Texte - lycée laroche

Seconde / Physique A. Exploration de l’espace
Professeur Barrandon Eric Lycée La Merci
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TP 04 COMMENT FAIT-ON POUR DETERMINER LA COMPOSITION CHIMIQUE D’UN ASTRE
INACCESSIBLE ?
En 1835, Auguste Comte, dans son cours de philosophie, cite “nous ne saurons jamais étudier, par aucun moyen la
composition chimique des étoiles”.
Pourtant aujourd’hui nous savons que le Soleil et les étoiles sont principalement constitués d’hydrogène et d’hélium.
Nous savons également mesurer la température à la surface de ces astres sans jamais y être allés.
Notre seul moyen est d’utiliser la lumière qu’ils nous envoient et d’étudier leur spectre. L'analyse spectrale est une
branche fondamentale de l'astrophysique : elle fournit des informations sur les conditions physiques, la composition
chimique et également le mouvement de l'astre observé.
Le TP d’aujourd’hui présente les différents types de spectres que l'on peut rencontrer et l'on étudiera comment utiliser ces
spectres pour étudier les étoiles.
A. SPECTRES LUMINEUX
I. DECOMPOSITION DE LA LUMIERE BLANCHE
1. A l'aide d'un prisme
a. Lumière blanche
Expérience : Compléter le schéma ci-contre.
Observation : Décrire le faisceau émergent et dessiner le spectre observé sur
l'écran.
b. Lumière colorée.
Placer un filtre coloré sur le trajet du faisceau incident. Observer et décrire les modifications du spectre sur l'écran. Quelle
est le rôle d'un filtre ?
c. Conclure : (Utiliser le vocabulaires suivants : dispersion, lumière monochromatique et polychromatique).
2. A l'aide d'un réseau
Utilisation d'un rétroprojecteur : Poser 2 cartons, écartés de quelques millimètres, sur le rétroprojecteur permettant
d'obtenir une fente ; poser le réseau sur la lentille de renvoi ; faire la mise au point sur l'écran.
Décrire et dessiner le spectre observé sur l'écran.
Quelles différences et similitudes observe-t-on avec le spectre
précédent ?

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II. SPECTRES D’EMISSION
1. Spectres d’origine thermique
Une lampe à incandescence est constituée d’un filament de tungstène chauffé par un courant électrique qui le traverse.
Décrire et dessiner le spectre de la lumière émise par le filament dans les cas suivants :
Fort éclairement :.
Faible éclairement :.
Conclure :
2. Spectre de raies
Les lampes à vapeur de sodium et de mercure sont des dispositifs permettant de porter à haute température un gaz
constitué d’atomes de sodium et de mercure.
Avec les spectroscopes individuels observer les spectre de ces lampes. Décrire et Dessiner les spectre observés.
Lampe à vapeur de sodium :
Lampes à vapeur mercure :
Observer celui de la flamme du bec Bunsen dans laquelle on pulvérise une solution de chlorure de sodium.
(Idem avec une solution de sulfate de cuivre et de permanganate de potassium).
Observer et décrire le spectre du néon de la classe :
Conclure :

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III. SPECTRES D’ABSORPTION
1. Spectre de raies d’absorption
On réalise le spectre de la lumière blanche d’une lampe à incandescence. Dans ce faisceau, on chauffe à la flamme un
tampon de laine de verre imbibé d’une solution concentrée de chlorure de sodium. On obtient ainsi un gaz contenant des
ions sodium et des ions chlorure.
Dessiner et décrire le spectre obtenu.
Conclusion :
2. Spectres de bandes d’absorption
Former avec le rétroprojecteur et un réseau assez dispersif un spectre de quelques dizaines de cm de large.
- Intercaler une cuve à faces parallèles contenant une solution de permanganate de potassium puis une solution de sulfate
de cuivre. Dessiner et décrire les spectres obtenus.
Solution de permanganate de potassium
Solution de sulfate de cuivre
- Intercaler un ballon contenant des copeaux de cuivre et quelques gouttes d'acide nitrique. Dessiner et décrire les spectres
obtenus.
Conclusion :

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Surface ou photosphère
(300km ; 5500°C)
Gaz dense
et chaud
Atmosphère ou chromosphère
(2000 km ; gaz sous faible pression :H78%, He19% + tous les
éléments connus sur Terre à l’état de traces;
4
10 C
°
)
Lumière blanche
Raie spectrale
8
LUMIERE
t mn
=
B. APPLICATION A L’ASTROPHYSIQUE
Structure d’une étoile
6
10
LUMIERE
t années
≈
Le spectre d’émission continu de la lumiè re émise par un étoile (le Soleil) entrecoupé de raies d’absorption (raies noires
de Fraunhoffer 1814) permet de connaître la composition chimique de l’enveloppe gazeuse (son atmosphère) et sa
température de surface.
C. CONCLUSION DE LA PARTIE A DU PROGRAMME :
La lumière provenant des étoiles nous donne de multiples informations :
• Mesure de la distance Terre-étoile par méthode de la parallaxe (si d < 150 a.l).
• Composition chimique par étude du spectre d'absorption.
• Température.
• Histoire de l'Univers par l'observation d'étoiles très lointaines.