LUMIÈRE

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Sources de lumière

L'incandescence

L'émission de lumière peut être une manifestation de la température élevée d'un corps dense. Dans ce cas, les atomes ou les molécules subissent de nombreux chocs permettant l'échange d'énergie. Pour une température donnée, il existe une distribution assez large des longueurs d'onde de la lumière émise autour d'une valeur d'émission maximum. Plus le corps est chaud, plus l'émission se déplace vers les courtes longueurs d'onde : ainsi les animaux et les hommes émettent un rayonnement infrarouge (détecté par les caméras thermiques), les résistances d'un four électrique rougeoient en approchant 1 000 0C, la température de la surface du Soleil est de 5 500 0C correspondant à une émission de lumière maximale dans le jaune (mais le spectre solaire s'étend de l'ultraviolet à l'infrarouge), certaines étoiles plus chaudes que le Soleil apparaissent bleues (on mesure ainsi la température de surface des étoiles), etc.

Dans une ampoule classique, de la lumière blanche est émise par un filament de tungstène porté à très haute température grâce au courant électrique qui le traverse (le tungstène, le plus réfractaire des métaux, ne fond qu'à 3 410 0C).

La luminescence

On parle de luminescence (ou lumière « froide ») lorsque la lumière émise est caractéristique de la nature de l'atome ou de la molécule qui l'émet et non plus de sa seule température (ce peut-être le cas dans les gaz, dans des solides bien ordonnés, pour des molécules diluées dans un liquide...). Suivant la manière dont l'excitation atomique ou moléculaire a été initialement produite, on distingue de nombreux types de luminescence :.

– La photoluminescence : une excitation lumineuse initiale se traduit par une émission de lumière (de fréquence égale ou souvent plus faible). Si la lumière est « immédiatement » réémise – en quelques ns –, on utilise le terme fluorescence. La détection de la fluorescence de molécules bien ciblées est une technique d'analyse de plus en plus utilisée en chimie, biologie, médecine et industrie. Si la lumière est réémise beaucoup plus tard (jusqu'à plusieurs heures), on parle de phosphorescence (principe des panneaux de balisage des bâtiments par exemple).

– La chimiluminescence : une molécule dans un état excité est produite à l'issue d'une réaction chimique et se désexcite en émettant de la lumière. Citons l'exemple de la révélation de traces de sang sur une scène de crime : la réaction chimiluminescente du luminol avec l'eau oxygénée est catalysée par le fer contenu dans le sang.

– La bioluminescence est également la conséquence de réactions chimiques qui se produisent au sein d'un être vivant (lucioles, certains planctons...)

– L'électroluminescence : en produisant une décharge électrique dans un gaz, on peut provoquer une émission de lumière (ainsi dans un tube à néon, la décharge produit de la lumière ultraviolette, qui à son tour provoque la fluorescence du matériau tapissant la paroi du tube). De même en appliquant une tension électrique sur un matériau semi-conducteur : c'est le principe des diodes électroluminescentes (DEL ou LED en anglais) et autres dispositifs d'opto-électronique.

– La thermoluminescence : les atomes de certains matériaux peuvent être bloqués dans un état électronique dit métastable qui n'est pas leur état fondamental (à la suite d'un chauffage) ; ils peuvent sortir de cet état métastable et émettre de la lumière. La thermoluminescence est utilisée comme méthode de datation pour des périodes allant jusqu'à 700 000 ans.

– Bien d'autres possibilités existent : bombardement d'électrons (cathodoluminescence, principe des postes de télévision avant les écrans LCD ou plasmas), frottements (triboluminescence), excitation par des particules énergétiques (radioluminescence), ultrasons (sonoluminescence)...

Les lasers

Du simple pointeur de poche jusqu'aux monstres utilisés dans l'industrie des métaux, en passant par les lasers de chirurgie, l'acronyme laser (pour light amplification by stimulated emission of radiation) désigne des sources de lumière artificielles très différentes par leur puissance et donc leur emploi, mais qui reposent sur un principe physique commun – l'émission stimulée prédite par Einstein en 1917. Ce sont des sources monochromatiques, directionnelles et cohérentes. Les ondes lumineuses associées à chaque phot [...]

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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 26 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/lumiere/