Au tournant du XIXᵉ siècle, alors que l’Europe savante bruisse encore des débats suscités par Newton, un jeune médecin londonien, discret mais opiniâtre, s’apprête à bouleverser la manière dont on pense la lumière.
Thomas Young n’a pas l’allure d’un révolutionnaire, c’est un jeune homme supérieurement intelligent à l’esprit éclectique qui parle plusieurs langues anciennes et qui s’attaque au déchiffrement des hiéroglyphes égyptiens. Il parle doucement, écrit avec une précision presque timide, et il semble préférer les bibliothèques aux laboratoires. Entre 1800 et 1803, ce médecin va accomplir un geste conceptuel que personne avant lui n’avait osé, celui de donner une longueur à la lumière.
Non pas une longueur de rayon, ni une distance parcourue, mais une longueur d’ondulation — ce que nous appelons aujourd’hui une longueur d’onde. Une idée si simple, si évidente pour nous, qu’on peine à imaginer qu’elle ait pu manquer aux plus grands esprits du XVIIᵉ et du XVIIIᵉ siècle, et pourtant, elle n’existait pas.
Un monde sans longueur d’onde
Pour comprendre l’audace de Young, il faut se replonger dans le paysage théorique de son époque. Depuis Descartes, la lumière est souvent pensée comme une pression instantanée dans un milieu subtil[i]. Pour Hooke, elle est vibration, mais sans périodicité définie[ii]. Pour Huygens, elle est percussion, une agitation sans rythme[iii]. Euler compare la lumière au son. Or, la vitesse de la lumière a déjà été estimée et si elle met environ huit minutes pour nous parvenir du Soleil, comme l’écrit Euler, alors :
« Comme le son consiste dans la propagation d’un mouvement vibratoire, au moyen de l’air, il me paraît d’abord très-vraisemblable que la lumière consiste dans une pareille propagation d’un mouvement vibratoire d’un autre milieu élastique qu’on nomme l’éther […] La vitesse de la lumière sera donc huit cent mille fois plus grande que celle du son […] Comme la diversité des sons vient uniquement des différents nombres d’impressions qui se font sentir dans un temps donné à l’oreille, la diversité des sentiments de la vue dépendra des différents nombres d’impressions qui frappent dans un temps donné les yeux […] Le son le plus grave que l’on puisse percevoir est produit par trente vibrations environ, dans une seconde, et le plus aigu par quatre mille environ dans le même temps. Les vibrations de l’éther doivent être beaucoup plus fréquentes. Supposons que le plus petit nombre capable de produire une couleur soit dix mille dans une seconde, puisque la lumière parcourt vingt millions de pieds dans une seconde, il y aura dans cet intervalle dix mille couches comprimées, et par conséquent la distance entre deux couches comprimées devra être mille pieds. »
Pour Euler, la lumière est donc une succession de pulsations séparées par des intervalles de repos, des intervalles de près de 300 mètres pour le rouge[iv] ! Rien qui ressemble à une onde continue.
Quant à Newton, il refuse l’idée même d’une propagation ondulatoire. Pourtant, dans une lettre à Hooke, il glisse une phrase étrange : les vibrations responsables des couleurs pourraient se répéter à « moins de la cent-millième partie d’un pouce »[v]. Une estimation qui correspond à environ 250 nm. Une intuition fulgurante, mais sans lendemain : Newton ne croit pas aux ondes lumineuses, et son idée reste lettre morte. Ainsi, avant Young, personne n’a jamais donné une longueur à la lumière. Personne n’a même pensé qu’elle pouvait en avoir une.
Young et l’ondulation : une idée neuve
Dans sa Theory of Light and Colours[vi], il pose quatre hypothèses. La première : un éther élastique remplit l’univers. La deuxième : la lumière est une ondulation de cet éther. La troisième : les couleurs dépendent de la fréquence de ces ondulations. La quatrième : les corps attirent l’éther et modifient localement sa densité. Ces hypothèses ne sont pas seulement des propositions mais également des outils pour lui permettre de comprendre un phénomène qu’il vient de découvrir : les interférences de la lumière.
Petit rappel sur cette petite expérience qu’on fait en classe de terminale. On fait passer un faisceau de lumière monochromatique par une petite fente pratiquée dans un premier écran. De l’autre côté, une onde sphérique est générée en vertu du principe de Huygens. Cette onde traverse deux fentes pratiquées dans un deuxième écran et deux ondes sphériques sont générées, qui se superposent, de manière parfois constructive, parfois destructive, et l’intensité lumineuse observée sur un troisième écran n’est pas partout la même.
On observe une frange centrale brillante entourée de chaque côté par une alternance de bandes brillantes et sombres, ce sont des franges d’interférences.
Pour appréhender ce phénomène, Young introduit une grandeur qui permet de comparer deux trajets lumineux, une grandeur qui a une périodicité spatiale, Mais comment la mesurer ? Young n’a ni laser, ni spectromètre, ni banc optique. Il n’a même pas d’expérience propre mais il a mieux : Newton.
Newton, malgré lui, donne à Young les données nécessaires
Dans les Opticks, Newton décrit les anneaux colorés qui apparaissent lorsqu’une lentille convexe repose sur une plaque de verre. Il mesure l’épaisseur de l’air entre les deux surfaces pour chaque couleur, et note que les anneaux sombres apparaissent lorsque cette épaisseur vaut L, 3L, 5L…
Young relit ces pages avec un regard neuf. Pour Newton, ces anneaux sont des « réflexions ». Pour Young, ce sont des interférences. Deux ondulations se superposent, l’une est transmise, pendant que l’autre est réfléchie deux fois. Si la différence de trajet vaut un multiple de la demi-longueur d’ondulation, les deux ondes s’annulent et un anneau sombre apparaît.
Ainsi, pour le premier anneau sombre, la différence de trajet vaut l/2. Or cette différence est 2L. Donc :
l=4L
Young n’a plus qu’à prendre les valeurs de L données par Newton, les multiplier par quatre, et il obtient… la première table de longueurs d’onde de l’histoire.
Une table étonnamment moderne
Dans sa table de 1802, Young donne pour chaque couleur une « length of an undulation », en fractions de pouce. Converties en nanomètres, ces valeurs vont de :
- 676 nm pour le rouge extrême
- à 424 nm pour le violet extrême.
Autrement dit, exactement les valeurs modernes, à un chouilla près.
Comment un homme sans instruments, sans laser, sans spectre calibré, a-t-il pu obtenir des valeurs aussi justes ? Parce qu’il a compris que Newton avait déjà fait les mesures nécessaires — mais qu’il ne savait pas ce qu’il mesurait.
Pourquoi Young a-t-il inventé la longueur d’ondulation ?
L’article d’Olivier Morizot avance une thèse élégante[vii] : Young invente la longueur d’onde par nécessité car il est le premier à avoir besoin de cette grandeur pour tester sa loi d’interférence. Les savants avant lui n’avaient pas ce besoin, car ils n’avaient pas d’interférences à expliquer.
Pour vérifier que deux trajets lumineux produisent une alternance de clarté et d’obscurité, il doit connaître la distance correspondant à une période de l’ondulation. Sans cette distance, sa loi reste qualitative mais avec elle, elle devient prédictive.
Young ne se contente pas de calculer des longueurs. Il forge un concept. Il hésite sur le mot : « breadth », « magnitude », « interval », « length ». Il emprunte à Euler, à Newton, aux acousticiens. Il cherche une langue pour une idée nouvelle. Young ne sait pas encore comment nommer ce qu’il vient de découvrir. C’est la naissance d’une grandeur fondamentale, aujourd’hui omniprésente en optique, en spectroscopie, en physique quantique, en télécommunications… Elle structure notre compréhension du monde. Née dans un article de Thomas Young en 1802, nourrie des données de Newton, cette grandeur continue, deux siècles plus tard, d’éclairer notre monde.
[i] Descartes René, Discours de la methode : pour bien conduire sa raison, & chercher la verité dans les sciences : Plus La dioptrique, et Les meteores. Qui sont des essais de cette methode., pages 10-20, 1667.
https://archive.org/details/discoursdelamet00desc/page/10/mode/2up
[ii] Hooke R.,. Micrographia, London: J. Martyn and J. Allestry (1665).
https://archive.org/details/micrographia00hook
[iii] Huygens Christiaan, Traité de la lumière, où sont expliquées les causes de ce qui luy arrive dans la réflexion et dans la réfraction et particulièrement dans l’étrange réfraction du cristal d’Islande, avec un Discours de la cause de la pesanteur, Gressner et Schramm, Leipzig, 1690.
https://iris.univ-lille.fr/handle/1908/3089
[iv] Euler L., Nova Theoria Lucis et Colorum (1746), dans
Oeuvres complètes en français de L. Euler. Tome 2 / publiées par MM. Dubois et Drapiez,… Moreau,… [et al.]. Lettres à une princesse d’Allemagne. Tome II (1839)
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k19161299/f307.item
[v] Newton I., Mr. Isaac Newton’s Answer to Some Considerations upon His Doctrine of Light and Colors. which doctrine was printed in Numb. 80 of these tracts. Phil. Trans. R. Soc. 18 November 1672; 7 (88): 5084–5103. https://doi.org/10.1098/rstl.1672.0051
[vi] Thomas Young, II. The Bakerian Lecture. On the theory of light and colours. Phil. Trans. R. Soc. 31 December 1802; (92): 12–48. https://doi.org/10.1098/rstl.1802.0004
[vii] Morizot O., The wavelength of light as Thomas Young invented it, Archive for History of Exact Sciences 80 (2026)
https://arxiv.org/pdf/2609.24793
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