Différentes sources de lumière
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Objectif(s)
Connaître la notion de radiation monochromatique et
polychromatique. Faire la distinction entre spectre continu
et spectre discret. Faire un tri parmi les sources de
lumière rencontrées.
Les sources de lumière se divisent en deux
catégories : les sources primaires et les
sources secondaires. Seules les premières produisent
par elles-mêmes la lumière qu’elles
émettent.
Parmi elles, les exemples ne manquent pas. De plus, toutes les sources ne produisent pas le même type de lumière : couleur(s), intensité, etc. D’ailleurs, la production de lumière, d’une source à l’autre, peut exploiter différents phénomènes physiques.
Parmi elles, les exemples ne manquent pas. De plus, toutes les sources ne produisent pas le même type de lumière : couleur(s), intensité, etc. D’ailleurs, la production de lumière, d’une source à l’autre, peut exploiter différents phénomènes physiques.
1. Rappels
La lumière émise par une source peut
être décomposée à
l’aide d’un prisme afin de faire
apparaître les différentes radiations
qui la composent. Le résultat obtenu est le
spectre de la lumière analysée. Comme
un arc en ciel, si le spectre est composé d’un
ensemble continu de radiations, c’est un spectre
continu. Si par contre il n’est composé
que de raies lumineuses, il est nommé à juste
titre spectre de raies, ou spectre
discret.
Un spectre composé d’une seule radiation (une seule longueur d’onde) est un spectre monochromatique : une seule raie brillante apparaît. S’il est composé de plusieurs radiations, il est dit polychromatique. Typiquement, la lumière blanche est polychromatique.
Un spectre composé d’une seule radiation (une seule longueur d’onde) est un spectre monochromatique : une seule raie brillante apparaît. S’il est composé de plusieurs radiations, il est dit polychromatique. Typiquement, la lumière blanche est polychromatique.
2. Sources de lumière par rayonnement thermique
Si un corps est porté à hautes
températures, il émettra un rayonnement
visible, appelé rayonnement thermique.
Le Soleil est un bon exemple de ce type de rayonnement. Les réactions nucléaires de fusion au cœur de l'étoile permettent à l’astre de briller. Sa température de surface est de 5770 °K.
Il en est de même pour les autres étoiles, à la différence qu’il existe des étoiles plus chaudes ou plus froides que le Soleil. Les couleurs de ces astres tendent alors vers le bleu ou le rouge.
La première source de lumière «domestiquée » par l’Homme est le feu. Par le biais de réactions exothermiques, des gaz chauds composant la flamme émettent alors de la lumière. Des flammes rouges, jaunes, ou blanches peuvent être observées, et même des flammes bleues pour les brûleurs à gaz des cuisines.
Ensuite, en portant à incandescence un métal par circulation d’un courant électrique dans une enceinte dépourvue d’oxygène (afin d’éviter qu’il brûle), l’Homme a créé la lampe à incandescence. La lumière émise est souvent jaune ou blanche selon les modèles. Les lampes halogènes sont une variante, présentant une forte intensité lumineuse et une couleur émise très blanche.
Il existe d’autres exemples de corps émettant un rayonnement thermique :
- la lave d’un volcan
- du métal en fusion en sidérurgie
- les explosions conventionnelles ou nucléaires
- les éclairs
Ceux-ci produisent aussi de la lumière, du fait des hautes températures atteintes.
D’une manière générale : les sources de lumière émettant un rayonnement thermique présentent toutes un spectre continu, donc nécessairement polychromatique.
Le Soleil est un bon exemple de ce type de rayonnement. Les réactions nucléaires de fusion au cœur de l'étoile permettent à l’astre de briller. Sa température de surface est de 5770 °K.
Il en est de même pour les autres étoiles, à la différence qu’il existe des étoiles plus chaudes ou plus froides que le Soleil. Les couleurs de ces astres tendent alors vers le bleu ou le rouge.
La première source de lumière «domestiquée » par l’Homme est le feu. Par le biais de réactions exothermiques, des gaz chauds composant la flamme émettent alors de la lumière. Des flammes rouges, jaunes, ou blanches peuvent être observées, et même des flammes bleues pour les brûleurs à gaz des cuisines.
Ensuite, en portant à incandescence un métal par circulation d’un courant électrique dans une enceinte dépourvue d’oxygène (afin d’éviter qu’il brûle), l’Homme a créé la lampe à incandescence. La lumière émise est souvent jaune ou blanche selon les modèles. Les lampes halogènes sont une variante, présentant une forte intensité lumineuse et une couleur émise très blanche.
Il existe d’autres exemples de corps émettant un rayonnement thermique :
- la lave d’un volcan
- du métal en fusion en sidérurgie
- les explosions conventionnelles ou nucléaires
- les éclairs
Ceux-ci produisent aussi de la lumière, du fait des hautes températures atteintes.
D’une manière générale : les sources de lumière émettant un rayonnement thermique présentent toutes un spectre continu, donc nécessairement polychromatique.
3. Emission de lumière sans dégagement de
chaleur
Le rayonnement thermique n’est pas la seule source de
lumière. Il est ainsi possible de produire de la
lumière sans chaleur.
a. Lampes à décharge
En envoyant des décharges électriques dans
une enceinte contenant un gaz, les atomes de celui-ci
vont passer dans un état excité. En se
désexcitant, ils vont émettre de la
lumière. C’est le principe des lampes
à décharge, dont se servent les
enseignes lumineuses (« les néons
»).
La couleur d’émission des lampes à décharge dépend du gaz employé dans le tube. Comme les atomes du gaz n’émettent que certaines radiations, les spectres seront des spectres de raies. Pour les lampes à vapeur de sodium, employées pour l’éclairage public, seules deux raies jaunes très proches sont observables dans le domaine du visible : son spectre est considéré comme monochromatique pour le domaine du visible.
La couleur d’émission des lampes à décharge dépend du gaz employé dans le tube. Comme les atomes du gaz n’émettent que certaines radiations, les spectres seront des spectres de raies. Pour les lampes à vapeur de sodium, employées pour l’éclairage public, seules deux raies jaunes très proches sont observables dans le domaine du visible : son spectre est considéré comme monochromatique pour le domaine du visible.
b. La fluorescence
En déposant un certain type de poudre à
l’intérieur d’une lampe à
décharge, la poudre capte certaines radiations
émises par le gaz, et émet de la
lumière par fluorescence, souvent blanche.
Cette lumière est de spectre continu. Les
tubes fluorescents utilisés dans les lieux
publics sont basés sur ce mode de
fonctionnement.
Cela concerne aussi les lampes à économie d’énergie, dites lampes fluocompactes.
Cela concerne aussi les lampes à économie d’énergie, dites lampes fluocompactes.
|
|
| Tube fluorescent | Lampe fluocompacte |
c. Sources de lumière contemporaines
Diverses technologies ont été
développées pour certaines applications,
comme les écrans cathodiques, les écrans
plasma,etc.
Les écrans à cristaux liquides utilisent quant à eux des diodes électroluminescentes (DEL ou LED en anglais). Ces composants électroniques peuvent aussi s’employer comme voyant lumineux (appareils électroniques, feux routiers).
Une DEL utilise les propriétés de certains matériaux (semi-conducteurs) à produire certaines radiations lumineuses. Une grande panoplie de couleurs est permise, y compris le blanc (rétroéclairage d’écrans LCD ou phares de voiture). Les spectres obtenus sont polychromatiques, sauf pour les diodes LASER.
D’ailleurs, le LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation / amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement), par diode ou par d’autres technologies, est devenu un outil optique incontournable dans le quotidien. On peut parler des lecteurs DVD, des télécommunications, de ses applications médicales …
Le faisceau LASER est un faisceau de lumière très étroit, de grande intensité lumineuse. C’est la source de lumière la plus monochromatique que l’on sache faire. Sa longueur d’onde est en principe constante pour un LASER donné.
Les écrans à cristaux liquides utilisent quant à eux des diodes électroluminescentes (DEL ou LED en anglais). Ces composants électroniques peuvent aussi s’employer comme voyant lumineux (appareils électroniques, feux routiers).
Une DEL utilise les propriétés de certains matériaux (semi-conducteurs) à produire certaines radiations lumineuses. Une grande panoplie de couleurs est permise, y compris le blanc (rétroéclairage d’écrans LCD ou phares de voiture). Les spectres obtenus sont polychromatiques, sauf pour les diodes LASER.
D’ailleurs, le LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation / amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement), par diode ou par d’autres technologies, est devenu un outil optique incontournable dans le quotidien. On peut parler des lecteurs DVD, des télécommunications, de ses applications médicales …
Le faisceau LASER est un faisceau de lumière très étroit, de grande intensité lumineuse. C’est la source de lumière la plus monochromatique que l’on sache faire. Sa longueur d’onde est en principe constante pour un LASER donné.
4. Autres sources de lumière
On peut également produire de la lumière par
des réactions chimiques. Ce principe est
employé par les lucioles (vers luisants /
lampyres), par bioluminescence. En criminologie, le
luminol émet une lumière bleue par
chimiluminescence, en présence de certaines
substances, dont le sang.
Certains corps peuvent émettre de la lumière pendant quelques instants après avoir été éclairés. Il s’agit du phénomène de phosphorescence.
Enfin, la radioactivité peut créer certains rayonnements visibles.
Par exemple, l’effet Cherenkov consiste en une lumière bleue quand des particules traversent de l’eau (centrales nucléaires).
Certains corps peuvent émettre de la lumière pendant quelques instants après avoir été éclairés. Il s’agit du phénomène de phosphorescence.
Enfin, la radioactivité peut créer certains rayonnements visibles.
Par exemple, l’effet Cherenkov consiste en une lumière bleue quand des particules traversent de l’eau (centrales nucléaires).
L'essentiel
Il existe diverses possibilités pour produire de la
lumière. Le rayonnement thermique des corps
chauffés est une des plus connues. Elle concerne la
lumière des étoiles, du feu et des lampes
à incandescences. Cette lumière est de spectre
continu.
Cependant, il est possible de produire de la lumière par des phénomènes induits par l’électricité, comme pour les tubes fluorescents, les néons, les écrans, le LASER, etc. Les spectres obtenus sont alors continus et/ou discrets. Le LASER est une source de lumière monochromatique.
Enfin, la chimie ou même la physique nucléaire sont susceptibles de créer des sources de lumière.
Cependant, il est possible de produire de la lumière par des phénomènes induits par l’électricité, comme pour les tubes fluorescents, les néons, les écrans, le LASER, etc. Les spectres obtenus sont alors continus et/ou discrets. Le LASER est une source de lumière monochromatique.
Enfin, la chimie ou même la physique nucléaire sont susceptibles de créer des sources de lumière.
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