299 792 458 m/s : ce nombre n'est pas une mesure approximative arrondie au fil des siècles.
C'est une valeur exacte, fixée une fois pour toutes par une décision internationale en
Dans le vide, la lumière parcourt cette distance chaque seconde, et cette célérité c sert aujourd'hui de référence pour définir le mètre lui-même. Au lycée, cette valeur exacte se retrouve le plus souvent arrondie à :
pour simplifier les calculs. Cette fiche détaille la valeur exacte, la notation scientifique associée, sa conversion en km/h, et pourquoi cette vitesse reste la même partout dans l'Univers.
Présentation de la lumière et de sa propagation 🌞
La lumière est une onde électromagnétique constituée de particules : les photons. Elle se propage à une vitesse finie, notée c, qui dépend du milieu traversé.
La lumière est un élément essentiel à la vie de très nombreux êtres vivants.
Une particule est dite subatomique quand elle est de taille inférieure à celle de l'atome et notamment du noyau. On analyse ces éléments dans la physique des particules !
L'atmosphère, les nuages, le sol ou les océans reçoivent la lumière solaire et en renvoient une partie dans toutes les directions : on dit qu'ils diffusent la lumière.
La Lune, les planètes, les comètes et tous les corps du système solaire sont éclairés par le Soleil et visibles car leur surface diffuse une partie de cette lumière.
Les photographes utilisent des écrans diffusants pour obtenir un éclairage sans ombre sur le sujet. Les planètes, les nuages ou ces écrans sont des objets qui ne produisent pas de lumière eux-mêmes : ce sont des sources secondaires de lumière.
Une onde se propage dans un milieu qui le lui permet, car la propagation résulte de la mise en mouvement d'une particule dans le temps et dans l'espace par rapport à ce milieu. On caractérise la propagation d'une onde par sa vitesse à l'aide de la formule :
où c est la célérité de l'onde, λ sa longueur d'onde et f sa fréquence.
La célérité de l'onde dans le vide, notée c, est toujours supérieure ou égale à la célérité v de cette même onde dans un autre milieu (v < c). L'indice de réfraction n = c/v est donc toujours inférieur à 1 pour tout milieu autre que le vide.
🌈 La nature ondulatoire de la lumière
La lumière peut être décrite comme une onde électromagnétique, superposition d'ondes sinusoïdales caractérisées par leur fréquence f
Elle se propage dans le vide à la vitesse c, donc λ = c/f
Dans le domaine visible, l'œil perçoit chaque longueur d'onde comme une couleur spécifique, avec λ comprise entre 400 nm (violet) et 800 nm (rouge), pour des fréquences comprises entre 4 et 8×10¹⁴ Hz
Quelle est la vitesse exacte de la lumière ? 🔢
Dans le vide, la vitesse de la lumière est :
C'est une valeur exacte, fixée par convention par le Bureau international des poids et mesures (BIPM) en 1983 : ce n'est plus une mesure entachée d'incertitude, elle sert de référence à l'unité de longueur du Système international.
📏 Une valeur exacte, pas mesurée
Avant
le mètre était défini indépendamment, et la vitesse de la lumière devait être mesurée avec les incertitudes propres à toute mesure physique.
La Résolution 1 de la 17ᵉ Conférence générale des poids et mesures (CGPM, 1983) a inversé la logique : c'est désormais le mètre qui se définit à partir de c, et non l'inverse. Depuis cette date, 299 792 458 m.s⁻¹ n'a plus aucune incertitude : c'est un nombre fixé par convention, pas un résultat expérimental.
📜 La définition du mètre par le BIPM
La définition en vigueur du Système international (26ᵉ CGPM, 2018) reformule ce principe : le mètre est l'unité SI de longueur, définie en fixant la valeur numérique de la vitesse de la lumière dans le vide c à 299 792 458 lorsqu'elle est exprimée en m.s⁻¹.
The metre, symbol m, is the SI unit of length. It is defined by taking the fixed numerical value of the speed of light in vacuum c to be 299 792 458 when expressed in the unit m s⁻¹.
BIPM, définition SI du mètre (bipm.org)
Cette reformulation de 2018 ne change pas la valeur numérique fixée en 1983 : elle en modernise seulement l'expression, en cohérence avec la définition de la seconde à partir de la fréquence du césium 133.
Quelle est la vitesse de la lumière 3×10⁸ ? 🧮
La valeur :
Soit 300 000 km/s, est l'arrondi pédagogique de la valeur exacte 299 792 458 m.s⁻¹.
C'est cette valeur usuelle qu'on retrouve dans la plupart des exercices de lycée, car l'écart avec la valeur exacte est négligeable pour ces calculs.
✏️ Pourquoi arrondir à 3×10⁸ m/s ?
L'écart entre 299 792 458 m.s⁻¹ et 300 000 000 m.s⁻¹ représente moins de 0,07 %. Pour la quasi-totalité des exercices de physique-chimie au lycée, cet écart est négligeable.
L'arrondi :
suffit à obtenir des résultats corrects, tout en simplifiant les calculs mentaux et les ordres de grandeur.
🔍 Lire la notation scientifique 3×10⁸
La notation 3×10⁸ se lit « 3 fois 10 puissance 8 », soit 3 suivi de 8 zéros : 300 000 000. Cette écriture en notation scientifique est la norme au programme de physique-chimie de la voie générale et technologique (GT), qui inscrit l'invariance de la vitesse de la lumière comme notion exigible en terminale spécialité :
| Écriture | Valeur | Usage |
|---|---|---|
| Valeur exacte | 299 792 458 m.s⁻¹ | Définition légale du mètre (BIPM) |
| Notation scientifique arrondie | 3×10⁸ m.s⁻¹ | Exercices de lycée |
| Équivalent en km/s | ≈ 300 000 km.s⁻¹ | Ordre de grandeur usuel |
Quelle est la vitesse de la lumière en km/h ? 🚗
En convertissant 299 792 458 m/s en km/h (multiplication par 3,6), on obtient environ 1 079 252 848,8 km/h. Ce résultat est un simple calcul déterministe à partir de la valeur BIPM, pas une donnée mesurée séparément.
À cette vitesse, la lumière du Soleil met environ 8 minutes et 20 secondes pour atteindre la Terre, distante de 150 millions de kilomètres. Dans l'air, la célérité de la lumière est pratiquement égale à sa célérité dans le vide, ce qui justifie qu'on utilise la même valeur c pour les deux milieux dans la plupart des exercices.
Vitesse de la lumière convertie
km/h, calculés à partir de la valeur exacte du BIPM (299 792 458 m/s × 3,6)
Combien de temps la lumière met-elle pour parcourir une distance donnée ? 🪐
Connaître la vitesse de la lumière permet de répondre à une question simple : combien de secondes faut-il à un rayon lumineux pour couvrir une distance donnée ? Il suffit de diviser cette distance par c.
Pour le trajet Soleil-Terre (environ 150 millions de kilomètres), le calcul donne un peu plus de 8 minutes, ce qui signifie concrètement que l'image du Soleil que tu regardes te montre son état d'il y a 8 minutes, pas son état présent.
Le même raisonnement s'applique à toutes les échelles du système solaire. Jupiter, en moyenne à 778 millions de kilomètres du Soleil (donc encore plus loin de la Terre selon la configuration orbitale), reçoit une lumière solaire qui a déjà voyagé plus de 43 minutes lorsqu'elle l'atteint.
C'est pour cette raison que les sondes qui explorent Jupiter mettent elles-mêmes de longues minutes à transmettre leurs images vers la Terre : la vitesse de la lumière fixe aussi la vitesse maximale à laquelle une information radio peut voyager dans l'espace.
Temps = distance / c.
Pour la Terre, distance ≈ 1,5×10¹¹ m, donc temps ≈ 500 s, soit environ 8 min 20 s. Pour Jupiter, distance moyenne au Soleil ≈ 7,78×10¹¹ m, donc temps ≈ 2 600 s, soit environ 43 minutes. Cette réponse ne dépend que de c et de la distance parcourue : aucune autre donnée n'entre dans le calcul.
Cette vitesse n'est pas qu'une donnée de calcul : c'est une limite fondamentale. Aucun objet, aucune matière et aucune information ne peut se propager plus vite que c dans le vide, quelle que soit la distance à parcourir.
C'est cette limite, intégrée à la théorie de la relativité restreinte, qui interdit par exemple d'envoyer un message instantané vers une sonde en orbite autour de Jupiter : la réponse à une commande met nécessairement plusieurs dizaines de minutes à revenir.
À noter : c'est justement en observant Jupiter que l'astronome Ole Rømer a obtenu, en
la première estimation de cette vitesse, en mesurant le décalage des éclipses de ses lunes selon la distance Terre-Jupiter.
Sa méthode, bien avant les unités et instruments modernes, reste citée en cours de physique comme la première preuve que la lumière se propage à vitesse finie plutôt qu'instantanément !
Pourquoi la vitesse de la lumière est-elle la même partout ? ⚡
Dans le vide, la vitesse de la lumière est la même dans tous les référentiels galiléens, quel que soit le mouvement de la source ou de l'observateur. Ce principe d'invariance, postulé par Einstein en 1905 dans le cadre de la relativité restreinte, a depuis été confirmé par de nombreux tests expérimentaux.
Le programme de physique-chimie de terminale spécialité (Éduscol, BO spécial n°8 du 25 juillet 2019) inscrit explicitement cette invariance comme notion exigible du thème « Temps, mouvement et évolution ».
Concrètement, que tu mesures la vitesse de la lumière depuis la Terre ou depuis un vaisseau en mouvement, tu obtiens toujours
dans le vide !
C'est une propriété fondamentale de l'Univers, pas un effet du référentiel choisi. On peut écrire cette invariance comme un postulat plutôt qu'un résultat démontré : c'est justement parce qu'elle est admise comme telle depuis plus de cent vingt années, sans qu'aucune expérience ne l'ait jamais contredite, que c a le statut de constante universelle, au même titre que la masse de l'électron ou la charge élémentaire.
Cette invariance explique aussi pourquoi la réfraction de la lumière (le changement de direction d'un rayon lumineux à la traversée de deux milieux) se calcule toujours à partir du même c de référence. L'indice de réfraction d'un milieu s'exprime comme :
Où v est la vitesse de la lumière dans ce milieu : plus v est faible par rapport à c, plus le milieu est réfringent.
| Milieu | Vitesse de la lumière (approx.) | Indice de réfraction n = c/v |
|---|---|---|
| Vide | 299 792 458 m.s⁻¹ | 1 (valeur de référence) |
| Air | ≈ 299 700 000 m.s⁻¹ | ≈ 1,0003 |
| Eau | ≈ 225 000 000 m.s⁻¹ | ≈ 1,33 |
Retiens l'essentiel : 299 792 458 m.s⁻¹ est la valeur exacte de la vitesse de la lumière dans le vide, 3×10⁸ m.s⁻¹ son arrondi pédagogique, et 1 079 252 848,8 km/h sa conversion. Cette constante, invariante dans tous les référentiels galiléens, structure une bonne partie de la physique-chimie au lycée : de la propagation des ondes aux lois de Descartes sur la réfraction !
Sources 📚
- Bureau international des poids et mesures (BIPM). "Résolution 1 de la 17ᵉ CGPM." Comptes rendus de la 17ᵉ Conférence générale des poids et mesures, 1983, https://www.bipm.org/en/committees/cg/cgpm/17-1983/resolution-1.
- Bureau international des poids et mesures (BIPM). "Définition du mètre." Unités de base du SI, 2018, https://www.bipm.org/en/si-base-units/metre.
- Bureau international des poids et mesures (BIPM). "Résolution 1 de la 26ᵉ CGPM." Comptes rendus de la 26ᵉ Conférence générale des poids et mesures, 2018, https://www.bipm.org/en/committees/cg/cgpm/26-2018/resolution-1.
- Éduscol, Ministère de l'Éducation nationale. "Programmes et ressources en physique-chimie voie GT." BO spécial n°8 du 25 juillet 2019, 2019, https://eduscol.education.fr/1648/programmes-et-ressources-en-physique-chimie-voie-gt.
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