Spectre électromagnétique
Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement électromagnétique selon ses différentes composantes en termes de fréquence, d'énergie des photons ou encore de longueur d'onde associée, les quatre grandeurs ν, T, E et λ étant liées deux à deux par ...
Catégories :
Spectre électromagnétique
Définitions :
- Ensemble des rayonnements de nature électromagnétique allant des plus grandes ondes radio, jusqu'aux rayons X et gamma. La lumière visible n'est qu'une toute petite partie de ce spectre. (source : nrumiano.free)
Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement électromagnétique selon ses différentes composantes en termes de fréquence (ou période), d'énergie des photons ou encore de longueur d'onde associée, les quatre grandeurs ν (fréquence), T (période), E (énergie) et λ (longueur d'onde) étant liées deux à deux par :
- la constante de Planck
(approx. 6, 626069×10-34 J·s ≈ 4, 13567 feV/Hz) - et la vitesse de la lumière
(précisément 299 792 458 m/s),
selon les formules :
pour l'énergie transportée par le photon, 
pour le déplacement dans le vide (relativiste dans l'ensemble des référentiels) du photon,
d'où aussi :
.
Histoire
Le terme spectre fut utilisé pour la première fois en 1666 par Isaac Newton pour se référer au phénomène par lequel un prisme de verre peut séparer les couleurs contenues dans la lumière du Soleil.
Unités de mesures
Pour les ondes radio et la lumière, on utilise généralement la longueur d'onde. À partir des rayons X, les longueurs d'ondes sont rarement utilisées : comme on a affaire à des particules particulièrement énergétiques, l'énergie correspondant au photon X ou γ détecté est plus utile. Cette énergie est exprimée en électron-volt (eV), soit l'énergie d'un électron accéléré par un potentiel de 1 volt.
Spectre lumineux
La lumière blanche peut se décomposer en arc-en-ciel avec un prisme ou d'un réseau de diffraction. Chaque «couleur spectrale» de cette décomposition correspond à une longueur d'onde précise ; cependant, la physiologie de la vision des couleurs fait qu'une couleur vue ne correspond pas obligatoirement à une radiation de longueur d'onde unique mais peut être une superposition de radiations monochromatiques. La spectrométrie étudie les procédés de décomposition, d'observation et de mesure des radiations en ondes monochromatiques.
Les photons de lumière visible les plus énergétiques (violet) sont à 3 eV. Les rayons X couvrent la gamme 100 eV à 100 keV. Les rayons γ sont au-delà de 100 keV. Des photons γ de plus de 100 MeV (100 000 000 eV) émis par un quasar ont été détectés.
Usages et classification
Les définitions des bandes mentionnées dans le tableau sont les suivantes (normalisation internationale effectuée par l'UIT) ; elles sont aussi couramment désignées par leur catégorie de longueur d'onde métrique (dans le tableau ci-dessous, les longueurs d'onde sont calculées avec l'approximation courante 
sauf pour la bande THF)
| Bandes | Fréquences | Longueur d'onde | Usages |
|---|---|---|---|
| Ondes TLF (Tremendously Low Frequency) | 0 Hz à 3 Hz | 100 000 km à ∞ | Champs magnétiques, ondes et bruits électromagnétiques naturels |
| Ondes ELF (Extremely Low Frequency) | 3 Hz à 30 Hz | 10 000 km à 100 000 km | Ondes électromagnétiques naturelles, résonance terrestre de Schumann, ondes du cerveau humain, recherches en géophysique, raies spectrales moléculaires |
| Ondes SLF (Super Low Frequency) | 30 Hz à 300 Hz | 1 000 km à 10 000 km | Ondes électromagnétiques naturelles, résonance terrestre de Schumann, ondes physiologiques humaines, ondes des lignes électriques, usages inductifs industriels, télécommandes EDF Pulsadis, harmoniques ondes électriques |
| Ondes ULF (Ultra Low Frequency) | 300 Hz à 3 kHz | 100 km à 1 000 km | Ondes électromagnétiques naturelles surtout des orages solaires, ondes physiologiques humaines, ondes électriques des réseaux téléphoniques et ADSL, harmoniques ondes électriques, signalisation TVM des TGV |
| Ondes VLF (Very Low Frequency) | 3 kHz à 30 kHz | 10 km à 100 km | Ondes électromagnétiques naturelles, radiocommunications submaritimes militaires, transmissions par CPL, dispositifs de radionavigation, émetteurs de signaux horaires |
| Ondes LF (Low Frequency) | 30 kHz à 300 kHz | 1 km à 10 km | Ondes électromagnétiques naturelles des orages terrestres, radiocommunications maritimes et submaritimes, transmissions par CPL, radiodiffusion en OL, émetteurs de signaux horaires, dispositifs de radionavigation |
| Ondes MF (Medium Frequency) | 300 kHz à 3 MHz | 100 m à 1 km | Systèmes de radionavigation, radiodiffusion en OM, radiocommunications maritimes et aéronautiques, radioamateurs, signaux horaires |
| Ondes HF (High Frequency) | 3 MHz à 30 MHz | 10 m à 100 m | Radiodiffusion internationale, radioamateurs, radiocommunications maritimes et aéronautiques, radiocommunications militaires et d'ambassades, aide humanitaire, transmissions gouvernementales, applications inductives autorisées, signaux horaires, CB en 27 MHz, radar Nostradamus |
| Ondes VHF (Very High Frequency) | 30 MHz à 300 MHz | 1 m à 10 m | Radiodiffusion et télédiffusion, radiocommunications professionnelles, transmissions militaires, liaisons des secours publics, radionavigation et radiocommunications aéronautiques, radioamateurs, satellites météo, radioastronomie, recherches spatiales |
| Ondes UHF (Ultra High Frequency) | 300 MHz à 3 GHz | 10 cm à 1 m | Télédiffusion, radiodiffusion numérique, radioamateurs, radiocommunications professionnelles, transmissions militaires y compris aéronautiques, liaisons gouvernementales, liaisons satellites, FH terrestres, radiolocalisation et radionavigation, services de la DGAC, usages spatiaux, satellites météo, téléphonie GSM et UMTS, liaisons Wi-Fi et Bluetooth, dispositifs radar |
| Ondes SHF (Super High Frequency) | 3 GHz à 30 GHz | 1 cm à 10 cm | FH terrestres et par satellite, dispositifs radar, liaisons et FH militaires divers, dispositifs BLR, radioastronomie et usages spatiaux, radiodiffusion et télédiffusion par satellite, liaisons Wi-Fi, fours à micro-ondes |
| Ondes EHF (Extremely High Frequency) | 30 GHz à 300 GHz | 1 mm à 1 cm | FH terrestres et par satellite, recherches spatiales, radioastronomie, satellites divers, liaisons et FH militaires, radioamateurs, dispositifs radar, raies spectrales moléculaires, expérimentations et recherches scientifiques |
| Ondes THF (Tremendously High Frequency) | 300 GHz à 300 000 000 THz | 0, 99 pm à 999, 3 µm |
|
Spectre d'émission
Des atomes ou molécules excités (par exemple par chocs) se désexcitent en émettant une onde électromagnétique. Celle-ci peut se décomposer en une superposition d'ondes sinusoïdales (monochromatiques) caractérisées par leurs longueurs d'onde. Le spectre est constitué par la totalité des longueurs d'ondes présentes. On peut le matérialiser avec un prisme de décomposition de la lumière en un ensemble de lignes, les raies spectrales, qui correspondent aux différentes longueurs d'ondes émises. Pour plus de précision, on peut aussi représenter ce spectre comme un graphe de l'intensité lumineuse selon la longueur d'onde.
L'observation du spectre d'émission de l'hydrogène se fait au moyen d'un tube Geissler qui comporte deux électrodes et de l'hydrogène sous faible pression. Les électrodes sont soumises à une différence de potentiel de 1000 V. L'important champ électrique accélère les ions présents qui, par chocs, excitent les atomes d'hydrogène. Lors de leur désexcitation, ils émettent de la lumière qui est analysée par un spectroscope. Dans l'ensemble des cas on observe (dans le visible) le même spectre composé de 4 raies (spectres de raies) aux longueurs d'ondes : 410 nm, 434 nm, 486 nm, 656 nm.
Niels Bohr interprétera alors l'émission de lumière par l'émission d'un photon quand l'atome passe d'un niveau d'énergie à un autre. Le spectre d'émission de n'importe quel élément peut être obtenu en chauffant cet élément, puis en analysant le rayonnement émis par la matière. Ce spectre est caractéristique de l'élément.
Spectre d'absorption
Le principe est précisément le même que celui du spectre d'émission : à un niveau d'énergie donné correspond une longueur d'onde. Mais au lieu d'exciter de la matière (par exemple en la chauffant) pour qu'elle émette de la lumière, on l'éclaire avec de la lumière blanche (donc contenant l'ensemble des longueurs d'ondes) pour voir quelles longueurs d'ondes sont absorbées. Les niveaux d'énergie étant caractéristiques de chaque élément, le spectre d'absorption d'un élément est précisément le complémentaire du spectre d'émission. On s'en sert surtout en astrophysique : par exemple, pour déterminer la composition de nuages gazeux, on étudie leur spectre d'absorption en se servant des étoiles se situant en arrière-plan comme source de lumière. C'est en général l'objectif de la spectrographie d'absorption : identifier des éléments inconnus (ou des mélanges) par leur spectre.
Voir aussi
Notes et références
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"spectre des ondes EM" L'image ci-contre est extraite du site bbemg.ulg.ac.be Il est possible que cette image soit réduite par rapport à l'originale. Elle est peut-être protégée par des droits d'auteur. Voir l'image en taille réelle (1494 × 1006 - 126 ko - jpg)Refaire la recherche sur Google Images |
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