Chapitre 2

Chapitre 2 : Analyse de la lumière émise par les étoiles
En 1835, dans son Cours de philosophie positive, Auguste Comte déclare que nous ne saurons « jamais étudier la
composition des étoiles, leur structure, et, à plus forte raison, la nature des corps qui vivent à leur surface ».
Dès 1860, il fut contredit par les professeurs de chimie et physique de l’université d’Heidelberg, respectivement R.Bunsen
et G.Kirchhoff. Ceux-ci étaient parvenus à expliquer les raies noires présentes dans le spectre de la lumière solaire,
découvertes en 1814 par Fraunhofer. Ils prouvaient alors que l’analyse de la lumière émise ou absorbée par des corps
apporte des renseignements sur leur composition chimique ou leur température.
I- Comment caractérise-t-on une lumière colorée ?
 S'aider des animations de l'ONERA et plus particulièrement de cette copie d'écran.
 Observer le spectre de la lumière blanche et le spectre de la lumière laser : animations d'Edumedia.
L'essentiel :
1. Que représente le spectre d'une lumière colorée ?
2. Comment obtient-on un spectre ?
3. Quelle est la différence entre une lumière monochromatique et une lumière polychromatique ?
4. Par quelle grandeur distingue-t-on des radiations monochromatiques ?
5. Coller le spectre de la lumière blanche visible.
II- Quelles sont les spécificités de la lumière émise par un corps chaud ?
(TP)
On utilisera lors des expériences une lampe ( 6 V ; 100 mA) alimentée par un générateur de tension variable ( faire
varier de 0 à 6 V). Pour analyser la lumière émise par la lampe, on s’aidera d’un spectroscope à réseau.
Répondre aux questions suivantes.
1- L'essentiel
1. Donner deux effets produits par la circulation du courant dans le filament d’une lampe.
2. Augmenter la température du filament, observer et choisir les bonnes réponses parmi les observations suivantes :
o L’intensité des lumières colorées est plus importante
o Le spectre s’enrichit en lumières rouges
o Le spectre s’enrichit en lumières bleues et violettes
o Le spectre s’enrichit en lumières jaunes
3. Le spectre est-il continu ou discontinu ?
4. Ecrire un résumé (à encadrer) faisant la synthèse des réponses précédentes.
2- Compléments
Une étoile se présente comme un corps « chaud » et émet une lumière de spectre continu. La couleur de l’étoile dépend
de sa température de surface.
1. Dans la constellation d’Orion, Rigel est bleutée alors que Bételgeuse est rouge. (image)
Quelle étoile a la température de surface la plus élevée ?
2. Suivant leur température les étoiles appartiennent à différents types spectraux notés A, B, F, G, K, M et O.
Ouvrir le fichier typesétoiles et s’aider de ce fichier pour classer les différents types spectraux des étoiles par température
décroissante.
3. L'étoile Arcturus est une étoile orange de la constellation du Bouvier. (image)
- Possède-t-elle une température de surface inférieure ou supérieure à celle du Soleil ?
- A l'aide de l'animation spectre_surface, donner une estimation de sa température de surface en Kelvin.
- Faire une recherche sur Internet pour vérifier les deux réponses précédentes.
III- Quelles sont les spécificités de la lumière émise par un gaz excité ?
1- Observation de spectres
On dispose d’une lampe à vapeur de mercure (Hg). La lumière est émise par la vapeur de mercure contenu dans une
ampoule et soumise à des décharges électriques. On analyse la lumière émise avec un spectroscope.
- Observer le spectre obtenu. Quelle est la différence essentielle par rapport au spectre de la lumière émise par un corps
chauffé ?
Le tableau suivant donne les longueurs d'onde des raies émises théoriquement par une lampe à vapeur de mercure.
404.7
407.8
Doublet violet
435.8
Bleu
491.6
Indigo
496
Vert bleu
546.1
Vert
577
579.1
Doublet jaune
623.4
Orange
690.7
Rouge
- Quelles longueurs d'onde sont effectivement observées sur l'écran ?
- Recopier le schéma ci-dessous et y placer en respectant l’échelle du document les raies du mercure observées.
 en nm
400
800
Remarque : On peut déterminer le spectre d’un élément en analysant la lumière d’une flamme dans laquelle on place une
solution contenant cet élément.
- Observer les spectres du sodium (Na) et du lithium (Li).
2- L'essentiel
- Recopier et compléter la synthèse suivante à l’aide des mots : spectre de raies ; continu ; discontinu ; violet ; raies ;
numéro atomique ; température.
Des gaz de faible pression et portés à haute température émettent de la lumière. Le spectre obtenu est formé de
plusieurs …………, on dit qu’il est …………………… . Chaque élément du mélange est caractérisé par son
…………………………., c’est sa « signature ».
Exemples de spectres
3- Compléments
A l’aide du spectroscope Ulice, observer les spectres des quatre lampes situées sur un panneau.
Les tubes fluorescents contiennent dans un cylindre en verre un gaz et une poudre située sur les parois.
- Identifier le gaz responsable des raies présentes dans le spectre de la lumière émise par les tubes. Justifier.
Exemples de lampes
IV- Qu'est-ce qu'un spectre d'absorption ?
 S'aider du diaporama "absorption".
1- L'essentiel
1. Qu'est-ce qu'un spectre d'absorption ? (image Nathan)
2. Réécrire la phrase suivante en choisissant le vocabulaire adapté : le spectre d’absorption d’un gaz est composé de raies
« colorées/noires » sur un fond « coloré/noir ».
3. Quelles sont les longueurs d'onde des raies absorbées ?
4. Quels corps peuvent être responsables des raies noires du spectre de la lumière solaire ?
Coller un schéma explicatif.
2- Compléments
Utiliser le logiciel analyse-spectrale.exe pour déterminer quelques éléments présents dans l'atmosphère de Véga, dans la
constellation de la Lyre.