Maison pour la science – Toulouse 10 et 11 juin 2014 Formation « Couleur » Maison pour la science – Toulouse 10 et 11 juin 2014 Renaud Mathevet Maître de conférences Université Paul Sabatier
La couleur Phénomène complexe: Physiques Physiologiques Psychiques Physicien aspects physiques
Plan Rappels sur les ondes La lumière est une onde électromagnétique transverse Spectroscopie/spectrométrie Physicien manips
Plan Rappels sur les ondes La lumière est une onde électromagnétique transverse Spectroscopie/spectrométrie
Qu’est-ce qu’une onde? GBF x Oscilloscope Excitation: Cos(2pnt) Réception: Cos(2pnt+j)
Etude de la phase t en phase j=0 [2p] j=2p x/l l=0.85cm t opposition de phase j=p [2p] t
Double périodicité Cos(2pnt+j) Cos(2pnt-2px/l) Cos(2pnt-2psx) Cos(2pt/T-2px/l) Cos(wt-kx) Cos(wt-kx)=Cos(w[t-x/c]), c=w/k célérité c = w/k = ln = n/s = l/T, relation de dispersion
Diagramme (x,t) x x=ct Y(x,t) Y(x-ct) x -x, t -t c -c t Équation de d’Alembert
Deux types d’ondes k v // k longitudinale V k transverse
Etats de polarisation (I) direction de vibration direction de propagation plan de vibration direction de vibration plan de vibration direction de propagation base de polarisations rectilignes
Etats de polarisation (II) = + direction de propagation direction de propagation Cas particuliers: gauche droite base de polarisations circulaires
Corde de Melde vibreur point fixe L propagation libre conditions aux limites résonance à nn si L=n ln/2 kn 2L=n 2p
Plan Rappels sur les ondes La lumière est une onde électromagnétique transverse Spectroscopie/spectrométrie
Diffraction - Interférences lumière blanche Laser q≈l/a a Laser qv< qR a bleu rouge z Thomas Young 1801 i=lD/d Laser d É l=0.65 mm D
Onde électromagnétique Ole Christensen Rømer 1676 Hippolyte Fizeau 1849 James Clerck Maxwell 1865-1873 c2 e0 = 8,85 x 10-12 kg-1m-3A2s4 μ0 = 12,5 x 10-7 kgmA-2s-2 c= 3108ms-1 c= 3 108ms-1 NB: l=0.65 mm n= 4,61014 Hz
OEM transverse q I=I0 Cos2q Etienne Malus 1809 I/I0(%) q(°) lumière naturelle polarisée q(°) I=I0 Cos2q
Synthèse Onde électromagnétique transverse La couleur 400 800 l (nm) UV IR n (THz) 750 375
Plan Rappels sur les ondes La lumière est une onde électromagnétique transverse Spectroscopie/spectrométrie
Spectro-scopie/métrie source fente lentille écran prisme à vision directe condenseur spectromètre USB
quantification de l’énergie Corps noir Max Planck 1900 Albert Einstein 1905 E = hn = hc/l quantification de l’énergie
formule de Rydberg-Ritz Spectre de raies spectromètre USB lampe H2O formule de Rydberg-Ritz l (nm) avec RH=10.97 µm-1 et n1=2
Quantification de l’énergie E(eV) -13.6 -3.39 -1.51 -0.89 -0.54 n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 l (nm) E = hn = hc/l
hypothèse ad hoc: L=|rmv|=n Modèle de Bohr Niels Bohr 1913 v hypothèse ad hoc: L=|rmv|=n m r rn=n2a0 avec a0=2 / me2=53pm En=E1 /n2 avec E1 =-me4/22 =-13.6eV
Théorie quantique du rayonnement formule du corps noir Albert Einstein 1917 E E E absorption émission spontanée émission stimulée
Dualité onde corpuscule particule: énergie-impulsion w/c k onde: pulsation-vecteur d’onde = Louis de Broglie 1924 ldB=h/mv Ln=rnmvn=n rn=n2a0 n ln=2p rn
Laser en dessous du seuil au dessus du seuil monochromaticité énergie (pompage) milieu actif émission spontanée en dessous du seuil au dessus du seuil 632.8nm émission stimulée monochromaticité directivité « cohérence »
De l’atome à la molécule … w0 E w0 E ws wa w0 w0 z w0 z w0 z ws z wa z z
… de la molécule au cristal bande de conduction E Egap bande de valence
Spectre de bande E faible gap rouge E gap moyen vert E grand gap bleu synthèse additive
Laser à diode I e- milieu actif semi-conducteur en dessous du seuil émission stimulée milieu actif semi-conducteur en dessous du seuil au dessus du seuil E l dsp l dsp
Spectroscopie d’émission spectre continu spectre discret spectre de bande laser
Emission - absorption
Résonance L 2L=n ln=n(c/nn) E E E2 E2 E E2 E1 E1 E1 résonance hn=E2-E1
découverte de l’Hélium Un formidable outil… 589,00 et 589,59nm raies D1 et D2 Sodium 587,49nm ? Na He Jules Janssen Norman Lockyer découverte de l’Hélium (1848)