Expérience de Fizeau

On désigne sous le nom d'expérience de Fizeau l'une des trois expériences mémorables destinées à mesurer la vitesse de la lumière. Sans autre précision, elle désigne la première, effectuée en 1849 par le physicien français Hippolyte Fizeau, et qui donne la première mesure terrestre de la vitesse de la lumière. Il utilise pour cela son appareil, appelé l'appareil de Fizeau et la méthode dite de la roue dentée. Le principe de l'expérience est le suivant : la roue dentée Z ("Zahnrad" en allemand) est mise en rotation, la source lumineuse L ("Licht") est réfléchie par un premier miroir semi-transparent S1 (Spiegel 1), franchit une échancrure de la roue, parcourt la distance d (Δs sur le schéma), se réfléchit sur un miroir lointain S2, parcourt à nouveau la distance d, et arrive à nouveau sur la roue dentée. Mais celle-ci, entre-temps, a légèrement tourné : la lumière réfléchie peut tomber sur une dent et donc être bloquée, ou passer par une échancrure suivante. En mesurant le temps t qu'il a fallu à la roue pour devenir bloquante, à partir de sa vitesse de rotation (mesurée par l'appareil), et de la distance parcourue (également connue : 2d), on calcule la vitesse de la lumière c : Fizeau réalise son expérience en 1849, entre Montmartre et le clocheton de la maison de villégiature de son père à Suresnes, sur le bas des coteaux du mont Valérien, ces deux points étant distants d'exactement . La lumière de la lampe passe dans la première lunette et se réfléchit sur un miroir semi-transparent incliné à 45°. Elle passe alors à travers la roue dentée, par une des échancrures, puis part dans l'axe de la seconde lunette située à de là, sur la butte Montmartre. Cette est munie d’un miroir lui permettant de renvoyer la lumière là d'où elle vient, à Suresnes. La lumière est alors récupérée par la première lunette, passe à nouveau à travers la roue dentée, par une des échancrures, traverse le miroir semi-transparent, puis est observée par Fizeau au moyen d'une lunette.