LES DIFFERENTS SPECTRES

 

I. Le spectre continu

II. Le spectre de raies d’émission

III. Le spectre de raies d’absorption

 

I. Le spectre continu


Un gaz à pression élevée, un liquide ou un solide, s'ils sont chauffés, émettent un rayonnement continu. On dit que ce spectre est continu parce que l'on passe progressivement d'une couleur à l'autre (violet, bleu, vert, jaune, orange et rouge) et qu'il n'y a aucune interruption entre les couleurs. Ces couleurs correspondent aux longueurs d'ondes (λ) comprises entre 400 et 800 nm.

© Belin - Terminale S - 1995


II. Le spectre de raies d’émission


Un gaz chaud, à basse pression, émet un rayonnement uniquement pour certaines couleurs bien spécifiques. Le spectre de ce gaz présente un ensemble de raies brillantes. On dit que ce spectre est constitué de raies d’émission. Il ne possède pas toutes les couleurs, mais seulement certaines d’entre elles qui apparaissent comme des raies brillantes. Chaque élément chimique à l’état gazeux ayant son propre spectre de raies, on peut dire que ce spectre est sa signature, comme les empreintes digitales d’ une personne. On peut donc l’utiliser pour l’identifier en tant qu’élément chimique dans une source de lumière astronomique comme une étoile.

 

image10 : Un spectre d'émission

III. Le spectre de raies d’absorption


Un gaz froid, à basse pression, s’il est situé entre l’observateur et la source de rayonnement continue, absorbe certaines couleurs, produisant ainsi dans le spectre des raies d’absorption. A l’endroit de ces raies, il n’y a plus ou plus beaucoup de lumière correspondant à ces couleurs : les atomes du gaz ont absorbé sélectivement cette lumière. La propriété importante de ce spectre est que les raies d’ absorption se produisent au même endroit que les raies d’émission. En fait, les couleurs absorbées par un gaz sont celles qu’il est capable d’émettre.

Donc, pour un élément chimique déterminé, on observe un spectre d’émission si le gaz est chaud ou s’il reçoit une énergie extérieure; on observe un spectre d ’absorption si le gaz est froid et s’il s’interpose entre la source lumineuse et l’ observateur. Dans les deux cas, la structure du spectre de raies est la même, ce qui veut dire que l’on peut identifier un élément chimique aussi bien par son spectre d’émission que par son spectre d ’absorption.

Il faut noter que les spectres, stellaires ou autres, ne sont jamais représentés sous leur forme “arc-en-ciel”, mais sous forme de graphique où la longueur d’onde (c'est à dire la couleur de la lumière) figure sur l’axe horizontal, et l’intensité relative de chaque couleur sur l’axe vertical (voir image 6).

image 6 : graphique longueur d’onde © sciences et vie

Il faut également noter que le rayonnement émis ou absorbé par les atomes d ’un gaz est un rayonnement électromagnétique, c’est à dire qu’il couvre toute l’ étendue des longueurs d’onde, depuis les ondes radio jusqu’aux rayons gamma (voir image 7). Dans la pratique, on se limite au domaine de l’ultraviolet, du visible (ou optique) et de l’infrarouge.

image 7 :étendue des longueurs d’onde © sciences et vie

Si l'on généralise à l'astronomie, l'étude des spectres permet de connaître la composition chimique des étoiles (et des galaxies). Avec des appareils tels que les spectroscopes, on relève de nombreuses raies d'absorption traversant chaque spectre, chaque élément présent à la surface de l'étoile donnant une série de raies caractéristiques. Dès que ces éléments ont été identifiés, la "signature" de l'étoile observée est connue : on dispose ainsi d'une méthode très efficace pour distinguer, entre autres, les différents types d'étoiles...

 

 

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