Maison pour la science – Toulouse 10 et 11 juin 2014

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1 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

2 La couleur Phénomène complexe: Physiques Physiologiques Psychiques
Physicien  aspects physiques

3 Plan Rappels sur les ondes La lumière est une onde
électromagnétique transverse Spectroscopie/spectrométrie Physicien  manips

4 Plan Rappels sur les ondes La lumière est une onde
électromagnétique transverse Spectroscopie/spectrométrie

5 Qu’est-ce qu’une onde? GBF x Oscilloscope Excitation: Cos(2pnt)
Réception: Cos(2pnt+j)

6 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

7 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

8 Diagramme (x,t) x x=ct Y(x,t)  Y(x-ct) x  -x, t  -t  c  -c t
Équation de d’Alembert

9 Deux types d’ondes k v // k longitudinale V k transverse

10 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

11 Etats de polarisation (II)
= direction de propagation direction de propagation Cas particuliers: gauche droite base de polarisations circulaires

12 Corde de Melde vibreur point fixe L
propagation libre  conditions aux limites résonance à nn si L=n ln/2 kn  2L=n 2p

13 Plan Rappels sur les ondes La lumière est une onde
électromagnétique transverse Spectroscopie/spectrométrie

14 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

15 Onde électromagnétique
Ole Christensen Rømer 1676 Hippolyte Fizeau 1849 James Clerck Maxwell c2 e0 = 8,85 x kg-1m-3A2s4 μ0 = 12,5 x 10-7 kgmA-2s-2  c= 3108ms-1 c= 3  108ms-1 NB: l=0.65 mm  n= 4,61014 Hz

16 OEM transverse q I=I0 Cos2q Etienne Malus 1809 I/I0(%) q(°) lumière
naturelle polarisée q(°) I=I0 Cos2q

17 Synthèse Onde électromagnétique transverse La couleur 400 800 l (nm)
UV IR n (THz) 750 375

18 Plan Rappels sur les ondes La lumière est une onde
électromagnétique transverse Spectroscopie/spectrométrie

19 Spectro-scopie/métrie
source fente lentille écran prisme à vision directe condenseur spectromètre USB

20 quantification de l’énergie
Corps noir Max Planck 1900 Albert Einstein 1905 E = hn = hc/l quantification de l’énergie

21 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

22 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

23 hypothèse ad hoc: L=|rmv|=n
Modèle de Bohr Niels Bohr 1913 v hypothèse ad hoc: L=|rmv|=n m r rn=n2a0 avec a0=2 / me2=53pm En=E1 /n2 avec E1 =-me4/22 =-13.6eV

24 Théorie quantique du rayonnement
formule du corps noir Albert Einstein 1917 E E E absorption émission spontanée émission stimulée

25 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

26 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 »

27 De l’atome à la molécule …
w0 E w0 E ws wa w0 w0 z w0 z w0 z ws z wa z z

28 … de la molécule au cristal
bande de conduction E Egap bande de valence

29 Spectre de bande E faible gap rouge E gap moyen vert E grand gap bleu
synthèse additive

30 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

31 Spectroscopie d’émission
spectre continu spectre discret spectre de bande laser

32 Emission - absorption

33 Résonance L 2L=n ln=n(c/nn) E E E2 E2 E E2 E1 E1 E1 résonance hn=E2-E1

34 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)