La spectroscopie (1) Foton, UMR CNRS 6082, ENSSAT - CS 80518, 6 rue de Kérampont, LANNION Cedex (2) Université de Bretagne Sud, Faculté des Sciences et Sciences de l’Ingénieur, 2 rue Coat Saint Haouen, BP 92116, LORIENT Cedex Club d'astronomie du Collège de Kerentrech17 mars 2015 Christiane Carré et étudiants de l’UBS (3 ème année de la licence de Physique)

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

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

Décomposition de la lumière blanche Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 17 mars

Un peu d’histoire… Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 17 mars

Qu’est-ce que la spectroscopie ? Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 17 mars 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 »)

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

8 Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 17 mars 2015 Source de lumière blanche Schéma du spectroscope : Dispositif sélectionnant 1 lumière colorée (par exemple 1 lumière verte de = 530nm) envoyée à une puissance P. = Longueur d’onde Echantillon (cellule avec colorant + eau) Mesure de la puissance transmise (P t ) par l’échantillon: P t ≤ 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 P t, 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 Absorption de la lumière par un colorant PtPt P

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

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

Principe de la photoluminescence Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 17 mars 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 = Fluorescence (10 -9 à seconde) Délai plus long = Phosphorescence (de à 10 s)  Calme Lumière  Retour au calme + Lumière  Excitation

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

Club d'astronomie du Collège de Kerentrech 17 mars Spectroscopie d’absorption infra-rouge : 2 exemples