Lumière et applications

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Une grande diversité de sources 8 Méduse bioluminescente. © Tristan Nitot, licence Creative Commons (2) LED : diodes électroluminescentes D’où vient la lumière ? Comment est-elle produite ? Il y a les corps chauds qui rayonnent mais aussi des sources froides, qui émettent une lumière colorée comme pour les vers luisants, les LED (2) ou le laser. Le mur blanc au soleil ou l’arbre sont aussi sources de lumière captée par notre œil. Explorons cette variété… 8 La lumière et ses applications
Une grande diversité de sources Sources chaudes, incandescentes Éclairement énergétique (W/m 2 /nm) 2 1 0 400 500 600 700 800 900 longueur d'onde (nm) 9 Spectre du soleil. La courbe rouge correspond au rayonnement d’un corps noir à 5777 K. © D. Hennequin Le soleil est le premier producteur de lumière auquel on pense. La lumière qu’il émet et qui rythme la vie sur terre provient de la transformation de l’énergie dégagée par les réactions thermonucléaires qui se produisent en son sein. L’observation des arcs-en-ciel nous montre que cette lumière est composée de toutes les couleurs et que, de plus, cette répartition de couleurs, appelée spectre, est continue. Ce spectre se prolonge dans l’infrarouge (IR) et dans l’ultraviolet (UV), domaines non visibles par l’œil humain. La lumière émise par le soleil à chaque couleur suit une courbe en cloche calculée par Max Planck en 1900 (image 9). Elle est caractéristique des corps incandescents : soleil, étoile, mais aussi bougie ou ampoule à filament... Ces corps sont bien représentés par le modèle du corps noir, corps idéal dont le spectre de la lumière émise ne dépend que de sa température. Un objet à 25 °C émet dans l’infrarouge. Plus la source de lumière est chaude, plus son spectre se décale vers les courtes longueurs d’onde. Ainsi, à 700 °C, la lumière émise devient visible, rouge. À 2000 °C, le jaune vient s’ajouter au rouge, pour donner une couleur résultante orangée. À 5500 °C, la température de surface du soleil, le bleu et le vert sont venus s’ajouter aux autres couleurs, pour donner du blanc. C’est l’absorption et la diffusion par les molécules de l’atmosphère qui font que le soleil nous apparaît jaune en pleine journée et rouge le soir. Sources froides, luminescentes Toutes les sources productrices de lumière ne sont pas des corps chauds. Il existe un autre type de sources, appelées sources froides, les sources luminescentes. Leur lumière provient de la désexcitation des atomes qui les composent. En fonction du type d’énergie responsable de l’excitation de ces atomes, on parle d’électroluminescence, de chimiluminescence, de photoluminescence, etc. L’énergie d’un atome ne peut prendre que des valeurs bien précises, qu’on appelle niveaux d’énergie. Un atome ne peut interagir qu’avec > Énergie Photon Absorption Atome Atome 10 Les interactions lumière-matière. © Daniel Hennequin Émission spontanée Photon La lumière et ses applications 9
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