APRIL - La spectroscopie

La spectroscopie

1. Introduction

L'observation rapide d'une étoile nous montre qu'elle nous envoie une lumière de couleur à peu près "blanche". Cela signifie, physiquement, que toutes les couleurs, c'est à dire toutes les longueurs d'onde, sont présentes dans cette lumière. Par quel dispositif optique pouvons-nous nous en assurer?
Le problème est de passer de la lumière blanche de l'étoile à sa décomposition sous forme d'arc-en-ciel.

2. Raies d'absorption, raies d'émission

Si maintenant, pour une raison ou pour une autre, une longueur d'onde (c'est à dire une couleur) manque dans le spectre, on observera une fine raie noire interrompant la bande de l'arc-en-ciel à cet endroit. L'interposition d'un gaz, par exemple, entre la source lumineuse et l'observateur, suffit à permettre l'observation de ces raies spectrales "noires". Pour une raison évidente, on appelle ces raies des raies d'absorption. Une raie, située à une longueur d'onde donnée, est caractéristique d'un atome bien précis. Mais il existe aussi des raies d'émissions, celles-ci sont émisent lorsque l'atome revient à son état initial. Un atome trahit donc sa présence soit par l'apparition d'une ou plusieurs fines raies noires, soit par l'apparition des mêmes raies, mais brillantes.

3. Spectre et composition chimique

3.1. Le Spectroscope

Voici le principe générale du spectroscope.

3.2. La fente

Il existe plusieurs sortes de fentes, les fentes simple biseau et les fente double biseau.

3.3. Composition chimique
Quels renseignements peut-on tirer de la présence ou de l'absence de telles ou telles raies d'absorption ou d'émission? Leur présence atteste évidemment de l'existence, autour de l'étoile, du corps chimique correspondant. L'absence de ces raies nous donne à penser que le corps est absent entre la source et nous, ou bien qu'il est présent mais pas dans l'état qui lui permettrait d'absorber ou d'émettre ces raies-là. On ne peut donc pas éliminer immédiatement l'hypothèse de la présence du corps, même si ses raies ne sont pas là. On peut même souvent en tirer des renseignements précieux sur les conditions physiques locales : si un corps est chimiquement abondant (on peut en être sûr pour d'autres raisons) et s'il ne signe pas sa présence par des raies d'absorption ou d'émission, c'est que les conditions physiques sont telles qu'il est dans l'incapacité de le faire; ce type de renseignement, par les contraintes qu'il apporte sur les modèles, peut être fort précieux.

De plus, les spectres, stellaires ou autres, ne sont jamais représentés sous leur forme "d'arc-en-ciel", mais sous la forme de graphiques, avec la longueur d'onde (la couleur de la lumière) sur l'axe horizontal, et l'intensité de chaque couleur sur l'axe vertical.

4. Les réseaux

Un réseau est une plaque de verre constituée d'une multitude de trait. Le nombre de trait par millimétre représente la résolution du réseau
Il existe plusieurs types de réseau, les réseaux blazés, les réseaux par réflexion, les réseaux par transmission.

5. La spectroscopie et les autres sciences

5.1. Spectroscopie et mécanique

La Spectroscopie a permis de faire évoluer grandement la mécanique classique de Newton. Elle a aussi permis de confirmer certaines expériences qui n'auraient pas pu être validées avec d'autres méthodes.

5.2. Spectroscopie et chimie

Dans le domaine de la chimie les spectres permettent la détermination des molécules présentes dans un mélange. Cette méthode très précise nécessite seulement un bon savoir et de très bonnes données.

5.3. Spectroscopie et astronomie

Ormi la détermination des éléments chimiques présents dans les corps célestes par la même méthode que celle des chimistes, la spectroscopie permet de montre l'expansion de l'univers grâce à l'effet de Doppler-Fizeau. Elle permet aussi d'atteindre les distances interstellaires mais aussi la température des étoiles et autres corps célestes.

5.4. Spectroscopie et Physique nucléaire

Bien qu'elle fut la première méthode pour déterminer les caractéristiques essentielles des noyaux atomiques, la spectroscopie reste une des grandes méthodes pour déterminer le nombre d'isotopes d'un élément par dédoublement des raies.