Chapitre 3

Les messages de la lumière

Un spectre lumineux est une figure obtenue par décomposition d’une lumière en radiations monochromatiques.

Un spectre peut-être obtenu par un prisme, un réseau, ou directement regardé à l’aide d’un spectroscope.

A / Les spectres d’émission

1 / Spectre d’émission continu

Tout corps chauffé à une température suffisante émet une lumière dont le spectre est continu.

Schéma :      spectre d’une lampe à incandescence

Lorsque la température du corps s’élève, le spectre devient plus lumineux (plus intense) et s’enrichit en radiations de courtes longueurs d’ondes (vertes, bleues, puis violettes).

2 / Spectre de raies d’émission

Un gaz chaud à basse pression émet une lumière dont le spectre est formé de raies (on excite les atomes, qui sont sous faible pression, grâce à des décharges électriques).

Exemple :     spectre d’émission du sodium

Conclusion :

Un gaz, à faible pression et à température élevée, émet une lumière constituée d’un nombre limité de radiations : on obtient un spectre de raies (spectre discontinu).

Un spectre de raies constitue la signature d’un élément chimique et révèle sa présence (il est caractéristique des atomes du gaz qui émettent les radiations).

Il permet d’identifier une entité chimique (atome ou ion).

B / Les spectres d’absorption

1 / Spectres de raies d’absorption

Un gaz à basse pression traversé par de la lumière blanche absorbe les radiations qu’il est capable d’émettre lorsqu’il est chaud.

Le spectre obtenu comporte des raies noires d’absorption.

Exemple :                 spectre d’absorption du sodium

                                   spectre d’émission du sodium (pour rappel)

Conclusion :

Un gaz, à basse pression et à basse température, traversé par une lumière blanche donne un spectre d’absorption.

Le spectre de la lumière transmise est constitué de raies noires se détachant sur le fond coloré du spectre de la lumière blanche.

Le gaz absorbe les radiations qu’il est capable d’émettre. Un spectre d’absorption est caractéristique de la nature chimique d’un atome ou d’un ion.

2 / Spectres de bandes d’absorption

La lumière transmise par une solution éclairée en lumière blanche donne un spectre de bandes d’absorption.

La couleur de la solution résulte des radiations qui ne sont pas absorbées (donc des radiations transmises et récupérées par l’œil)..

Exemple :     spectre de bandes d’absorption du permanganate de potassium

La solution de permanganate de potassium est violette (lumière transmise rouge et voilette).

Les radiations absorbées dépendent de la nature du milieu et de sa concentration (il absorbe davantage à concentration élevée).

Un spectre de bande est caractéristique de la substance dissoute et permet donc de l’identifier.

C / Application à l’astrophysique (lumière des étoiles)

1 / Le spectre d’une étoile

Les connaissances sur la structure des étoiles proviennent uniquement de l’analyse du rayonnement que nous en recevons.

Une étoile peut être considérée comme une boule de gaz sous haute pression (dont la limite est la photosphère) recouverte d’une atmosphère (appelée chromosphère).

Une étoile va donc émettre un spectre continu (émis par la photosphère), qui permet d’évaluer sa température, sur lequel se positionne des raies noires (absorption de la chromosphère) qui permettent d’indiquer la composition chimique de la chromosphère.

2 / Structure du Soleil

L’analyse de la lumière émise par le Soleil nous indique :

. que la  température de surface du Soleil, appelée photosphère, est de l’ordre de 5500°C.

. que l’atmosphère autour du Soleil, appelée chromosphère, est constituée de plus de 20000 raies d’absorption répertoriées. Les éléments les plus abondants sont l’hydrogène ( 78,4 % en masse ) et l’hélium ( 19,6 % en masse).

3 / Température de surface d’une étoile

On peut faire le classement des étoiles selon leur température de surface et leur couleur.

La couleur d’une étoile traduit sa température. Une étoile bleue est plus chaude qu’une étoile jaune.

Exemple :

Remarque (pour moi) :

Rigel et Bételgeuse sont dans la constellation d’Orion.