Chapitre 4 : les messages que transporte la lumière

Chapitre 4 : les messages que transporte la lumière
I. Spectre d’émission (cf TP)
1. Comment est créée la lumière ? (Atelier 5)
Expérience : l’alternostat permet de régler la quantité d’électricité qui traverse le filament de la lampe, et
donc sa température.
Observation : plus le courant électrique est grand, plus la
lampe brille. Au début, le filament émet une lumière
rouge puis son spectre s'étale de plus en plus vers le bleu
.
Conclusion : plus la température du filament de
tungstène augmente, plus celui-ci émet de la lumière
dans tout le spectre.
2. Différents spectres
a. Spectres continus (Ateliers 1, 2, 3)
Tout corps solide porté à haute température émet un spectre continu de radiations. Plus la température du
corps est élevée, plus le spectre s’étale vers le violet
b. Spectres de raies (Atelier 4)
Un gaz sous faible pression, porté à haute température, émet une lumière dont le spectre est discontinu : il
est constitué de raies. Ces raies renseignent sur la composition chimique du gaz qui a émis la lumière.
Remarque : si on fait brûler un objet, on peut considérer que la flamme qu’il émet est un gaz. Si on
analyse la lumière de cette flamme, on aura donc aussi un spectre de raies.
II. Spectres d’absorption (cf TP)
1. Bande d’absorption (Atelier 6)
Une solution colorée, éclairée en lumière blanche, émet une lumière dont le spectre comporte une bande
sombre. Les radiations absorbées par la solution renseignent sur la composition de celle-ci
2. Raies d’absorption (vidéo avec le sodium)
Un corps en phase gazeuse, éclairé en lumière blanche, absorbe les radiations qu’il émettrait s’il était
porté à haute température. On observe alors dans le spectre des raies noires.
III. Applications à l’astrophysique
Étoile = boule de gaz à très haute température. Les étoiles possèdent une atmosphère.
1. Spectre d’une étoile
Les étoiles émettent de la lumière dont le spectre est continu mais strié de nombreuses raies noires.
Exemple : le spectre de notre Soleil est un spectre d’absorption constitué des raies de Fraunhofer (1787-
1826) (montrer la planche cartonnée).
2. Température de surface d’une étoile
La lumière émise par la surface d’une étoile a un spectre continu dont l’étendue dépend de la température
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lampe alternostat
220 V
Raie jaune émise par le sodium à haute température
Raie noire due à l'absorption des vapeurs de sodium

de la surface. On peut donc classer les étoiles selon leur température de surface et leur couleur :
Température moyenne 3000°C 5500°C 8000°C > 10 000°C
couleur rougeâtre jaune pâle blanche bleutée
exemple Bételgeuse Soleil Sirius Rigel
On attribue une lettre de classement en fonction de la température de surface d'une étoile. Les étoiles "O"
sont très chaudes (> 30 000°C) tandis que les étoiles "M" sont "froides".
(moyen mnémotechnique : Oh,
Be A Fine Girl, Kiss Me !)
3. Composition de l’atmosphère d’une étoile
La lumière émise par la surface d’une étoile traverse son atmosphère ; il y a donc absorption des
radiations correspondant aux éléments présents dans cette atmosphère.
En étudiant le spectre d’absorption des étoiles on peut donc connaître précisément la composition de leur
atmosphère.
Souvent le spectre d'une étoile est donné par
une courbe dont les "pics à l'envers" donnent
la position des raies d'absorption.
4. Et pour le reste ?
L’atmosphère terrestre absorbe elle aussi des radiations. Pour s’en affranchir, on envoie des
télescopes dans l’espace. Exemples : Hubble, WMAP.
La spectroscopie peut aussi s’appliquer aux autres objets de l’Univers : galaxies, nébuleuses…
On peut faire de la spectroscopie dans un autre domaine que le domaine visible : infra-rouges; UV,
rayons X…
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O B A F G K M
Température
de surface
de l'étoile
> 30 000°C 3000°C

Exercices
Exercice 3 p 37
1. Le spectre de la lumière blanche est le c.
2. L'oeil humain perçoit les radiations comprises entre 400 et 800 nm.
3. J est donc 584 nm.
Exercice 4 p 37
1. Lorsque la température du filament diminue, le spectre est moins étalé vers le violet.
2. spectre 2 > spectre 1 > spectre 3.
Exercice 5 p 37
1. a. Le réseau a pour but de disperser la lumière.
1.b. On peut le remplacer par un prisme.
2. Le montage I correspond a un spectre d'émission : a, tandis que le montage II correspond a un spectre
d'absorption : b.
Exercice 7 p 38
1. Les raies noires sont des raies d'absorption : ces radiations sont absorbées par le lithium.
2.
Exercice 11 p 38
1.a. Ces trois radiations correspondent respectivement au vert, à l'orange et au rouge.
1.b. Le spectre C ne possède pas de raies dans le rouge.
1.c. Le spectre de l'hélium est donc le C car le A n'a pas de raie dans l'orange.
2.a. L' oeil humain perçoit les radiations comprises entre 400 et 800 nm.
2.b. Non il ne peut pas la percevoir.
2.c. La radiation 300 nm est située dans l'ultraviolet.
Exercice 14 p39 (à faire en TP)
voir le fichier tableur.
Exercice 17 p 40 (à faire en TP)
voir le fichier tableur.
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