Chp 2 les spectres lumineux eleve

Seconde_Thème 1_L’UNIVERS
chapitre 2_Les spectres lumineux
M.Meyniel 1/4
chapitre 2 : ETUDE DES ETOILES : LES SPECTRES LUMINEUX
L’Univers présente donc une unité structurale : l’élément chimique. Ces éléments, l’Homme les analysent
aisément sur Terre. Cependant, il a su aussi déterminer la composition d’autres astres et ce, malgré le fait qu’ils ne
soient pas directement accessibles.
Mais comment fait-on pour étudier le reste de l’Univers ?
Comment connaître sa composition alors que les objets sont infiniment loin ?
Le but de ce cours est donc de comprendre comment l’Homme est parvenu à trouver des moyens indirects pour
étudier les objets inaccessibles et connaître leur composition notamment en élément chimique. Pour cela, nous allons
prendre l’exemple des étoiles.
Cf Activité Expérimentale 3.
I. Lumière blanche et lumière monochromatique.
1. Les spectres lumineux.
Expérience 1
Schéma
Observations ……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
Expérience 2
Schéma
Observations ……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
Document 1 : Qu’est-ce qu’un spectre lumineux ?
D’après le dictionnaire Larousse, un spectre lumineux est l’ensemble des radiations monochromatiques
résultant de la décomposition d’une lumière.
Document 2 : Les systèmes dispersifs
Le prisme décompose la lumière en faisant apparaître toutes les lumières colorées qui la constituent ; on parle
alors d’appareil dispersif. Le réseau constitue un autre type d’appareil dispersif.
Comment appelle-t-on la figure obtenue sur l’écran par Newton ?
Quel phénomène dans la nature produit les mêmes effets que l’expérience 1 ? Qui joue alors le rôle dispersif ?
Reconstitution des expériences historiques de Newton (1666)
sur la décomposition de la lumière

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2. Lumières polychromatique et monochromatique.
Interprétations de l’expérience : Qualifier, en justifiant, la lumière blanche ; puis celle du laser.
 ………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
 ………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………
3. La longueur d’onde.
Une radiation monochromatique est caractérisée, dans l’air et dans le vide, par sa longueur d’onde.
On lui attribue le symbole :  (lambda) et elle s’exprime en mètre (m).
Ex : La radiation du LASER rouge a une longueur d’onde de :  = 632,8.10-9 m = 632,8 ……
Notre œil n’est sensible qu’à certaines radiations dont la longueur d’onde est comprise, dans l’air ou
dans le vide, entre 400 nm et 800 nm. On parle du ………………………………… :
Rq : * ……………………………………………………………………………………………………
II. Lumière émise et température.
Document 3 : Les spectres continus
Un corps dense (un solide, un gaz sous forte pression comme le Soleil) chauffé émet un rayonnement dont le
spectre, dit spectre d’émission, est continu (il y a donc une infinité de radiations).
Un solide chauffé à une température de 850 °C émet une lumière ……………. :
Un solide chauffé à une température de 1 100 °C émet une lumière ………….. :
Un solide chauffé à une température de 2 700 °C émet une lumière ………….. :
Conclure sur la couleur de la lumière émise par un corps dense chauffé :
 Intérêt : ………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………
Rq : * Puisque les spectres dépendent de la température, on parle de spectre d’origine ………………… .

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III. Le spectre de raies.
Ce sont les spectres obtenus à partir d’éléments chimiques. Le nombre de radiation est limité.
Document 4 : Les spectres discontinus
On distingue deux situations selon si la lumière est émise ou absorbée :
- un gaz sous faible pression et chauffé (ou s’il subit une décharge électrique) émet de la lumière dont le
spectre n’est pas continu ; on parle de spectre de raies d’émission ;
- lorsqu’une lumière blanche traverse un gaz sous faible pression (comme une atmosphère), on observe des
raies noires sur le spectre. Elles correspondent aux radiations absorbées par le gaz. On parle de spectre de raies
d’absorption.
Chaque raie correspond à une radiation lumineuse.
Ex: Spectre d’émission du sodium Na :
(2 raies très proches à
1 = 589,0 nm et 2 = 589,6 nm)
Une entité chimique, atome ou ion, émet toujours les mêmes radiations lumineuses.
Ex: Spectre d’absorption du gaz sodium (Na)
(2 raies très proches à
1 = 589,0 nm et 2 = 589,6 nm)
 Intérêt : Les spectres de raies (d’émission ou d’absorption) sont caractéristiques de l’entité
chimique présente dans le gaz.
Par conséquent, …………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
Rq : * Lorsqu’on superpose les spectres d’absorption et d’émission d’une même
entité chimique, on obtient …………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………
Maintenant que nous savons analyser un spectre, nous allons voir comment appliquer nos connaissances aux
spectres des étoiles afin d’obtenir des renseignements notamment sur leur température et leur composition.

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IV. Etude de la lumière provenant des étoiles (spectroscopie et astrophysique).
La spectroscopie est un outil d’analyse utilisé dans les industries agroalimentaires, pharmaceutiques,
chimiques et physiques, pour contrôler qualité de l’air, de l’eau, par la police scientifique, les archéologues …
Document 5 : Le spectre d’une étoile
Le spectre d’une étoile possède un fond continu entrecoupé de nombreuses raies sombres. Ainsi, avec un
spectroscope de qualité, on en distingue sur le fond continu du spectre du Soleil pas moins de 20 000 (!) raies noires,
appelées raies de Fraunhofer en l’honneur de son découvreur.
Les spectres diffèrent d’une étoile à l’autre par : - la couleur dominante du fond continu,
- la position des raies sombres.
Et ces distinctions permettent aux astrophysiciens d’identifier les étoiles selon leur température et la
composition chimique de leur atmosphère.
1. Fond continu et température.
Une étoile est une énorme boule de gaz très chaud et sous haute pression.
Elle émet de la lumière au niveau de sa surface appelée photosphère.
Que nous apprend la couleur de la lumière émise par une étoile ?
Ex :
Bételgeuse d’Orion
Soleil
Sirius
Rigel d’Orion
Couleur
rouge
jaune
blanche
bleue
Température de surface
3 000 °C
5 700 °C
11 000 °C
20 000 °C
2. Raies d’absorption et composition.
(1) La lumière d’une étoile est émise par sa surface (gaz chaud sous forte pression).
(2) Puis, elle traverse alors l’atmosphère de l’étoile composée de plusieurs gaz sous faible pression.
Ces gaz vont alors absorber les radiations qu’ils sont capables d’émettre.
(3) Sur le fond continu du spectre de l’étoile, des raies noires d’absorption correspondant aux radiations absorbées
apparaissent.
Que nous apprennent ces raies noires d’absorption ?
Ex: Le Soleil est essentiellement composé de ……………………………………………………………………… .
……………………………
……………………………
……………………….
……………………….
103 °C
…………………….
107 °C