Le spectre électromagnétisme d’une source lumineuse est obtenu en décomposant la lumière émise par celle-ci à l’aide d’un prisme.

Ce que nous appelons lumière représente en fait de minuscules champs électriques et magnétiques qui oscillent et se propagent dans l’espace. Ce rayonnement électromagnétique se compose comme une somme d’ondes électromagnétiques. Une onde donnée est caractérisée par une certaine amplitude ainsi qu’une certaine fréquence et une certaine longueur d’onde, ces deux quantiés étant reliées l’une à l’autre par la vitesse de propagation de l’onde qui pour la lumière est une constante de l’ordre de 300 000 km/s dans le vide. L’oeil humain ne détecte pas tout rayonnement électromagnétique : il ne détecte que ceux dont la longueur d’onde est comprise entre 0,4 et 0,77 micron et qu’il transcrit en couleur. À chaque longueur d’onde visible correspond l’une des couleurs de l’arc-en-ciel : rouge pour les plus grandes longueurs d’onde et violet pour les plus courtes. Même s’il s’agit essentiellement du même phénomène, les autres rayonnements portent des noms différents selon la gamme de longueur d’onde à laquelle ils appartiennent :

 Le rayonnement infrarouge est le rayonnement de longueur d’onde juste supérieure à celle du rayonnement visible. Ses longueurs d’ondes vont de 0,770 micron à une fraction de millimètre. C’est le rayonnement émis par des objets à température ambiante (comme le corps humain). On subdivise parfois le rayonnement infrarouge en infrarouge « proche » (de 0,770 à 1,400 micron) et l’infrarouge « lointain » (de 1,400 micron à 1 millimètre).

 Le rayonnement micro-onde ou rayonnement hyperfréquence est un rayonnement de plus grande longueur d’onde, allant du millimètre à 30 centimètres. C’est le rayonnement émis dans un four micro-onde. Il est également utilisé pour la transmission de données.

 Le rayonnement radio correspond aux grandes longueurs d’ondes (supérieures à 30 centimètres). Il est utilisé pour la transmission de données. On distingue plusieurs bandes de fréquences au sein du rayonnement radio, comme les bandes UHF et VHF.

 Le rayonnement ultraviolet représente un rayonnement de plus courte longueur d’onde que le rayonnement visible. Sa longueur d’onde va de 0,4 micron à un centième de micron (c’est-à-dire 10 nanomètres). Pour les plus grandes longueur d’onde, on distingue parfois l’ultraviolet « proche » (de 0,4 micron à 0,3 micron) et l’ultraviolet « lointain » (de 0,3 micron à 0,2 micron). Au delà on parle d’ultraviolet « extrême » ou ultraviolet « du vide » (vacuum ultraviolet en anglais, ce terme étant peu usité en français au profit de ultraviolet extrême) car l’air ambiant est opaque à un tel rayonnement. Le rayonnement ultraviolet est nocif pour l’organisme. Le soleil émet un peu dans l’ultraviolet proche et lointain, mais l’atmosphère terrestre en absorbe la plupart. En biologie et médecine, on subdivise les régions ultraviolettes proche et lointaines en UVA (longueur d’onde de 400 à 315 nanomètres), UVB (315 à 280 nanomètres, parfois la bande va de 320 à 290 nanomètres) et UVC (280 à 200 nanomètres), ces derniers étant filtrés en quasi totalité par l’atmosphère terrestre (en particulier la fameuse couche d’ozone). Les UVA et les UVB sont en partie filtrés par l’atmosphère terrestre. Les UVA sont moins énergétiques mais plus nombreux que les UVB. Les deux peuvent présenter des dangers à long terme pour les organismes vivants. Les UVA sont parfois appelés « lumière noire » du fait de leur capacité à faire émettre de la lumière visible par des matériaux fluorescent qu’ils éclairent (qui apparaissent donc briller dans le noir en l’absence d’autre sources de lumière).

 Le rayonnement X correspond à des longueurs d’onde comprises entre dix et cinq millièmes de nanomètre. Le rayonnement X est plus énergétique que le rayonnement ultraviolet et également nocif pour l’organisme. Le soleil ne rayonne pas dans de telles longueurs d’onde. Il existe des sources astrophysiques de rayonnement X, mais aucune n’est suffisamment proche de la Terre pour que les doses reçues représentent un quelconque danger. Les longueurs d’onde supérieures à un dixième de nanomètre sont parfois appelées rayons X « mous », celles supérieures à cette valeur étant des rayons X « durs ».

 Le rayonnement gamma représente tous les rayonnements de longueur d’onde inférieure à un centième de nanomètre. La limite entre rayons X et rayons gamma est plus donnée par le processus qui les engendre que par une longueur d’onde précise : on définit en général les rayons gamma comme étant produits par des processus nucléaires alors que les rayons X font intervenir des électrons. La limite de un centième de nanomètre est donc indicative. Les rayonnements gamma sont les rayonnement les plus énergétiques. Tout comme le rayonnement X, le rayonnement gamma est nocif pour les organismes vivants, mais le soleil n’émet pas dans ces longueurs d’onde et s’il existe des sources astrophysiques de rayonnement gamma, elles sont suffisamment loin de la Terre pour ne pas représenter de danger.

Les ondes de différente longueur d’onde ne se propagent pas exactement de la même façon dans un milieu. Il est ainsi possible de décomposer un rayonnement en ses différentes longueurs d’onde. Cela peut par exemple se faire à l’aide d’un prisme.

Dans la nature, les gouttes de pluie peuvent faire office de prisme et décomposer la lumière du soleil : c’est le phénomène de l’arc-en-ciel. Celui-ci indique donc que le lumière blanche émise par le soleil est en fait un mélange de l’ensemble des couleurs de l’arc-en-ciel (rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet [2]), ainsi que de certaines que l’oeil humain ne peut distinguer (infrarouge et ultra violet). Plus quantitativement, le spectre est la donnée de l’intensité de la lumière émise en fonction de sa longueur d’onde (couleur). Des appareils adéquats appelés spectrographes permettent de connaître avec grande précesion le spectre électromagnétique d’un objet pour peu qu’il soit suffisamment lumineux.

Le spectre d’un objet peut apporter plus ou moins de renseignement sur sa composition chimique. Dans certains cas, le spectre ne présente pas de structure marquée et l’intensité varie lentement en fonction de la longueur d’onde. On parle alors de continuum. C’est en particulier le cas pour un spectre de corps noir qui ne dépend que de la température de l’objet émetteur.

Cependant, en général il se superpose au continuum des raies d’émission ou des raies d’absorbtion, c’est-à-dire des plages de longueurs d’onde très fines (d’où le nom de raies) dans lesquelles l’intensité est soit très supérieure (raies d’émission car l’objet émet plus dans ce domaine), soit très inférieure (raies d’absorbtion car elle sont en général dues au fait que de la matiére a intercepté ce rayonnement) à celle du continuum. Ces raies permettent d’obtenir des informations sur la composition chimique de la source. En effet, en fonction des conditions physiques, chaque élément chimique à tendance à absorber ou émettre la lumière à certaines longueurs d’onde qui lui sont caractéristiques. Selon que l’élément émet ou absorbe dans ses longueur d’onde on a des raies d’émission ou de raies d’absorbtion que l’on peut voir dans le spectre. L’hélium, gaz très rare sur Terre mais très abondant dans le soleil a été par exemple découvert de cette manière : on a trouvé dans le spectre solaire des raies ne correspondant à aucun élément connu. La présence des raies dans un spectre est particulièrement intéressante en astronomie car outre des informations sur la composition chimique de la source, elle peut donner sa vitesse par effet Doppler. C’est par ce moyen que l’on observe que l’univers est en expansion.

Voir aussi :

 Spectre de corps noir

 Spectres d’émission et d’absorbtion

 Effet Doppler sonore et lumineux

 L’univers est en expansion...

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