IV. Interaction Lumière
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1 IV) INTERACTION LUMIERE- MATIERE 1. Constitution de la matière: Les atomes ont tendance à s’associer pour former des molécules stables par mise en commun d’électrons.. Lorsque la lumière arrive sur la matière, ces atomes et molécules peuvent réagir de diverses manières. 2. Absorption de la lumière: Lorsqu‘une lumière atteint une molécule, celle-ci reçoit une onde électromagnétique de fréquence f située dans le domaine du visible. Si cette fréquence correspond à la fréquence de vibration des électrons des liaisons de la molécule, il y absorption de la lumière. L’énergie lumineuse absorbée par la molécule est convertie en énergie de vibration et de rotation des atomes. Ceci provoque l’échauffement du corps absorbant. Celui-ci paraîtra coloré s’il ne restitue que certaines longueurs d’ondes et noir dans le cas où il ne restitue rien. Si aucune absorption n’intervient, la molécule est transparente ou blanche . 3. Fluorescence: Une matière fluorescente absorbe une partie de la lumière qu’elle reçoit et émet une lumière de fréquence plus petite et de longueur d’onde plus grande que celle absorbée. h.c E1 : énergie de la lumière incidente E1 = λ1 h.c E2 : énergie de la lumière restituée E2 = avec E2 < E1 puisqu’une partie de λ2 h.c h.c 1 < 1 l’énergie est absorbée ⇒ < ⇒ ⇒ λ2 > λ1 λ2 λ1 λ2 λ1 Ainsi une absorption dans une couleur pourra conduire à l’émission d’une autre couleur. Applications : • poudres fluorescentes utilisées dans les tubes fluorescent pour donner le fond continu au spectre de raies • les azurants optiques pour la lessive ou le papier : une absorption dans l’ultraviolet conduit à une émission lumineuse dans le bleu. : les couleurs deviennent plus lumineuses : 4. Transmission de la lumière: Lorsqu’une lumière traverse une substance globalement transparente, une partie de cette lumière est absorbée. Loi de BEER-LAMBERT : Densité optique ou absorbance : A=εlc 1 D = A = log ( ) = - log T T T étant le facteur de transmission : T= Exemple : La couleur d’un vin rouge : ε (lié au tanin) dépend de la longueur d’onde Φ tr Φ inc 2 5. Réfraction et réflexion: La vitesse de la lumière varie avec la nature du milieu dans lequel elle se propage. On caractérise ainsi chaque composé par un indice de réfraction n tel que : n = c v Une brusque variation de cet indice introduit une réflexion partielle de la lumière et une réfraction (déviation de la lumière transmise). Ces deux phénomènes peuvent être observés à la surface de l’eau par exemple. Lois de DESCARTES : * réflexion : 0 0 i = r Pouvoir réflecteur : ρ = Fref Finc * réfraction : n1 sin i1 = n2 sin i2 6. Diffusion superficielle: Lorsque le corps d’indice différent n’est plus transparent mais opaque, la fraction de lumière qui y pénètre n’est plus transmise mais réémise vers l’extérieur sous forme de diffusion. Au cours du trajet optique parcouru par la lumière dans un corps coloré, les molécules ont absorbés de façon sélective Les différentes longueurs d’onde du rayonnement incident. La lumière ainsi diffusée porte alors l’information de la couleur de l’objet. 7. Diffusion dans la masse: Il arrive que le corps coloré ne soit pas parfaitement opaque . La pénétration de la lumière peut être plus ou moins profonde. La couleur perçue n’est alors plus uniquement celle de la surface, mais en partie celle des couches plus profondes. La dent est un système multicouche, plus ou moins translucide selon les individus, et il est impossible de connaître l’influence des couches internes. La couleur perçue est donc la contribution d’une infinités de microcouches de rôles différents. Les couches superficielles diffusant le bleu, les couches moyennes le vert et le jaune, les couches profondes le rouge.
