Définition de spectre © anuwat, Adobe Stock
Sciences

Spectre : qu'est-ce que c'est ?

DéfinitionClassé sous :Physique

Phys. Représentation de la contribution (énergétique par exemple) des composantes monochromatiques d'une onde (onde sonore, onde électromagnétique ou rayonnement), en fonction de la fréquence (ou longueur d'onde) de ses composantes.

Par exemple, un spectre acoustique représente l'intensité acoustique en fonction de la fréquence ou de la longueur d'onde d'un son (onde sonore). On parle de spectre de bande (syn. de spectre continu) si la répartition en fonction de la fréquence est continue, de spectre de raies, si elle présente des composantes discrètes (spectre d'émission atomique par exemple).

La forme des spectres constitue fréquemment une signature (spectrale) permettant d'identifier les objets qui en sont l'origine.

L'obtention et l'étude des spectres relèvent de l'analyse spectrale.

Par extension, on parle de spectre en physique des particules pour décrire les différents types de particules associées à une théorie de champ donnée. Ainsi les différents quarks de la QCD et les hadrons associés forment le 'spectre en particules' de celle-ci. Une telle dénomination est naturelle car elle traduit bien la dualité onde/corpuscule et le fait que les différentes particules sont un peu comme les différents niveaux d'énergie d'un atome possédant une signature spectrale donnée à cause des transitions entre ces niveaux sous l'influence d'une perturbation extérieure.

Opt. L'obtention d'un spectre exige une dispersion, obtenue par diffraction ou réfraction. L'étude des spectres d'émission et d'absorption, de leurs fréquences ou raies caractéristiques permettent d'identifier les corps, notamment les atomes et molécules (spectroscopie).

Le terme spectre renvoie à plusieurs notions différentes en physique, notamment : 

  • Le spectre d'absorption
  • Le spectre d'émission
  • Le spectre sonore
  • Le spectre électromagnétique
  • Les spectres de masse
  • Le spectre de l'hydrogène

Le spectre d’absorption


Le spectre d'absorption est obtenu lors du passage d'une onde électromagnétique (généralement la lumière) qui traverse un milieu semi-transparent ou transparent, par exemple un gaz. Le spectre est constitué de lumières colorées et comporte des lignes sombres (raies noires) qui correspondent aux longueurs d'onde absorbées. La lumière passe à travers des éléments chimiques qui absorbent certaines longueurs d'ondes. Le spectre d'absorption provient de la décomposition d'une lumière polychromatique par un milieu dit  « dispersif ». Les différentes longueurs d'ondes ne se propagent pas à la même vitesse, c'est le phénomène de la dispersion.

Le spectre d’émission 

Un spectre d'émission est le spectre de la lumière émise par une source, on distingue deux types de spectres, les spectres d'émission continus et les spectres de raies.

Un spectre continu contient l'éventail de toutes les couleurs du violet au rouge, les 7 couleurs de l'arc-en-ciel. Ce spectre est obtenu par la décomposition de la lumière du Soleil et de manière générale par toute source de lumière émise par les corps à haute température et sous haute pression. La longueur d'onde est généralement plus intense par rapport aux autres spectres. Il faut savoir que plus la température est élevée, plus la longueur d'onde est faible. Les spectres continus sont d'origine thermique, la température de la source et liée à l'émission de la lumière et les rayonnements sont visibles. Ce phénomène peut être obtenu grâce à des lampes et ampoules d'usage quotidien puisque les ampoules classiques produisent de la lumière en chauffant. Il est possible de déterminer la température de la source en analysant le spectre continu. C'est de cette façon que l'on peut connaître la température de la surface d'une étoile

Les spectres de raies sont obtenus par excitation électrique de certains gaz. À température élevée, la lumière émise par un gaz à basse pression conduit à la formation d'un spectre de raies. Ce spectre s'obtient lorsque l'on décompose la lumière d'une lampe spectrale, à vapeur d'atomes. On peut observer des raies colorées sur un fond sombre. L'atome émet la lumière, c'est ce que l'on appelle l'émission de lumière par les atomes. 

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