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3
Analyse de la
composition du
sol martien.
Tu dois devenir capable de :
Savoir
1. expliquer le mécanisme de l’émission de lumière par les
atomes excités ;
2. décrire le modèle de l’atome selon Bohr ;
3. citer des exemples d’application de l’émission lumineuse
par les atomes ;
4. expliquer comment on peut déterminer la composition
chimique d’astres très lointains.
Savoir faire
5. schématiser la structure d’un atome dans le modèle de
Bohr à l’aide d’un tableau des éléments.
spectre continu
spectre de raies
transition d’énergie
orbite électronique
niveau d’énergie
spectroscopie

Modèle de l'atome selon Bohr
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Le professeur Calys
1. Comment savoir quels atomes on trouve dans l’univers ?
1.1. Sojourner : le robot qui a analysé le sol de la planète Mars.
Arrivée sur la planète Mars le 4 juillet 1997, la sonde spatiale Pathfinder a déposé sur
le sol de la planète un robot qui a analysé la nature chimique du sol martien : c’est
Sojourner.
Celui-ci était doté d’un instrument d’analyse appelé APXS (Alpha Proton X-ray
Spectrometer). Il s’agit d’un appareil qui émettait des rayons en direction de la
matière qu’il analysait. En fonction du comportement de l’échantillon analysé, il
pouvait alors déterminer la nature chimique des substances qu’il
rencontre.
Nous allons expliquer comment fonctionnait cet instrument dans
le cadre de ce chapitre.
1.2. Comment le professeur Calys
découvrit le “ Calystène ”.
En analysant la lumière
émise par l’ “ étoile mystéri-
euse ”, le professeur Calys
découvrit le Calystène, métal encore inconnu et aux
propriétés étonnantes
2
.
Nous allons voir, dans le cadre de ce chapitre, qu’il est
tout à fait possible de détecter tous les atomes connus
présents dans tout astre brillant dans le ciel, même s’il s’agit
d’une étoile extrêmement lointaine près de laquelle il est
impossible d’aller.
1
Le rayonnement  est constitué d’un flux de particules qui ne sont rien d’autres que des noyaux
d’atomes He. Ce rayonnement est produit par certains phénomènes liés à la radioactivité.
2
Relire l’aventure de Tintin, “ L’étoile mystérieuse ”.
Tintin n’a pas suivi notre cours de sciences

Modèle de l'atome selon Bohr
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2. Absorption d’énergie à l’intérieur des atomes.
2.1. Analogie.
On attache un caillou au bout d’un élastique. On fait tourner le caillou au bout de l’élastique, à la
manière d’une fronde.
Qu’observe-t-on quand le mouvement de rotation du caillou n’est pas très énergique ?
Qu’observe-t-on quand la rotation du caillou est entraînée par un mouvement très énergique ?
2.2. Cas des atomes.
Les atomes peuvent absorber l’énergie en eux-mêmes.
 A l’intérieur du noyau de l’atome ; cette absorption d’énergie se manifeste sous la forme d’agitation
des particules constitutives du noyau. Il faut disposer de quantités d’énergie extrêmement
importantes pour atteindre le noyau de l’atome ; cette quantité d’énergie n’est pas disponible dans
les phénomènes chimiques et biologiques. On parle ici d’énergie nucléaire.
 Dans les électrons qui circulent autour du noyau ; quand on fournit de l’énergie à un atome,
certains électrons peuvent accepter cette énergie. Cela provoque une rotation de ces électrons à
une plus grande distance du noyau (voir l’analogie avec la fronde).
2.3. Émission d’énergie par les atomes.
INFORMATIONS.
Info 1.
Un principe physique fondamental et d’observation courante veut que :
TOUT SYSTEME PHYSIQUE TEND À PERDRE
L’ÉNERGIE QU’IL CONTIENT DE MANIERE À SE
RETROUVER DANS UN ETAT DE PLUS GRANDE
STABILITÉ.
Recherche dans la vie quotidienne des exemples
d’application de ce principe fondamental de la physique.
Info 2.
Lorsqu’un électron a acquis de l’énergie, il tend à rendre
cette énergie. L’émission d’énergie se fait sous la forme de
lumière.
Info 3.
La quantité d'énergie transportée par la lumière est variable: elle dépend de la couleur de la
lumière.
IR
rou ge o r an ge j au ne v ert b le u ind igo v io let
l umiè re vi sib le 
UV
 f a ibl e
én erg ie
grande 
Une lumière qui transporte beaucoup d'énergie est une lumière violette (ou U.V.); une lumière qui
transporte peu d'énergie est une lumière rouge (ou I.R.).
niveau fondamental
niveau excité
perte d’énergie
apport d’énergie

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Info 4.
Un prisme peut décomposer la lumière pour
en faire apparaître les composantes. Celles-ci
se manifestent sous la forme d’un arc-en-ciel
quand la lumière décomposée est blanche.
On parle d’un spectre lumineux continu parce
que toutes les couleurs sont présentes. En réalité, la lumière blanche contient les
couleurs de l’arc-en-ciel. Le prisme ne fait que séparer les différentes composantes
de la lumière blanche.
L’arc-en-ciel est formé d’une infinité de couleurs. La tradition est cependant de distinguer 7
couleurs : le rouge, l’orange, le jaune, le vert, le bleu, l’indigo et le violet.
Questions.
A partir des informations données dans les paragraphes précédents, réponds aux questions et
complète le tableau ci-dessous :
Énergie acceptée
très faible
très grande
S
C
H
E
M
A
Énergie rendue
couleur de la lumière
1. Réalise une série de 7 schémas (du même type que le premier) représentant des atomes H qui
acceptent des quantités de plus en plus grande d’énergie.
2. Sur les 7 dessins, ajoute des indications pour montrer ce que se passe lors de l’absorption
d’énergie.
3. Sur les 7 dessins, ajoute des indications pour montrer ce que se passe lors de l’émission de
l’énergie.
4. Indique 7 couleurs correspondant aux différentes quantités d’énergie dans l’encadré double du bas
du tableau.
5. Que pourra-t-on observer lorsque les 7 atomes perdent leur énergie en même temps ? Quelle
sorte de lumière est émise dans ce cas ?
2.4. Conclusions.
Lors de l’absorption d’énergie, les électrons des atomes sont propulsés vers des orbites
électroniques plus externes.
Lors de la ré-émission d’énergie, les électrons retombent sur des orbites plus basses en émettant
de la lumière.
Chaque sorte de lumière correspond à une transition énergétique dans l’atome. La grandeur de la
transition énergétique détermine la couleur de la lumière émise.
Soleil
prisme
spectre
continu

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3. Observation de la lumière émise par les atomes excités.
3.1. Expérience.
Information
Lors de l’émission de
lumière par les atomes excités,
on observe que toutes les
couleurs de l’arc-en-ciel
n’apparaissent pas : certaines
couleurs manquent. Plutôt que
d’observer des spectres
continus, on observe des
spectres de raies.
L’image ci-dessous
présente trois fois le spectre
de raies de l’atome H à
différentes intensités
lumineuses. Pour des raisons
de lisibilité dans ce document,
l’image est présentée en négatif (les raies lumineuses colorées sont les lignes sombres)
QUESTIONS
Lors de l’observation de la lumière émise par des atomes X, on n’observe pas les couleurs de
lumière suivantes : jaune, vert et indigo.
1. Que peut-on en conclure sur les transitions énergétiques dans l’atome X.
2. Cette observation est-elle compatible avec le modèle de l’atome selon Rutherford-Chadwick ?
3. Quel document le professeur Calys tient-il en main dans l’illustration de la page 20 ? Quelle
découverte vient-il de faire grâce à ce document ? Relis éventuellement l’aventure de Tintin
“ L’étoile mystérieuse ”.