LUMIÈRE

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Interaction lumière-matière

Il est aisé de comprendre au premier degré par quel procédé un objet – rouge par exemple – nous apparaît d'une certaine couleur. Éclairée par de la lumière dite blanche (comme celle du soleil ou d'une ampoule), il ne renvoie vers notre œil qu'une partie du rayonnement incident – les composantes rouges de la lumière. Les autres composantes sont absorbées ou diffusées dans d'autres directions (un objet blanc renverrait toute la lumière, un objet noir l'absorberait entièrement).

Dans le cas de l'absorption, que se passe-t-il à l'échelle des constituants de l'objet ?

Au début du xxe siècle, les physiciens ont opéré une quantification de la lumière mais également de la matière. La matière est composée d'atomes, eux-mêmes formés d'un noyau, chargé positivement, et d'électrons. En fonction des positions occupées dans l'espace par ces électrons, on définit des niveaux d'énergie de l'atome (l'énergie ne peut pas prendre n'importe quelle valeur : ces niveaux sont discrets). Pour passer d'un niveau d'énergie à un autre, un atome a besoin de recevoir exactement la quantité d'énergie qui correspond à l'écart entre ces deux niveaux. Ni moins, ni plus. La lumière transporte des photons dont l'énergie est déterminée par la fréquence (ou la longueur d'onde). Si cette énergie est égale à l'écart entre deux niveaux atomiques, alors le photon sera absorbé et l'atome sera excité. À l'inverse, si l'énergie du photon est trop petite, mais également si elle est trop grande, le photon ne sera pas absorbé. Cela est la base de la spectroscopie d'absorption.

Typiquement, l'excitation d'un atome de son état fondamental vers les premiers états excités correspond à l'absorption de photons dans le domaine visible ou proche ultraviolet. Ainsi, si l'on éclaire une vapeur d'atomes métalliques avec de la lumière blanche et que l'on observe la lumière à la sortie, on constate qu'il manque certaines fréquences, qui ont été absorbées par les atomes. De même pour le spectre solaire : dès 1814, [...]


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Réflexion et réfraction de la lumière

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Lumière : phénomènes ondulatoires

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Lumière : propagation du champ électromagnétique

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Ondes électromagnétiques

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Pour citer l’article

Séverine MARTRENCHARD-BARRA, « LUMIÈRE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 25 février 2020. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/lumiere/