Un grand nombre d’objets, comme le soleil émettent du rayonnement sur des grandes plages de longueur d’onde. On parle alors de continuum d’émission. Si l’on s’intéresse au spectre de ce rayonnement, c’est-à-dire que l’on décompose le rayonnement à l’aide d’un spectrographe, on va observer quelque chose de semblable à la figure ci-dessous :

Un exemple de spectre continu dans le domaine visible

Cette image représente une illustration d’un spectre continu émis par une étoile. En général, on observe de lentes variations de l’intensité du spectre en fonction de la longueur d’onde. Image reproduite avec la permission de Dan Bruton. NB : les couleurs en fonction de la longueur d’onde sont données à titre indicatif. Il n’est en effet pas possible de reproduire avec un écran d’ordinateur un rayonnement purement monochromatique. Voir par exemple l’excellent site de Dan Bruton.

Le type de rayonnement continu le plus important est le rayonnement dit de corps noir. Schématiquement, un corps noir est un objet dans lequel les interactions entre la matière et le rayonnement sont suffisamment nombreuses pour qu’il s’instaure un équilibre entre l’énergie sous forme de matière et sous forme de rayonnement. On peut alors définir une température pour un tel objet.

Le soleil et l’ensemble des étoiles représentent de bonnes approximations de corps noirs. En effet, du fait de son opacité, le soleil retient les photons qu’il produit en son centre pendant très longtemps : il faut environ une centaine de milliers d’années pour que les photons produits par les réactions nucléaires au centre du soleil s’en échappent (sous forme d’une multitude de photons moins énergétiques) alors qu’il leur faudrait à peine plus de 2 secondes pour parcourir le rayon solaire dans un milieu transparent. On est donc bien dans un cas où les interactions entre matière et rayonnement sont suffisamment nombreuses.

Le spectre électromagnétique d’un corps noir présente un forme de courbe en cloche, avec un maximum à une longueur d’onde qui dépend de la température. Pour une température de quelques milliers de degré, la longueur d’onde correspondant au maximum d’émission est dans le domaine visible. C’est la cas de la plupart des étoiles et du filament d’une ampoule électrique, par exemple. La couleur d’un tel objet (nonobstant son nom de « corps noir ») est un mélange de l’ensemble des couleurs au voisinage de la longueur d’onde d’émission maximum. Ainsi, le soleil a une température de surface d’environ 6000 degrés, ce qui correspond à une émission maximale pour la couleur jaune. Néanmoins, le soleil émet significativement dans toutes les longueurs d’onde visible (ainsi que dans l’infrarouge et l’ultraviolet), ce qui fait qu’il apparaît blanc légèrement bleuté. Néanmoins, du fait de la diffusion atmosphérique qui est plus efficace dans le bleu que dans le rouge (d’où le bleu du ciel), le soleil apparaît blanc légèrement jauni.

Un objet moins chaud que le soleil émettrait à des longueurs d’onde supérieures, c’est-à-dire un peu plus dans le rouge et un peu moins dans le bleu. Il apparaîtrait ainsi jaune, orangé ou rouge à mesure que sa température décroît. Un objet beaucoup moins chaud (quelques centaines de degrés par exemple) n’émettrait pas significativement dans le domaine visible, mais dans l’infrarouge : il ne serait plus « brillant », mais simplement « chaud ». De même, un objet plus chaud que le soleil émettrait moins dans le rouge et plus dans le bleu. Il apparaîtrait donc bleu voire violet si sa température dépasse les 20000 degrés. Un objet plus chaud encore n’émettrait plus grand chose dans le domaine visible mais rayonnerait dans l’ultraviolet et ainsi de suite. La figure ci-dessous donne la couleur de différents corps noirs en fonction de leur température.

Couleur d’un corps noir en fonction de sa température

L’image représente la couleur perçue d’un corps noir en fonction de sa température. Sont également indiquées la température de la lave en fusion (environ 1000 Kelvin, soit dans les 800 degrés Celsius) et de quelques étoiles brillantes dont ont peut voir la couleur à l’oeil nu. Image reproduite avec la permission de Dan Bruton.

À noter en particulier qu’un corps noir n’est jamais vert, même quand celui-ci émet au maximum dans le vert. De même, un objet très chaud émettant plus dans le violet que dans le bleu apparaît néanmoins bleu car la sensibilité de l’oeil au bleu est très supérieure à celle au violet.

L’œil humain peut détecter la couleur des objets pour peu que ceux-ci soient suffisamment brillants. Dans un environnement trop sombre, il ne détecte que l’intensité lumineuse et non la couleur (d’où l’expression « La nuit tous les chats sont gris »). Ainsi la plupart des étoiles ne présentent pas de couleur quand on les regarde car elles ne sont pas suffisamment lumineuses (leur couleur pouvant cependant apparaître sur des photographies à long temps de pose). Néanmoins, pour les plus brillantes d’entre elles, il est possible de distinguer des nuances de couleurs à l’œil nu. Dans le ciel visile depuis l’hémisphère nord, Betelgeuse et Antarès sont des étoiles rouges particulièrement faciles à voir comme telles, Arcturus présente une teinte jaune-orangé manifeste, et Sirius et Vega sont des exemple d’étoiles présentant un éclat bleuté.

En général, au spectre de corps noir (ou à tout autre spectre continu se superposent des raies d’émission et d’absorbtion permettant d’obtenir des informations sur la composition chimique de la source du rayonnement.

Voir aussi :

 Spectre électromagnétique

 Spectres d’émission et d’absorbtion

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