Cours de physique 2nde – chapitre I

2nde – cours de physique - univers 4
SPECTRES LUMINEUX
1. Observation d’un spectre lumineux
1.1. Qu’est-ce qu’un spectre lumineux ?
Un spectre lumineux est la figure, constituée d’un ensemble de raies ou de bandes colorées
juxtaposées, obtenue par la décomposition d’un faisceau de lumière par un système dispersif.
1.2. Systèmes dispersifs
Un système dispersif est un dispositif qui provoque la dispersion de la lumière.
La dispersion est la séparation des différents radiations lumineuses monochromatiques
constituant un faisceau lumineux.
Une radiation lumineuse monochromatique correspond à une lumière d’une seule couleur. Elle
se comporte comme une onde, elle est caractérisée par une longueur d’onde notée λ dont
l’unité est le nanomètre (nm)
Exemples de systèmes dispersifs
 le prisme de verre : lorsqu’un faisceau lumineux traverse un prisme, il est à la fois
réfracté (les rayons lumineux sont déviés lors du changement de milieu transparent) et
dispersé (la déviation est différente pour les radiations lumineuses).
 le spectroscope à réseau : dans ce cas, ce n'est pas la réfraction de la lumière qui est
à l'origine de la dispersion, mais un autre phénomène physique.
2. Spectres d'émission
2.1. Lumière émise par un corps incandescent
La lumière émise par un corps incandescent (filament d’une lampe à incandescence, Soleil...)
présente un spectre continu. La couleur de la lumière émise et la composition du spectre
dépendent de sa température. Plus le corps est chaud plus il s’enrichit en radiations de faibles
longueurs d’onde.
La lumière blanche (émise par le Soleil ou le filament d'une lampe à incandescence) est
polychromatique. Elle est constituée de l'ensemble des radiations lumineuses
monochromatiques dont la longueur d'onde varie entre 400 et 750 nm environ.
2.2. Lumière émise par une lampe à décharge
La lumière émise par des lampes à décharges électriques contenant un gaz ou des vapeurs
métalliques sous faible pression présente un spectre de raies.
Un spectre de raies est caractéristique d’une entité chimique (atome ou ion) ; c’est, en
quelque sorte, la signature de cette entité chimique.

Chaque raie correspond à une radiation monochromatique de longueur d’onde, bien
déterminée.
Exemple : le spectre d’émission de la vapeur de sodium présente deux raies jaunes très
rapprochées correspondant à des radiations lumineuses de longueur d’onde égales à 589,0 et
589,6 nm.
3. Spectres d’absorption
Le spectre de la lumière blanche ayant traversé un milieu transparent coloré présente des
bandes sombres. Les radiations correspondantes ont été absorbées.
L’étude du spectre d’absorption d’une substance chimique permet d’identifier les entités
chimiques qu’elle contient.
Une entité chimique (atome, ion ou molécule) ne peut absorber que les radiations qu’elle est
susceptible d’émettre. Les spectres d’émission et d’absorption d’une même entité chimique
sont donc complémentaires.
4. Application à l’astrophysique
L’étude de la lumière émise par une étoile permet d’avoir des informations la concernant :
4.1. Couleur de l’étoile
La couleur de l’étoile permet de connaître sa température superficielle.
Température
moyenne (° C )
3 000
5 500
8 000
> 11000
Couleur
rouge orangé
jaune
blanche
bleutée
exemple
Bételgeuse
Soleil
Sirius
Rigel
4.2. Composition chimique
Le spectre de la lumière émise par une étoile est continu mais présente de nombreuses bandes
noires. Ces bandes noires correspondent aux radiations lumineuses absorbées lorsque la
lumière émise traverse l’atmosphère de l’étoile.
Les raies d’absorption sont caractéristiques des atomes et des ions présents dans son
atmosphère (voir activité n° 2).
Le Soleil est essentiellement constitué d'hydrogène (H) et d'hélium (He)