L'intéraction lumière-matière

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L’état fondamental est l’état stable de l’atome. En l’absence de perturbation, il peut y rester éternellement. A partir de l’état fondamental, un apport d’énergie extérieure va porter l’atome dans un état excité, instable, où il demeure de 10-8 à 10-9 s. Ensuite, il se désexcite et retourne spontanément vers l’état fondamental, soit directement, soit en passant par des états intermédiaires. On dit que l’atome a effectué une transition : une transition atomique est le passage de l’atome d’un état d’énergie à un autre.

D’après le principe de conservation de l’énergie, une transition atomique s’accompagne d’un transfert énergétique entre l’atome et le milieu extérieur.

- spectre d’émission :

Le spectre d’émission est constitué de raies car seules les longueurs d’onde qui correspondent à une transition atomique peuvent apparaître dans le spectre. La fréquence ν du photon émis est reliée aux énergies [pic 8] et [pic 9] par la relation de Bohr : [pic 10]

La longueur d’onde de la radiation émise est : [pic 11]

Chaque raie d’un spectre d’émission est associée à l’émission d’un photon lors d’une transition atomique où l’énergie de l’atome diminue.

- spectre d’absorption :

Le spectre d’absorption est un spectre continu privé de certaines raies. Ces raies résultent de l’absorption par l’atome de photons dont l’énergie correspond exactement à la différence d’énergie entre deux niveaux d’énergie atomiques. L’atome subit alors une transition de son état initial [pic 12] vers un état excité de plus haute énergie [pic 13] en absorbant un photon de fréquence ν telle que [pic 14].

III – Spectre du Soleil

Le Soleil peut être considéré comme une boule de gaz sous haute pression et à très haute température, entourée d’une couche de gaz à faible pression appelée chromosphère. Il émet donc de la lumière dont le spectre est continu et strié de nombreuses raies sombres.

A – Emission thermique

La surface du Soleil, appelée photosphère, émet par incandescence un rayonnement continu. Le maximum d’émission a lieu à une longueur d’onde dans le vide de 500 nm, ce qui correspond d’après la loi de Wien à une température d’environ 5 800 K.

B – Absorptions atomique et moléculaire

Les entités chimiques présentes dans la chromosphère (atmosphère du Soleil) absorbent sélectivement certaines radiations émises par la photosphère. L’analyse des raies d’absorption présentes sur le spectre du Soleil permet donc d’identifier et de dénombrer les atomes et ions présents dans la chromosphère.

Avant d’arriver au niveau du sol, le rayonnement solaire est partiellement absorbé par les molécules présentes dans l’atmosphère terrestre.