Spectres infrarouge
Objectifs
Présenter le principe et la finalité
d’une spectroscopie infrarouge (IR). Décrire
succinctement le fonctionnement d’un
spectrophotomètre IR. Montrer comment
interpréter un spectre IR.
1. Principe de la spectroscopie infrarouge
Une liaison chimique entre deux atomes peut être vue
comme un ressort, où les atomes sont
assimilés à des masses accrochées
à ses extrémités. Ce système
présente une fréquence
d’oscillation qui lui est propre, dite
fréquence de résonance ou
fréquence propre. Elle peut ainsi vibrer
lorsqu’elle est frappée par une radiation
électromagnétique dont la fréquence
correspond à sa fréquence propre. Ce faisant,
elle absorbe la radiation. Chaque type de liaison
(C-C, C-H, C-O, …) possède une
fréquence de résonance qui lui est
spécifique.
Pour les liaisons chimiques, ces fréquences se situent dans l’infrarouge. En conséquence, le principe d’une spectroscopie IR est d’envoyer des radiations IR sur un échantillon à tester. Certaines longueurs d’onde sont alors absorbées par les liaisons chimiques des molécules se trouvant dans l’échantillon. On génère alors un spectre IR, qui permet de déterminer ces liaisons chimiques.
Une spectroscopie infrarouge peut ainsi avoir différentes finalités:
• Identifier et caractériser une molécule inconnue, en référençant ses liaisons.
• Tester la présence ou l’absence d’une molécule dans un échantillon.
• Dans certains cas, procéder à un dosage d’une espèce chimique.
Pour les liaisons chimiques, ces fréquences se situent dans l’infrarouge. En conséquence, le principe d’une spectroscopie IR est d’envoyer des radiations IR sur un échantillon à tester. Certaines longueurs d’onde sont alors absorbées par les liaisons chimiques des molécules se trouvant dans l’échantillon. On génère alors un spectre IR, qui permet de déterminer ces liaisons chimiques.
Une spectroscopie infrarouge peut ainsi avoir différentes finalités:
• Identifier et caractériser une molécule inconnue, en référençant ses liaisons.
• Tester la présence ou l’absence d’une molécule dans un échantillon.
• Dans certains cas, procéder à un dosage d’une espèce chimique.
2. Etablir un spectre IR
Le schéma ci-dessous décrit le principe de
fonctionnement d’un spectrophotomètre IR
à double faisceaux.

Le faisceau du haut passe à travers l’échantillon testé. Le faisceau du bas correspond à un témoin. Comme pour l’UV, les réceptacles recevant les échantillons ne peuvent pas être en verre, car celui-ci est opaque pour les radiations IR utilisées. Dans la pratique, on emploie par exemple des pastilles de chlorure de sodium monocristal, ou du bromure de potassium. Pour chaque longueur d’onde, l’intensité
transmise par
l’échantillon est comparée à
l’intensité incidente
,
afin d’en déduire la transmittance
.
Pour établir le spectre, au lieu de la longueur d’onde, il est courant de manipuler le nombre d’onde, noté
,
exprimé en
, et
défini comme l’inverse de la longueur
d’onde
:

NB : Le nombre d’onde d’une radiation est proportionnel à sa fréquence f :
, où c est la
célérité de la radiation.
Dans la pratique, le domaine IR étudié s’étend sur un domaine en longueur d’onde de
à
environ, c'est-à-dire un nombre d’onde compris
entre 400 et
. Le
spectre IR représente la transmittance
T fonction du nombre d’onde
.
L’axe des abscisses, associé à
, est fréquemment orienté à
l’envers. Par exemple :

Les fortes baisses localisées de la transmittance, pour certains nombres d’onde, correspondent à l’absorption sélective des liaisons chimiques. Ces baisses sont nommées bandes d’absorption.

Le faisceau du haut passe à travers l’échantillon testé. Le faisceau du bas correspond à un témoin. Comme pour l’UV, les réceptacles recevant les échantillons ne peuvent pas être en verre, car celui-ci est opaque pour les radiations IR utilisées. Dans la pratique, on emploie par exemple des pastilles de chlorure de sodium monocristal, ou du bromure de potassium. Pour chaque longueur d’onde, l’intensité



Pour établir le spectre, au lieu de la longueur d’onde, il est courant de manipuler le nombre d’onde, noté




NB : Le nombre d’onde d’une radiation est proportionnel à sa fréquence f :

Dans la pratique, le domaine IR étudié s’étend sur un domaine en longueur d’onde de






Les fortes baisses localisées de la transmittance, pour certains nombres d’onde, correspondent à l’absorption sélective des liaisons chimiques. Ces baisses sont nommées bandes d’absorption.
3. Exploiter un spectre IR
La fréquence de résonance (et le nombre
d’onde associé) d’une liaison chimique
dépend du fait qu’elle soit une liaison
simple ou une liaison multiple (voir données ci
après). D’autre part, il y a
l’influence des atomes participant à la
liaison, notamment via leur masse. Cela permet
un clivage dans le domaine spectral :
• Pour les liaisons faisant intervenir un atome d’hydrogène (léger), le nombre d’onde d’absorption est élevé : zone entre 2500 et
. Cela
s’applique aux liaisons
,
,
,
.
• Le reste du domaine spectral d’étude concerne alors les liaisons où l’hydrogène n’intervient pas, comme
,
etc.
Pour les hydrocarbures :
Une liaison chimique est également influencée par son environnement au sein de la molécule. On le remarque avec
dans le tableau ci-dessus. Concrètement, une
même liaison pourra présenter
différents nombres d’onde d’absorption
selon le groupement d’atomes dans lequel elle se
trouve.
On appelle groupe caractéristique (ou groupe fonctionnel) un groupement d’atomes qui donne une propriété particulière à une molécule. On parle de fonction (organique) pour désigner cette propriété. La fonction permet de classer les molécules en familles : les alcools, les amines, etc.
Lors d’une spectroscopie IR, une liaison chimique impliquée dans un groupement caractéristique présente un nombre d’onde d’absorption déterminé. En conséquence, un spectre IR d’une molécule permet de déterminer ses liaisons chimiques, mais aussi d’identifier les groupes caractéristiques. Le tableau ci-dessous propose de référencer quelques groupes caractéristiques, en précisant le nombre d’onde d’absorption pour les liaisons concernées.
Remarques :
→ Dans la littérature, il est souvent précisé la forme (fine ou large) et l’intensité (F : forte, M : moyenne) des bandes d’absorption.
→ Notamment avec les alcools et les acides carboxyliques, il y a possibilité de formation de liaisons hydrogènes, par exemple entre le H d’un groupement hydroxyle/carboxyle et un O d’une autre molécule.
La liaison hydrogène interfère sur la liaison
intramoléculaire, ce qui
conduit à une diminution du nombre d’onde
d’absorption de celle-ci, ainsi qu’un
très fort élargissement de la bande
d’absorption correspondante (voir spectres de
l’acide éthanoïque partie 2).
→ Les valeurs données sont indicatives. Elles peuvent en effet varier dans la littérature, car elles sont très liées au protocole de mesure du spectre. Notamment, le solvant employé est susceptible de créer (ou pas) des liaisons hydrogènes avec la molécule étudiée (solvant polaire ou apolaire). On peut d’ailleurs préférer une spectroscopie en phase gazeuse si on souhaite s’affranchir des ces effets (notamment l’élargissement de la bande de
).
→ Pour des molécules comportant assez d’atomes, des liaisons ont plusieurs manières de vibrer. On recense deux modes de vibration principaux : stretching (allongement) et bending (déformation). Ce dernier mode comporte lui-même divers types de vibrations. Cela entraîne la présence de plusieurs nombres d’onde d’absorption pour une même liaison. Les valeurs données dans les tableaux ne concernent que le mode stretching.
→ Dans les cycles benzéniques (donc pour le phénol), la délocalisation des électrons des doubles liaisons
à l’ensemble du
cycle fait que les simples et doubles liaisons du cycle ne
sont pas discernables, ce qui explique les
propriétés particulières de ce
type de structure.
→ Pour une amine de structure
, dite amine primaire
(reliée à deux H), la bande
d’absorption apparaît
dédoublée (si la résolution du
spectre le permet), alors que pour une amine
secondaire (un H remplacé par une chaîne
carboné), une seule bande d’absorption est
visible. Pour une amine tertiaire
(l’autre H remplacé par chaîne
carbonée), aucune bande liée à N-H
n’est présente, car la liaison n’existe
alors pas.
• Pour les liaisons faisant intervenir un atome d’hydrogène (léger), le nombre d’onde d’absorption est élevé : zone entre 2500 et





• Le reste du domaine spectral d’étude concerne alors les liaisons où l’hydrogène n’intervient pas, comme


Pour les hydrocarbures :
Structure | Nombre d'onde d'absorption des liaisons | |
Alcane |
![]() uniquement des liaisons C-C |
![]() (souvent invisible) ![]() |
Alcène |
![]() une ou plusieurs liaisons C=C |
![]() ![]() (H relié au C double liaison) |
Alcyne |
![]() une ou plusieurs triples liaisons |
![]() ![]() (H relié au C triple liaison) |
Une liaison chimique est également influencée par son environnement au sein de la molécule. On le remarque avec

On appelle groupe caractéristique (ou groupe fonctionnel) un groupement d’atomes qui donne une propriété particulière à une molécule. On parle de fonction (organique) pour désigner cette propriété. La fonction permet de classer les molécules en familles : les alcools, les amines, etc.
Lors d’une spectroscopie IR, une liaison chimique impliquée dans un groupement caractéristique présente un nombre d’onde d’absorption déterminé. En conséquence, un spectre IR d’une molécule permet de déterminer ses liaisons chimiques, mais aussi d’identifier les groupes caractéristiques. Le tableau ci-dessous propose de référencer quelques groupes caractéristiques, en précisant le nombre d’onde d’absorption pour les liaisons concernées.
Groupe caractéristique | Fonction associée | Formule | Nombre d’onde d’absorption des liaisons |
Hydroxyle | Alcool |
![]() |
![]() ![]() |
Hydroxyle | Phénol |
![]() |
![]() ![]() ![]() |
Carbonyle | Aldéhyde |
![]() (en fin de chaîne carbonée) |
![]() ![]() |
Carbonyle | Cétone |
![]() |
![]() |
Carboxyle | Acide carboxylique |
![]() |
![]() ![]() ![]() |
Ester | Ester |
![]() |
![]() ![]() |
Amine |
Amine (primaire) |
![]() |
![]() ![]() |
Amide | Amide |
![]() |
![]() ![]() ![]() |
Remarques :
→ Dans la littérature, il est souvent précisé la forme (fine ou large) et l’intensité (F : forte, M : moyenne) des bandes d’absorption.
→ Notamment avec les alcools et les acides carboxyliques, il y a possibilité de formation de liaisons hydrogènes, par exemple entre le H d’un groupement hydroxyle/carboxyle et un O d’une autre molécule.

La liaison hydrogène interfère sur la liaison

→ Les valeurs données sont indicatives. Elles peuvent en effet varier dans la littérature, car elles sont très liées au protocole de mesure du spectre. Notamment, le solvant employé est susceptible de créer (ou pas) des liaisons hydrogènes avec la molécule étudiée (solvant polaire ou apolaire). On peut d’ailleurs préférer une spectroscopie en phase gazeuse si on souhaite s’affranchir des ces effets (notamment l’élargissement de la bande de

→ Pour des molécules comportant assez d’atomes, des liaisons ont plusieurs manières de vibrer. On recense deux modes de vibration principaux : stretching (allongement) et bending (déformation). Ce dernier mode comporte lui-même divers types de vibrations. Cela entraîne la présence de plusieurs nombres d’onde d’absorption pour une même liaison. Les valeurs données dans les tableaux ne concernent que le mode stretching.
→ Dans les cycles benzéniques (donc pour le phénol), la délocalisation des électrons des doubles liaisons

→ Pour une amine de structure

4. Exemples d'interprétation de spectres IR
L’interprétation d’un spectre IR
n’est pas chose facile, en particulier pour des
molécules complexes. Voici quelques exemples
simples, faisant apparaître la correspondance entre
les bandes d’absorption et les liaisons
chimiques :

Pour rappel, le pentane est un hydrocarbure, l’éthanal un aldéhyde, le méthanol un alcool et l’acide méthanoïque un acide carboxylique.

Pour rappel, le pentane est un hydrocarbure, l’éthanal un aldéhyde, le méthanol un alcool et l’acide méthanoïque un acide carboxylique.
L'essentiel
Une liaison chimique dans une molécule peut
être vue comme un ressort lié à deux
masses. Une liaison peut être mise en vibration
par l’absorption d’un rayonnement
Infra-Rouge, si la fréquence du rayonnement
correspond à la fréquence de résonance
de la liaison. Celle-ci dépend de la liaison en
elle-même (simple, double, triple), de la masse des
atomes concernés (légers ou lourds), de
l’emplacement de la liaison dans la
molécule (liaison impliquée dans tel ou tel
groupe caractéristique).
Un spectre IR d’un échantillon indique la transmittance fonction du nombre d’onde. Le nombre d’onde
est
inverse de la longueur d’onde
.
L’interprétation de ce spectre consiste à
faire correspondre les bandes d’absorption avec les
liaisons chimiques correspondantes, et par extension les
groupes caractéristiques de la molécule.
La spectroscopie IR permet d’identifier des
molécules, de tester la présence de
molécules dans un échantillon, ou servir dans
le cadre d’un dosage.
Un spectre IR d’un échantillon indique la transmittance fonction du nombre d’onde. Le nombre d’onde



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