Un phare est un système de signalisation maritime, constitué d'un puissant système d'éclairage placé généralement en haut d'une tour. Ils sont généralement placés près de la côte. Ils permettent aux navires de repérer la position des zones dangereuses se trouvant près des côtes, ainsi que les ports maritimes.

Les phares maritimes ont été le premier moyen pour les navires de repérer les zones dangereuses et les ports. Aujourd'hui, avec les systèmes de positionnement modernes, leur utilisation se raréfie. Ainsi, il n'y a que 1 500 phares maritimes encore en service dans le monde.

Les premiers phares maritimes sont apparus dans l'Antiquité avec le développement de la marine. Ils sont attestés chez les Grecs et les Romains, et peut-être déjà chez les Puniques, voire les Minoens.

Tout comme les amers naturels (montagnes, volcans, etc.), les phares antiques servaient avant tout pour signaler la côte et plus généralement l'entrée d'un port.

Jusqu'en 1770, on fait un feu de bois sur la plateforme. C'est coûteux et incommode, on ne l'allume donc pas toutes les nuits. On utilise jusqu'à 700 kilogrammes de bois par nuit sur le phare de Chassiron (Oléron)[réf. nécessaire]. Cette année-là, la Compagnie Tourville-Sangrain, qui vient d'obtenir la concession des phares, installe la première lampe à huile munie d'un réflecteur sur le phare de Sète. Ce procédé, moins onéreux, se répand rapidement (phare de Saint-Mathieu,...). On compte 15 phares l'utilisant en 1775. Les phares sont munis d'un réflecteur en cuivre argenté. La portée du phare de Planier (Marseille) atteint 28 kilomètres par beau temps.

Les lampes à huile étant peu puissantes, on multiplie les mèches, mais le résultat est décevant (en 1782, le phare de Cordouan est muni de 84 mèches). Joseph Teulère apporte les améliorations proposées par Borda, les mèches deviennent circulaires et creuses, une invention du Suisse Aimé Argand (1784). Un mécanisme d'horlogerie entrainant le système optique pour réaliser un phare à éclat est utilisé pour la première fois au phare de Dieppe en 1787. En 1791, le phare de Cordouan est équipé de 12 miroirs paraboliques de 81 centimètres construit par Étienne Le Noir sur les indications de Borda. C'est le plus puissant du monde.

En 1792, les phares et balises sont nationalisés mais restent affermés à la Compagnie Tourville-Sangrain. En 1811, les phares passent du Ministère de la marine au Ministère de l'intérieur. Suite aux nombreux problèmes rencontrés, une Commission permanente est créée pour analyser la question. En 1813, c'est l'arrivée de François Arago qui succède à Malus, décédé. Fort occupé et devant les nombreuses plaintes, il s'adjoint un collaborateur : Augustin Fresnel. À eux deux, ils amélioreront la puissance des lampes à huile en munissant les becs de mèches concentriques alimentées par de l'huile sous pression (suivant les traces de Benjamin Rumford, Bertrand Guillaume Carcel et Wagner). Les plus puissantes consommeront jusqu'à 750 grammes d'huile à l'heure.

Fresnel pense que des lentilles sont plus adaptées que des miroirs pour concentrer la lumière. Cependant, des lentilles simples de grands diamètres et de courtes distances focales auraient un poids excessif, seraient peu lumineuses et poseraient des problèmes de dispersion des couleurs. D'où l'idée de lentilles à échelons. L'idée n'est pas neuve, Buffon y avait déjà pensé pour concentrer les rayons du Soleil, mais c'est Fresnel, aidé de l'opticien Jean-Baptiste Soleil qui s'attache à leur construction pratique. La lumière émise par la lampe à l'horizontale est concentrée et la lumière émise en haut et en bas est rabattue vers l'horizon par des miroirs. Testé à Paris en août 1822 (monté sur l'Arc de triomphe de l'Étoile, alors en construction, on peut observer la lumière à 32 kilomètres de là, à Notre-Dame de Montmélian dans la commune de Saint-Witz). Le système est installé le 20 juillet 1823 au phare de Cordouan. Les marins sont enthousiastes et, fort de ce succès, un programme général d'éclairage des côtes françaises est lancé. Ainsi, 28 phares de premier ordre (60 km de portée), 5 de second ordre (40 km) et 18 du troisième ordre (28 km), plus quelques autres sont construits. En 1843, les miroirs destinés à rabattre la lumière (difficiles à fabriquer et qui s'encrassent facilement) sont remplacés par des prismes annulaires. En 1850, il y a 58 phares sur les côtes françaises. Le nombre de naufrages décroit fortement (en France, il passe de 161 par an à 39 entre 1816 et 1831). À la même époque, on compte 126 phares au Royaume-Uni et 138 aux États-Unis. La plupart sont équipés de lentilles de Fresnel [1].

Dès le début du XXe siècle, l'inventeur suédois Gustav Dahlén et la firme AGA créèrent des systèmes capables d'automatiser le fonctionnement des phares et ainsi de supprimer la présence humaine. Cependant, beaucoup de phares restèrent encore habités (jusqu'aux années 1990), notamment parce que le gardien pouvait également participer à des missions de sauvetage. De nos jours, cela est maintenant exceptionnel. Certains phares sont entretenus uniquement parce qu'ils servent d'attraction touristique, mais on continue encore à en construire dans des zones dangereuses, certains produisant un feu directionnel. L'automatisation, si elle a permis de ne plus envoyer des hommes dans des endroits solitaires et dangereux, laisse cependant sans surveillance constante les édifices des merveilles historiques comme Ar-Men, La Vieille ou Kéréon et, au début du troisième millénaire, beaucoup de ces phares peuvent être considérés en danger si aucun plan de sauvegarde volontariste n'est entrepris.

Dans les phares modernes, inhabités, le système de lentilles en rotation est souvent remplacé par des flashs omnidirectionnels, courts et intenses (dans ce cas on concentre la lumière dans le temps plutôt que dans l'espace). Ces signaux lumineux sont similaires à ceux utilisés pour la signalisation aérienne. Leur alimentation électrique est le plus souvent assurée par l'énergie solaire.

L'Union soviétique a également construit un certain de nombre de phares utilisant l'énergie d'un générateur thermoélectrique à radioisotope. Cela pose des problèmes environnementaux, car le mauvais entretien de ces phares inhabités peut entraîner des contaminations radioactives. Cela pose également des problèmes de sécurité, l'élément radioactif pouvant être volé pour faire une bombe radiologique.

La tour sert de support au système d'optique. Sa hauteur détermine sa portée géographique, qui correspond à la distance maximale d'où l'on peut voir le phare.

La forme de la tour est généralement cylindrique. Cela lui permet de mieux résister aux rafales de vent, qui peuvent être très puissantes près des côtes.

Le système d'optique se trouve au sommet de la tour. Il est constitué de la source lumineuse, d'un système de lentilles, le tout est ensuite placé dans une lanterne.

Pour utiliser au mieux l'énergie lumineuse disponible, elle est concentrée :

Le faisceau est aplati sur l'axe vertical pour ne pas s'éparpiller inutilement.
Dans le sens horizontal, un ou plusieurs rayons sont créés simultanément et balayent l'horizon afin d'être vus dans toutes les directions.
Traditionnellement, on concentre la lumière par un système de lentilles en rotation. Dans les très anciens phares, l'éclairage était assuré par une lampe à pétrole et la rotation par un mécanisme d'horlogerie. Le bâti sur lequel reposait l'optique pouvait reposer sur du mercure afin de réduire la friction. On a ensuite utilisé des ampoules et des moteurs électriques, alimentés par un groupe électrogène qui fournissait également l'électricité au gardien du phare.

Il n'est pas évident de concentrer efficacement un flux lumineux à partir d'une source omnidirectionnelle. Pour éviter d'utiliser des lentilles d'une épaisseur trop importante, on a développé le système des lentilles de Fresnel spécifiquement pour cet emploi. Leur conception permet d'obtenir un grand diamètre et une distance focale suffisamment courte, sans le poids et le volume inhérent à des lentilles classiques. Certains phares, comme ceux de Cape Race à Terre-Neuve et le Makap'uu Point de Hawaii utilisent des lentilles hyperradiantes fabriquées par la société Chance Bros.

Pour ne pas être confondus avec d'autres sources lumineuses, les phares émettent une lumière intermittente.