Spectres lumineux

 

 

I. Les spectres d'émission

1. Définition

Le spectre d’une lumière est l’image que l’on obtient en décomposant cette lumière à l’aide d’un prisme (ou d’un réseau).

 

2. Spectres continus d'émission

Définition: Un spectre continu se présente sous la forme d’une bande colorée unique contenant une infinité de radiations.

Un corps chaud (le filament de la lampe par exemple) émet une lumière dont le spectre est continu.

Spectre de la lumière blanche (spectre continu d’émission)

 

3. Spectre et température

La lave en fusion est un corps chaud qui émet un rayonnement. On peut évaluer sa température en observant sa couleur.

Si à l'aide du curseur d’un rhéostat, on fait varier l'intensité lumineuse émise par une lampe à incandescence, on obtient les spectres suivants:

Lorsque l'intensité lumineuse de la lampe augmente (donc lorsque la température du filament de la lampe augmente), on assiste à l'apparition progressive des couleurs vers le bleu.

 

Conclusion

Un corps chaud émet un rayonnement dont le spectre s'enrichit en longueurs d'ondes courtes (bleu et violet) lorsque sa température augmente.

 

4. Spectre de raies d'émission

Le spectre donné par une lampe à vapeur de sodium ou à vapeur de mercure est discontinu.

La lumière émise par ces lampes est composée d'un nombre limité de radiations. Leur spectre est un spectre de raies d'émission.

 

Spectre d'une lampe à vapeur de sodium

 

Spectre d'une lampe à vapeur de mercure

 

A chaque raie correspond une radiation monochromatique.

Un spectre de raie permet d'identifier un élément chimique sans ambiguïté. Le spectre de raies est la signature de l'élément chimique.

 

 

II. Les spectres d'absorption

1. Spectres de raies d'absorption:

Lorsqu'une substance est traversée par de la lumière blanche, le spectre obtenu est constitué de raies noires se détachant sur un spectre coloré.

 

Définition: Le spectre d’absorption d’une substance est le spectre de la lumière obtenue après traversée de cette substance par la lumière blanche.

 

Spectre d'absorption du sodium

 

Spectre d'absorption du mercure

 

La substance «absorbe» certaines radiations.

 

2. Un atome ou un ion ne peut absorber la lumière qu’il est capable d’émettre

Pour une même substance (même élément chimique), les raies d'absorption correspondent aux raies d'émission. Un élément chimique absorbe les radiations qu'il est capable d'émettre.

Les raies d'absorption et d'émission ont donc la même longueur d'onde.

 

Exemple: Les raies noires du spectre d'absorption du lithium correspondent aux raies colorées de son spectre d'émission.

 

Spectres d’émission et d’absorption du lithium

 

 

III. Application à l'astrophysique

1. Température de surface des étoiles

Une étoile est une énorme boule de gaz très chaud et très condensé. La lumière qui nous parvient est issue de la surface de l’étoile appelée photosphère. La couleur de l’étoile dépend de la température de la photosphère. Plus cette température est élevée, plus le spectre s'enrichit en longueurs d'ondes courtes (bleu et violet).

 

2. Composition chimique de l’atmosphère des étoiles

Avant de nous parvenir, la lumière issue de la photosphère traverse l’atmosphère de l’étoile. Les atomes ou ions présents dans l’atmosphère de l’étoile absorbent certaines radiations et créent ainsi des raies sombres sur le spectre de l’étoile.

Les raies d’absorption du spectre d’une étoile renseignent sur la composition chimique de son atmosphère.