La Commission française des phares a été créée le 29 avril 1811. En 1819, Arago qui était devenu membre de la Commission française des phares en 1813, proposa de faire un examen systématique des améliorations possibles de l’éclairage des phares. Il demande que Claude Mathieu et Augustin Fresnel soient ses collaborateurs dans ce projet. Sa demande est acceptée le 21 juin 1819, et Augustin accepte de faire partie du comité. Augustin produit son premier rapport sur l’optique et les lampes pour les phares le 29 août 1819, deux mois seulement après avoir commencé à travailler sur le projet.
Il commence son rapport par une analyse complète de la conception des réflecteurs alors en usage. Il a ensuite proposé l’utilisation de lentilles de verre pour remplacer les réflecteurs métalliques, et l’utilisation d’une seule grande lampe de style Argand avec des mèches concentriques pour remplacer les multiples lampes à mèche unique nécessaires avec les réflecteurs.
La première utilisation de lentilles dans les phares avait eu lieu en Angleterre, à la fin des années 1700, et en Amérique en 1810, mais toutes avaient été des échecs en raison de la perte de lumière due à l’épaisseur du verre dans la lentille et à la mauvaise qualité du verre lui-même. Ces lentilles étaient également excessivement lourdes en raison de l’épaisseur du verre.
Pour résoudre les problèmes de poids et d’épaisseur, la proposition de lentille de Fresnel s’est inspirée des conceptions de Buffon et Condorcet, bien que Fresnel n’ait absolument pas eu connaissance de leurs propositions à l’époque. Ces conceptions ont été proposées dans les années 1700, mais n’ont jamais été construites parce qu’il n’était pas techniquement possible de meuler une seule pièce de verre comme l’exigeait Buffon ou de fabriquer les anneaux d’une seule pièce proposés par Condorcet. Après que la conception d’Augustin ait été achevée, il a été informé que Buffon et Condorcet avaient précédemment proposé des conceptions similaires.
Durant l’année 1822, Augustin a travaillé à l’achèvement de sa conception d’une lentille clignotante en utilisant huit de ses panneaux circulaires à éclats en œil de bœuf. Chacun des panneaux à œil de bœuf réfractait (déviait) la lumière dans les directions horizontale et verticale, formant ainsi des faisceaux de lumière. La lumière de chaque panneau à lentilles en forme d’œil de bœuf, éclairée par une lampe à quatre mèches concentriques, a été déterminée comme étant égale à trois et un quart des meilleurs réflecteurs de 31 pouces alors utilisés. En plus des panneaux à lentilles en œil de bœuf, il a ajouté huit petits panneaux à lentilles trapézoïdales, placés à un angle de 25 degrés, au-dessus et derrière les panneaux à lentilles en œil de bœuf. Ces lentilles collectent la lumière au-dessus du brûleur et la dirigent vers huit grands miroirs plats placés à un angle tel qu’ils reflètent la lumière horizontalement au-dessus des panneaux principaux de l’œil de bœuf. Les lentilles trapézoïdales et les miroirs supérieurs étaient conçus pour recueillir environ un quart de la lumière au-dessus du brûleur de la lampe et pour augmenter la durée de l’éclair, tel que vu par le marin, d’environ le double de celle de l’éclair provenant des panneaux principaux à lentilles seuls. Il a également ajouté quatre anneaux de petits miroirs sous les panneaux principaux de l’œil de bœuf, afin de recueillir la lumière sous le brûleur et de la diriger horizontalement vers le voisinage immédiat du phare. Le navigateur voyait une longue période d’obscurité suivie d’un brillant éclair de lumière et d’une autre période d’obscurité, etc. à mesure que la lentille tournait sur son axe.
Augustin a créé plusieurs autres formes de lentilles de phare après sa conception de la première lentille tournante de premier ordre. Il a repris la conception de base de son panneau d’éclair en œil de bœuf, l’a fait tourner autour de son axe vertical et a créé la première lentille fixe en 1824. Ce modèle était constitué de 12 panneaux verticaux formés en cercle. Il a continué à utiliser des miroirs, au-dessus et au-dessous de la ceinture de lentilles principale, et de petites lentilles placées en angle au-dessus et au-dessous de la lampe pour diriger la lumière vers les miroirs supérieurs et inférieurs. Les panneaux principaux du modèle fixe recueillaient la lumière de la lampe et la réfractaient (la courbaient) verticalement en un faisceau horizontal. Le faisceau était aidé par une lumière supplémentaire dirigée dans la direction horizontale à partir des miroirs. La lentille fixe dirigeait la lumière en forme de disque plat, sur un cercle complet de 360 degrés. Le navigateur voyait une lumière constante.
La conception de la lentille fixe a été encore modifiée en 1825, lorsqu’Augustin a ajouté un ensemble de panneaux de flashs tournants pour créer la première lentille fixe/flash. La lentille fixe dirigeait la lumière en forme de disque plat, dans un cercle complet de 360 degrés. Les panneaux flash rotatifs réfractaient horizontalement la lumière de la ceinture fixe, créant ainsi deux à quatre faisceaux lumineux horizontaux. Au fur et à mesure que les panneaux flash tournaient autour des panneaux fixes, le navigateur voyait une lumière fixe suivie d’un éclat brillant de lumière provenant du faisceau du panneau flash, puis à nouveau une lumière fixe.
La lentille qui a tout déclenché, la lentille primaire de Fresnel de premier ordre (1823)
Les lentilles de Fresnel étaient de différentes tailles (ordres), de la plus grande, l’Hyper-radiale, à la plus petite, le Huitième ordre, comme indiqué ci-dessus.
