(partie physique-chimie)
Comment définir ce qu’est la lumière ?
La lumière est un phénomène physique, qui est formé d’ondes (modèle ondulatoire), et est composée d’une multitude de radiations. Les rayons visibles à l’œil humain se situent entre 400 et 800 nanomètres. C’est grâce à ces rayons que nous pouvons percevoir les couleurs. Il existe également des rayons invisibles pour l’œil humain. Lorsqu’ils sont inférieurs à 400 nanomètres, ils appartiennent au domaine de l’ultraviolet (aussi connu sous le nom d’ UV). Lorsqu’il sont supérieurs à 800 nanomètres, ils appartiennent au domaine de l’infrarouge. Les radiations sont définies par leur longueur d’onde mais aussi par leur fréquence (mesurable en Hertz). La vitesse de propagation de la lumière dans le vide est de 3 × 10^8 m/s.
La lumière colorée
Un corps dense chauffé produit de la lumière dont le spectre est continu. C’est-à-dire que l’on passe d’une couleur à une autre, sans interruption dans la succession des couleurs.
La couleur de la lumière produite dépend de sa température. Si la température est inférieure à 3300°k (soit environ 3000°C), l’apparence colorée est chaude. Lorsque celle-ci ce trouve entre 3300°K et 5300°K l’apparence colorée est intermédiaire. Quand la température de couleur est supérieur à 5300°k, la couleur est froide car le spectre s’enrichit vers le bleu. Autrement dit, plus la température de la source de lumière est basse, plus la couleur est chaude, et inversement.
La loi de Wien exprime la relation entre la température et la longueur d’onde émise avec le maximum d’intensité: (unité: T température en K et λmax en mètre)
T=(2,90*10^-3)/λmax
La lumière n’est pas seulement émise par des sources chaudes, elle peut l’être également à partir d’une source froide (modèle corpusculaire).
Depuis 1905, grâce des travaux menés sur la lumière par Albert Einstein, nous savons que la lumière est constituée de corpuscules, qui sont des particules de petite dimension, nommées les photons. Chaque photon transporte un quantum d’énergie (plus petite quantité d’une grandeur pouvant être échangée).
L’absorption de la lumière
Un atome ne peut exister que dans des états bien définis. Chaque état est caractérisé par un niveau d’énergie. Dans son état fondamental l’atome est à son niveau d’énergie le plus bas. Il est stable. Aux autres niveaux il est dans un état excité.
Un atome peut passer à un niveau d’énergie supérieur en recevant par exemple une décharge électrique de la chaleur ou en absorbant la lumière des photons.
Sur ce spectre d’absorption les raies noires correspondent à la longueur d’onde de l’énergie du photon (exemple avec l’atome de mercure).
L’émission de la lumière
Contrairement à l’absorption de lumière, l’émission s’effectue au cours d’une transition d’un niveau d’énergie de l’atome à un niveau inférieur. Un atome excité retourne spontanément dans un état d’énergie plus faible en émettant un photon.
Dans un spectre d’émission chaque raie correspond à une transition au cours de laquelle l’énergie diminue (exemple avec l’atome de mercure).
Remarque: le spectre d’émission et le spectre d’absorption sont complémentaires.
Un peu d’histoire
C’est grâce à une célèbre expérience menée en 1666, qui a consisté à décomposer la lumière du soleil à l’aide d’un prisme en verre, Isaac Newton à réalisé que la lumière blanche était composée d’une multitude de rayons colorés.
Plus tard, c’est le physicien Thomas Young, qui, en 1807 prouvera que pour former de la lumière blanche, il ne faut pas nécessairement une multitude de radiations mais l’addition de trois radiations, rouge, verte et bleue. C’est ce qu’on appelle la synthèse additive. On peut également « enlever » des radiations à la lumière incidente comme par exemple en interposant des filtres entre la lumière et l’objet. C’est ce qu’on appelle la synthèse soustractive.
La perception de la couleur des objets selon la lumière
Un objet peut interagir de différentes façons avec la lumière. Il existe trois phénomènes principaux : – La diffusion: qui est le phénomène par lequel un objet éclairé renvoie dans toutes les directions une partie de la lumière incidente. – La transmission: qui est le phénomène par lequel un objet transparent est traversé par une partie de la lumière incidente. – L’absorption: c’est le phénomène par lequel un objet éclairé absorbe une partie de la lumière incidente.
La couleur d’un objet dépend de plusieurs paramètres : – de la nature de la lumière incidente (de l’éclairage) – de l’absorption, de la diffusion et de la transmission de la lumière – de l’observateur (voir partie S.V.T, article: « Comprendre comment la lumière agit sur notre organisme »).
T.P.E éclairage 