La spectroscopie Christiane Carr et tudiants de lUBS

La spectroscopie Christiane Carré et étudiants de l’UBS (3ème année de la licence de Physique) (1) Foton, UMR CNRS 6082, ENSSAT - CS 80518, 6 rue de Kérampont, 22305 LANNION Cedex (2) Université de Bretagne Sud, Faculté des Sciences et Sciences de l’Ingénieur, 2 rue Coat Saint Haouen, BP 92116, 56321 LORIENT Cedex Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 17 mars 2015

C’est quoi la Lumière ? 2 Une seule théorie ne suffit pas à expliquer tous les phénomènes lumineux. On utilise 2 théories : Ø Des particules : La lumière c’est des particules élémentaires (photons) de masse nulle qui se déplacent à la vitesse de 300 000 km/s Ø Des ondes : une lumière donnée est une onde (vibration) précise qui se déplacent à la vitesse de 300 000 km/s La lumière de tous les jours contient en général plusieurs lumières (colorées) : prenom. nom@etablissement. fr Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 17 mars 2015

Décomposition de lumière 3 Arc-en-ciel = Décomposition de la lumière du soleil (la lumière du soleil est un mélange de lumières colorées) 1 m = 1 000 mm = 1 000 µm (micromètres) = 1 000 000 nm (nanomètres) Physique : Notion de longueur d’onde “Lumière colorée précise" Visible : = ce que l’œil voit prenom. nom@etablissement. fr Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 17 mars 2015

Décomposition de la lumière blanche prenom. nom@etablissement. fr Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 4 17 mars 2015

Un peu d’histoire… 5 1666 prenom. nom@etablissement. fr Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 17 mars 2015

Qu’est-ce que la spectroscopie ? 6 La spectroscopie, ou spectrométrie, est l’ensemble des méthodes et techniques d'études générales des lumières émises, absorbées ou diffusées par une substance. Spectre = Ensemble des lumières (rayons) résultant de la décomposition d’une lumière complexe. Lampe à vapeur de sodium à vapeur de mercure L'instrument de mesure permettant d'obtenir un spectre est appelé spectromètre ou spectroscope. Courbe donnant la sensibilité de l’œil en fonction de la longueur d’onde ( « lumière colorée » ) prenom. nom@etablissement. fr Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 17 mars 2015

Interaction entre un colorant et la lumière blanche 7 Colorant = Composé capable d’absorber certaines lumières colorées et d’en laisser passer d’autres. Exemples : bleu de méthylène, éosine, indigo… Colorants alimentaires dissous dans de l’eau Eosine Y Na. O Br Br O Br CO 2 Na Colorants vendus au marché en Inde (2012) prenom. nom@etablissement. fr Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 17 mars 2015

Absorption de la lumière par un colorant 8 Schéma du spectroscope : Echantillon (cellule avec colorant + eau) Source de lumière blanche P Dispositif sélectionnant 1 lumière colorée (par exemple 1 lumière verte de = 530 nm) envoyée à une puissance P. = Longueur d’onde Pt Mesure de la puissance transmise (Pt) par l’échantillon: Pt ≤ P Le colorant absorbe une partie de la lumière, donc de la puissance (il passe ainsi dans un état excité). Grâce aux valeurs de P et Pt, l’ordinateur calcule l’absorbance (A) du colorant pour chaque lumière colorée (chaque ) et trace la courbe de A en fonction de . Spectre d’absorption prenom. nom@etablissement. fr Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 17 mars 2015

Spectre d’absorption dans le visible d’un colorant 9 Maximum : 517 nm Spectre d’absorption de l’éosine (couleur orange-rosé) : Maximum : 424 nm Spectre d’absorption d’un colorant jaune : prenom. nom@etablissement. fr Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 17 mars 2015

Spectre d’absorption dans le visible d’un colorant Spectre d’absorption du bleu de méthylène : 10 Maximum : 662 nm Maximum : 633 nm (colorant jaune) (colorant bleu) Spectre d’absorption d’une solution verte obtenue en mélangeant un colorant bleu et un jaune prenom. nom@etablissement. fr Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 17 mars 2015

Principe de la photoluminescence 11 Luminescence = Emission de lumière pour un mode d’excitation autre que le chauffage. Photoluminescence = Une substance absorbe des photons puis réémet des photons (longueur d’onde plus grande) Si l'émission de lumière suit l'excitation = Délai plus long = Phosphorescence Fluorescence (10 -9 à 10 -6 seconde) (de 10 -3 à 10 s) Lumière Excitation Retour au calme + Lumière Calme prenom. nom@etablissement. fr Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 17 mars 2015

Spectre d’absorption et de fluorescence de l’éosine 12 Spectre de fluorescence : même Spectre d’absorption de l’éosine : principe, mais on mesure la puissance lumineuse émise par le colorant pour chaque . Maximum : 517 nm Fluorescence : maximum vers 545 nm (maximum d’absorption) < (maximum de fluorescence) prenom. nom@etablissement. fr Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 17 mars 2015

Spectroscopie d’absorption infra-rouge : 2 exemples prenom. nom@etablissement. fr Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 13 17 mars 2015