble une scène chez ta tante Marlène, à Cocody. Elle allume sa petite lampe de bureau et pose un verre devant. La lampe est une petite source ponctuelle, donc l'ombre du verre est nette et bien noire, sans pénombre visible.

Maintenant, elle allume le grand plafonnier au-dessus de la table, un néon large. Cette fois, la lumière vient de plusieurs points de la surface du plafonnier. L'ombre du verre devient moins nette : on voit un centre noir (l'ombre) entouré d'une bande grise (la pénombre). C'est la preuve que la taille de la source influence la netteté de l'ombre.

5. Ce que tu peux maintenant expliquer

Grâce à cette leçon, tu peux comprendre :

• pourquoi ton ombre bouge et change de forme pendant la journée ;
• pourquoi sous un arbre à feuillage léger, on voit des taches de lumière et d'ombre mélangées ;
• pourquoi, au marché, un parasol crée une ombre fraîche mais laisse filtrer un peu de lumière sur les bords.

La physique n'est pas juste une matière scolaire : elle t'aide à comprendre ton environnement de tous les jours à Abidjan, à Bouaké ou à Yamoussoukro.