DécrireUne lumière avec ses radiations et leurs longueurs d’onde.
DistinguerSpectres continus, de raies d’émission et d’absorption.
IdentifierUn élément chimique grâce à sa signature spectrale.
Partie 01La lumière blanche est un mélange de couleurs
Une lumière qui semble simple à l’œil peut contenir plusieurs lumières colorées appelées radiations. Les gouttes de pluie séparent par exemple la lumière du Soleil et font apparaître les couleurs de l’arc-en-ciel.
Une lumière polychromatique contient plusieurs radiations. Une lumière monochromatique ne contient qu’une seule radiation.
La longueur d’onde
Chaque radiation est caractérisée par sa longueur d’onde, notée λ. Elle s’exprime en mètre, mais on utilise souvent le nanomètre : 1 nm = 10−9 m.
L’œil humain est sensible aux radiations comprises approximativement entre 400 nm, dans le violet, et 800 nm, dans le rouge.
Partie 02Comment observer les couleurs d’une lumière ?
Pour séparer les radiations d’une lumière, on utilise un système dispersif : un prisme ou un réseau. La figure colorée obtenue constitue le spectre de cette lumière.
Source lumineuse
→Prisme ou réseau
→Spectre sur l’écran
L’appareil qui permet d’observer ou d’enregistrer un spectre s’appelle un spectroscope ou un spectromètre.
Partie 03Les spectres d’émission
Un spectre d’émission est le spectre d’une lumière directement émise par une source : lampe, étoile ou gaz excité.
Spectre continu thermiqueUn corps dense porté à haute température émet toutes les couleurs sans interruption. Le spectre dépend de sa température et s’enrichit vers le violet quand celle-ci augmente.
Spectre de raiesUn gaz à basse pression excité émet seulement certaines radiations : des raies colorées apparaissent sur un fond noir.
Chaque élément chimique possède un ensemble de raies qui lui est propre : sa signature spectrale.
Partie 04Les spectres d’absorption
Lorsqu’une lumière blanche traverse un gaz froid, certaines radiations sont absorbées. Le spectre continu est alors interrompu par des raies noires.
Un gaz absorbe exactement les mêmes longueurs d’onde que celles qu’il est capable d’émettre lorsqu’il est excité. Les raies noires d’absorption occupent donc les mêmes positions que ses raies colorées d’émission.
Partie 05Identifier la composition d’un gaz
L’analyse spectrale consiste à comparer les raies observées avec des spectres de référence mesurés en laboratoire.
Mesurer la longueur d’onde des raies colorées ou noires du spectre étudié.
Comparer leurs positions aux raies connues d’éléments purs : hydrogène, hélium, sodium, calcium, fer…
Identifier les éléments dont plusieurs raies caractéristiques coïncident.
Plus le nombre de raies concordantes est élevé, plus l’identification de l’élément chimique est fiable.
Partie 06Le spectre du Soleil
La photosphère du Soleil, à environ 5 500 °C, émet un rayonnement thermique continu. Cette lumière traverse ensuite les gaz plus froids de l’atmosphère solaire.
Ces gaz absorbent certaines radiations : le spectre reçu sur Terre contient de fines raies noires de Fraunhofer.
La comparaison de ces raies avec les spectres de laboratoire révèle notamment la présence d’hydrogène, de calcium, de sodium, de magnésium et de fer dans l’atmosphère solaire.
Le sais-tu ? En 1868, une raie solaire inconnue a conduit à prévoir l’existence de l’hélium, isolé sur Terre seulement en 1895.
SynthèseÀ retenir
Domaine visibleLes longueurs d’onde visibles s’étendent approximativement de 400 à 800 nm.
Spectre continuIl est émis par un corps dense chauffé et dépend de sa température.
Spectre de raiesIl est produit par un gaz à basse pression et dépend de sa nature chimique.
Signature spectraleLes raies d’émission et d’absorption permettent d’identifier les éléments présents.