Les spectres

Le spectre de la lumière

Par Vilisvir — Travail personnel, CC BY-SA 3.0, Lien

Lorsque Isaac Newton étudie un mince faisceau de lumière passant à travers un prisme, il se rend compte que celui-ci produit un "arc-en-ciel" de couleurs. Il comprend que le prisme décompose la lumière du Soleil et que cet "arc-en-ciel" est en fait l'ensemble des différentes couleurs présentes dedans.

1) Longueur d'onde λ ("lambda")

Il est possible de faire correspondre chaque couleur du spectre à une valeur appelée longueur d'onde. Elle est couramment représentée par la lettre grecque lambda λ.

Nous verrons plus tard ce que représente cette unité de longueur exprimée généralement en nanomètre.

2) Spectre de corps noir

Tout objet chaud émet un rayonnement électromagnétique. Le spectre est continu et son intensité maximale se situe à une longueur d'onde d'autant plus petite que sa température est élevée.
Ci-contre, voici les spectres d'une lampe à incandescence et d'une lampe halogène : les spectres sont similaires, mais celui de la lampe à incandescence, plus froide est décalé vers les grandes longueurs d'onde.

Cela permet d'expliquer les couleurs des étoiles : certaines ont une couleur rouge et sont donc plutôt "froides" et d'autre ont une couleur blanche ou bleutée et sont donc chaudes. Notre soleil, jaune a une température intermédiaire d'environ 5500°C à sa surface.

3) Spectres d'émission et d'absorption

a- Emission

Lorsque les atomes d'un gaz sont exités ils peuvent émettre une lumière monochromatique à certaines longueurs d'onde caractéristiques. C'est que l'on peut observer sur les spectrogrammes ci-contre ou bien à travers un spectroscope, comme sur les photos ci-dessous.
Lampe à vapeur d'hydrogène		Lampe à vapeur de mercure		Lampe à vapeur de sodium

Cela permet de reconnaître quel est le gaz ou quels sont les gaz excités à l'intérieur d'une lampe.
Ce n'est pas suffisant pour pouvoir déterminer quels sont les gaz qui composent l'atmosphère d'une planète ou d'une étoile, voir de détecter des nuages de gaz géants présents entre les étoiles dans la galaxie.

b- Absorption

Un atome est susceptible d'absorber les longueurs d'ondes qu'il est capable d'émettre lorsqu'il est excité.
Si un gaz se trouve entre une source de lumière et un observateur, le spectre observé sera amputé des longueurs d'onde correspondant au spectre d'émission de ce gaz. Il est donc alors possible de le détecter !