La vitesse de la lumière dans le vide est exactement 299 792 458 mètres par seconde, soit environ 300 000 km/s. Cette valeur est une constante physique fondamentale, notée c. Depuis 1983, elle est fixée par définition dans le Système international d’unités et sert de référence pour définir le mètre.
Astuce de mémorisation
La phrase suivante encode la valeur exacte par le nombre de lettres de chaque mot : « We guarantee certainty, clearly referring to this light mnemonic. » Compter les lettres : 2 – 9 – 9 – 7 – 9 – 2 – 4 – 5 – 8. Résultat : 299 792 458. Une phrase, neuf chiffres, aucune erreur possible.
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L’essentiel à savoir
Une constante, pas une mesure
Depuis 1983, la vitesse de la lumière dans le vide n’est plus une grandeur mesurée : elle est fixée par convention à exactement 299 792 458 m/s. C’est à partir de cette valeur que le mètre est défini, et non l’inverse. Un mètre est la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 de seconde.
Cette décision, prise par la Conférence générale des poids et mesures, a mis fin à des siècles de mesures de plus en plus précises. La valeur est exacte par définition, sans incertitude. Toute incertitude de mesure se reporte désormais sur d’autres grandeurs, comme la fréquence des horloges atomiques.
Pourquoi c dans les équations ?
La lettre c vient du latin celeritas, qui signifie rapidité. Elle est utilisée dans les équations de physique depuis le 19e siècle. Elle apparaît notamment dans la relation la plus célèbre de la physique moderne : E = mc², formulée par Albert Einstein en 1905 dans le cadre de la relativité restreinte. Cette équation établit l’équivalence entre masse et énergie, avec c comme facteur de conversion.
La lumière dans d’autres milieux
La valeur 299 792 458 m/s est strictement valable dans le vide. Dans tout autre milieu, la lumière ralentit. Dans l’eau, elle circule à environ 225 000 km/s. Dans le verre, à environ 200 000 km/s. Le rapport entre la vitesse dans le vide et la vitesse dans un milieu donné définit l’indice de réfraction de ce milieu, paramètre central en optique.
La lumière visible partage cette vitesse c avec toutes les ondes électromagnétiques : ondes radio, infrarouges, ultraviolets, rayons X. Dans le vide, toutes se propagent à la même vitesse. C’est l’une des bases de l’électromagnétisme classique, formulée par James Clerk Maxwell dans les années 1860, bien avant Einstein.
Des distances astronomiques en temps-lumière
En astronomie, c sert à exprimer des distances. La lumière du Soleil met environ 8 minutes et 20 secondes pour atteindre la Terre. Celle de la planète la plus proche du Soleil, Mercure, met environ 3 minutes et 13 secondes pour atteindre notre étoile. La lumière de l’étoile la plus proche du système solaire, Proxima Centauri, met 4,24 ans pour parvenir jusqu’à nous.
Vitesse de la lumière dans le vide : 299 792 458 m/s
Une constante fixée par définition depuis 1983. Exacte, sans incertitude.
Valeur exacte
299 792 458
mètres par seconde
Notation
c
du latin celeritas, rapidité
Fixée par définition
1983
Conférence générale des poids et mesures
Soleil vers la Terre
8 min 20 s
distance : ~150 millions de km
c dans E = mc²
Dans la relation d’Einstein, c apparait au carré : 299 792 458² = environ 9 × 10¹⁶. C’est ce facteur colossal qui explique qu’une infime quantité de masse libère une énergie gigantesque.
Le savais-tu ?
La lumière fait environ 7,5 tours complets de la Terre en une seule seconde. Dit autrement, si un photon partait de Paris, il ferait le tour du globe et reviendrait à son point de départ sept fois et demie avant qu’une seconde ne soit écoulée. Cette vitesse est une limite absolue : aucun objet ayant une masse ne peut l’atteindre, et encore moins la dépasser, selon la relativité restreinte.
Questions fréquentes
Peut-on dépasser la vitesse de la lumière ?
Non, selon la relativité restreinte d’Einstein. Tout objet possédant une masse verrait son énergie nécessaire pour accélérer tendre vers l’infini à mesure qu’il approche de c. Seules les particules sans masse, comme le photon, se propagent à cette vitesse. Certains phénomènes semblent dépasser c, comme l’expansion de l’univers, mais aucune information ni matière ne se déplace réellement plus vite.
La lumière va-t-elle aussi vite dans l’eau ou le verre ?
Non. La valeur 299 792 458 m/s est valable uniquement dans le vide. Dans l’eau, la lumière circule à environ 225 000 km/s, soit 75 % de sa vitesse maximale. Dans le verre optique, elle descend à environ 200 000 km/s. Ce ralentissement est caractérisé par l’indice de réfraction du milieu, paramètre central en optique et en fabrication de lentilles.
Comment le mètre est-il défini à partir de c ?
Depuis 1983, un mètre est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant 1/299 792 458 de seconde. La valeur de c étant fixée par convention, c’est la précision des horloges atomiques qui détermine la précision des mesures de longueur. Cette définition est plus stable que toute référence physique matérielle.
Qui a mesuré la vitesse de la lumière pour la première fois ?
Le Danois Ole Rømer est le premier à avoir estimé la vitesse de la lumière en 1676, en observant les décalages dans les éclipses des lunes de Jupiter. Il obtint une valeur d’environ 220 000 km/s, loin de la valeur exacte mais juste dans son principe. Les mesures se sont affinées progressivement jusqu’à la fixation définitive de 1983.
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