Les spectres lumineux I. Exemples II. Les spectres d`émission

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Chap. 2 Les spectres lumineux
I. Exemples
Un spectre lumineux est la figure obtenue par la décomposition d’une lumière en radiations
monochromatiques par un système dispersif.
Les systèmes dispersifs courants sont les prismes, les réseaux par transmission et par réflexion.
Compact disque, prisme et lumière blanche, lampe à vapeur de Hg, réseau de transmission.
Pour émettre de la lumière, il faut chauffer un corps à plus ou moins haute température, ou déstabiliser des
atomes particuliers (néon…)
II. Les spectres d’émission
Un spectre d'émission est un spectre produit par la lumière directement émise par une source.
1- Spectres continus
Le soleil ou une lampe traversée par un courant intense donne un spectre contenant toutes les radiations
lumineuses du domaine visible. Un tel spectre est appelé spectre continu
Le domaine visible de 400nm violet à 800 nm pour le rouge.
Tout corps chaud émet de la lumière dont le spectre est continu, plus il est chaud, plus le spectre s’enrichit
des radiations bleues et violettes.
La couleur d'une source lumineuse thermique dépend de sa température.
2- Spectres de raies
Les gaz, comme les solides, émettent de la lumière quand ils sont portés à haute température.
À faible pression, de nombreux gaz portés à haute température émettent une lumière dont le spectre est
discontinu : c'est un spectre de raies. Seules quelques radiations sont présentes. Ces radiations correspondent
à des longueurs d'ondes qui dépendent de la composition chimique du gaz.
Le spectre de raies d'un atome ou d'un ion le caractérise, c’est-à-dire que le repérage dans un spectre, par sa
longueur d'onde, d'une raie caractéristique d'une entité chimique met en évidence la présence de cette entité
dans la source.

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3- Spectres de flammes
Lorsqu’on chauffe un corps à haute température (> à 1500 °C) cela permet de produire un gaz d’atomes ou
d’ion monoatomique, par exemple plaçons une solution de Na+ dans une flamme, celle-ci devient jaune et le
spectre est le même que celui de la lampe à vapeur de sodium. On retrouve par la couleur émise la signature
de l’élément chimique.
III. Les spectres d’absorption
1- Définition
Un spectre d'absorption est un spectre obtenu en analysant la lumière blanche qui a traversé une substance.
2- Bande d’absorption
Absorption par la chlorophylle
Expérience. Plaçons une cuve à eau entre une source de lumière blanche et le système dispersif. Versons
dans la cuve une solution alcoolique de chlorophylle.
Le spectre présente une bande sombre dans le rouge et dans le bleu - violet.
Ces couleurs sont absorbées par la substance qui ne réémet que la partie centrale du spectre/
Interprétation.
On voit des bandes noires correspondant à des radiations absentes parce qu'elles sont été absorbées par la
chlorophylle. Ce spectre de bandes d'absorption est caractéristique des molécules de chlorophylle.
Lorsqu’une solution colorée est traversée par de la lumière blanche, le spectre présente des bandes noires sur
le fond coloré du spectre de la lumière blanche. Un spectre de bandes d’absorption est caractéristique de la
substance dissoute.
3- Raies d’absorption
Expérience
. On forme sur un écran le spectre d'une lampe à vapeur de sodium et on marque d'un trait la position de la
double raie jaune-orangée obtenue.
. On remplace la lampe à vapeur de sodium par une lampe à incandescence ; on observe sur l'écran le spectre
continu de la lumière blanche.
. On interpose, sur le trajet de la lumière blanche, la flamme d'un bec Maker dans laquelle on a laissé tomber
de fins cristaux de chlorure de sodium. La flamme prend la couleur jaune caractéristique de l'élément sodium
et on voit apparaître, dans le spectre continu, une raie noire à l'endroit exact où on avait marqué la position

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de la raie jaune d'émission du sodium.
Le gaz incandescent de la flamme contenant l'élément sodium a absorbé la radiation jaune du spectre de la
lumière blanche.
Un spectre d’absorption peut être un spectre de bandes (filtres, solutions), ou de raies (gaz sous faible
pression, à basse température). Les bandes ou les raies sont noires sur fond coloré.
Pour une même espèce chimique, les raies (brillantes) dans le spectre d’émission et celles dans le spectre
d’absorption (raies noires) ont les mêmes longueurs d’onde.
Une espèce chimique ne peut absorber que les radiations qu’elle est capable d’émettre.
IV. La lumière des étoiles
1- Le spectre de la lumière solaire
Le Soleil et plus généralement les étoiles émettent de la lumière dont le spectre est continu et strié de
nombreuses raies sombres.
Le Soleil comporte quelques 20 000 raies noires répertoriées : les raies de Fraunhofer.
2- La température des étoiles
La lumière émise par la surface d'une étoile a un spectre continu qui dépend de la température de la surface.
On peut ainsi faire un classement des étoiles selon leur température de surface et leur couleur.
température moyenne
3 000 °C
5 500 °C
8 000 °C
> 10000 °C
Couleur
rouge- orangée
jaune
blanche
bleutée
Exemple d'étoile
Bételgeuse (Orion)
Soleil
Sirius
Rigel (Orion)
Plus la température augmente plus la coloration tire sur le violet.
3- Composition de l’atmosphère d’une étoile
Une étoile peut être considérée comme une boule de gaz sous haute pression, dont la température varie de
plusieurs centaines de millions de degrés, au centre, à quelques milliers de degrés en surface. La plupart des
étoiles comportent une atmosphère constituée d’un gaz sous basse pression. La lumière émise par la surface
de l’étoile traverse son atmosphère.
Certaines radiations sont absorbées. Les raies d'absorption sont spécifiques des atomes et des ions présents
dans cette atmosphère.
Comme toute étoile, le Soleil est une énorme sphère de gaz très chauds qui produisent de la lumière. La
lumière qui arrive du Soleil sur la Terre en 8 minutes met beaucoup plus de temps pour se frayer un passage
à l'intérieur du Soleil. En effet le cœur de l'astre est si dense que la lumière transportant l’énergie libérée par
les réactions nucléaires met environ un million d'années pour parvenir à la surface du Soleil appelée
photosphère. Cette photosphère atteint une température d'environ 5 500 °C.
Si le Soleil ne comportait pas d'atmosphère, le spectre de la lumière émise serait continu.
En 1814, le physicien allemand J. Fraunhofer (1787-1826) observe, dans le spectre du Soleil, une multitude
de raies noires.
L'existence de ces raies d'absorption est due à la présence d'une atmosphère autour du Soleil, appelée
chromosphère, et s'étendant sur 2000 km d'épaisseur environ.
Cette atmosphère est constituée de gaz sous faible pression avec des régions où
la température peut atteindre 104 °C.
Entre 300 nm et 700 nm, il existe plus de 20 000 raies répertoriées.
L'analyse spectrale permet aujourd'hui de connaître la composition chimique
détaillée et précise du Soleil. Tous les éléments connus sur Terre y sont présents,

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certains à l'état de traces. Les deux éléments les plus abondants sont l'hydrogène (78,4 % en masse) et
l'hélium (19,6 % en masse).