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RAMAN EFFET

Chandrasekhara Venkata Raman - crédits : SSPL/ Getty Images

Chandrasekhara Venkata Raman

L'effet Raman est un phénomène physique de diffusion moléculaire de la lumière, mis en évidence expérimentalement en 1928 par le physicien indien Chandrasekhara Venkata Raman, lauréat du prix Nobel en 1930. Dès les premiers travaux se sont dégagés les caractères essentiels de ce phénomène : la diffusion d'une radiation monochromatique par des molécules polyatomiques entraîne l'apparition de radiations de très faible intensité dont les fréquences sont différentes de celle de la radiation incidente. Les changements de fréquence observés sont essentiellement liés aux vibrations moléculaires. L'effet Raman est à la base du développement de méthodes de spectrométrie Raman qui apportent des données complémentaires de la spectrométrie d'absorption infrarouge.

Les sources de lumière laser, particulièrement bien adaptées à l'excitation de l'effet Raman, ont été à l'origine de progrès techniques très importants qui ont renouvelé cette méthode, en permettant par exemple l'analyse d'échantillons microscopiques, ou bien des mesures en des temps très courts.

Les principaux domaines d'application concernent l'étude des symétries et des structures d'édifices polyatomiques (molécules, ions, réseaux cristallins), ainsi que l'analyse non destructive de matériaux minéraux, organiques ou biologiques.

Principe

Pour observer l'effet Raman, on éclaire un milieu matériel – gaz, liquide ou solide – par un faisceau de lumière monochromatique, c'est-à-dire une radiation électromagnétique dite « radiation excitatrice » dont la fréquence ν0 est connue avec précision. Rappelons que cette dernière est liée à la longueur d'onde λ0 et au nombre d'ondes ν−0 par les relations :

dans lesquelles c est la vitesse de la lumière.

Cette radiation monochromatique peut être transmise, réfléchie, absorbée ou diffusée par le milieu matériel. Même lorsque celui-ci est soigneusement débarrassé de toute poussière ou particule diffusante, une diffusion de faible intensité par les molécules constituant la matière peut être observée. Elle peut se produire sans échange d'énergie avec les molécules. Dans ce phénomène, étudié par Rayleigh, la fréquence de la lumière diffusée est égale à celle de la lumière incidente.

Pour une fraction beaucoup moins intense de la lumière, la diffusion est dite « inélastique » et correspond à un échange d'énergie avec les molécules. Les fréquences des radiations diffusées νd sont données par une relation simple :

Le signe − correspond à des radiations diffusées décalées vers les basses fréquences ou grandes longueurs d'onde, et appelées Stokes par analogie avec la règle énoncée à propos de la fluorescence ; le signe + à un décalage vers les hautes fréquences ou longueurs d'onde plus courtes. On parle alors de diffusion anti-Stokes.

Dans les deux cas, on constate que les écarts de fréquence νi, par rapport à la radiation excitatrice, sont caractéristiques des molécules constituant le milieu matériel responsable de la diffusion. L'ensemble des radiations diffusées, analysées par un spectromètre, forme le spectre Raman de l'échantillon. Bien que celui-ci paraisse symétrique sur l'échelle des fréquences de part et d'autre de la radiation Rayleigh ν0, on constate que les intensités décroissent rapidement du côté anti-Stokes, si bien que l'on n'utilise que la partie Stokes du spectre Raman dans la plupart des applications.

Sir Chandrasekhara Venkata Raman a été le premier à décrire, en 1928, dans la revue Nature, l'observation expérimentale de ce phénomène. Mais il faut rappeler que le principe en avait été envisagé théoriquement, en 1923, par l'Autrichien A. Smekal et que d'autres équipes de recherche travaillaient sur ce sujet à la même époque, par exemple[...]

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Écrit par

  • : directeur d'institut au C.N.R.S., laboratoire de spectrochimie infrarouge et Raman (L.A.S.I.R.), professeur à l'université des sciences et techniques de Lille

Classification

Pour citer cet article

Michel DELHAYE. RAMAN EFFET [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Article mis en ligne le et modifié le 14/03/2009

Médias

Chandrasekhara Venkata Raman - crédits : SSPL/ Getty Images

Chandrasekhara Venkata Raman

Spectre Raman : tétrachlorure de carbone - crédits : Encyclopædia Universalis France

Spectre Raman : tétrachlorure de carbone

Spectre Raman : cellule sanguine isolée - crédits : Encyclopædia Universalis France

Spectre Raman : cellule sanguine isolée

Autres références

  • OPTIQUE - Optique non linéaire

    • Écrit par
    • 4 758 mots
    • 5 médias
    ...photon d'énergie ℏω1 est détruit pendant qu'un photon d'énergie ℏω2 est créé et que le système passe du niveau a au niveau b : c'est l'effet Raman stimulé (le gain à la fréquence ω2 est proportionnel à l'intensité S1). Les niveaux a et b peuvent être des niveaux de rotation...
  • RAMAN CHANDRASEKHARA VENKATA (1888-1970)

    • Écrit par
    • 266 mots
    • 1 média

    Né le 7 novembre 1888 à Tiruchirapalli dans l'État de Madras (aujourd'hui le Tamil Nādu, en Inde), Chandrasekhara Venkata Raman fut le premier Prix Nobel scientifique asiatique. L'absence de poste universitaire en Inde fait qu'il passe dix ans comme fonctionnaire du ministère des Finances tout en...

  • TISSUS ANIMAUX

    • Écrit par et
    • 7 243 mots
    ...été utilisée dans l'étude de l'empoussiérage pulmonaire et dans celle de métalloprotéines cristallisées. Plus récemment, la diffusion de la lumière par effet Raman a été mise à profit par Delhaye et Dhamelincourt pour la mise au point d'une microsonde dont l'objectif est d'identifier les molécules in situ...