Spectroscopie 912353 30191199 2008-05-31T19:28:58Z TXiKiBoT 195090 robot Ajoute: [[lmo:Spetruscupia]] La '''spectroscopie''', ou '''spectrométrie''', est l'étude du spectre d'un phénomène, c'est-à-dire l'étude de la répartition d'une onde ou d'un faisceau de particules en fonction de la fréquence ou de l'énergie. Le suffixe « -scopie » fait référence à l'observation visuelle, par exemple l'impression sur un [[Pellicule photographique|film photographique]], la projection sur un écran ou bien l'utilisation d'une lunette d'observation (par exemple lunette montée sur un [[goniomètre]] pour la dispersion de la lumière par un [[prisme (optique)|prisme]]). Le suffixe « -métrie » fait référence à l'enregistrement d'un signal par un appareil ([[table traçante]] ou enregistrement électronique). Cette grandeur peut être un [[rayonnement électromagnétique]], mais aussi une [[onde mécanique]] comme le [[son (physique)|son]] ou les [[onde sismique|ondes sismiques]], ou encore des [[particule (physique)|particule]]s ou des masses . L'[[instrument de mesure]] permettant d'obtenir un spectre est un '''[[spectromètre]]'''. La spectroscopie est utilisée dans de nombreux domaines : [[astronomie]], [[biophysique]], [[chimie]], [[physique atomique]], [[physique nucléaire]], [[physique du solide]]... Il existe différents types de spectroscopies classées suivant la grandeur physique mesurée ou le processus de la [[métrologie|mesure]]. == Notion de spectre == {{Article détaillé|Analyse spectrale}} On voit ainsi que la [[lumière]] peut être décomposée en plusieurs couleurs, et que c'est ce « dosage » entre les différentes couleurs qui donne la couleur finale. Lorsqu'un instrument joue un [[son musical]], ce son comporte plusieurs [[Acoustique musicale#Harmoniques et accords|harmoniques]], et l'[[oreille]] exercée d'un [[musicien]] peut y déceler plusieurs [[Son (physique)#Fréquence et hauteur|hauteurs]] ; par exemple si un [[piano]] joue un [[Ut (note)|do]], on entendra de manière faible un do à l'[[octave (musique)|octave]] supérieure, puis un [[Sol (note)|sol]] plus aigu, puis encore un do... C'est le dosage entre ces harmoniques qui caractérise entre autre le [[Timbre (musique)|timbre]] de l'instrument. Tous les [[son (physique)|sons]] comprennent ainsi une série de [[partiel]]s ou d'[[harmonique]]s, qui définissent ses principales caractéristiques (hauteur, intensité, sonorité, ...), visualisées depuis le début du siècle par un appareil appelé [[sonagraphe]], appareil qui donne une représentation à peu près exacte du '''[[spectre sonore]]''', évolutif. Mais la notion de spectre est plus générale. Prenons par exemple un flot d'[[automobile]]s sur une route. On peut déterminer le nombre ''n''(''x'') de voitures se trouvant dans une bande de 100&nbsp;m autour du point kilométrique ''x'', c'est la densité de circulation. On peut aussi déterminer le nombre ''N''(''v'') de voitures ayant une vitesse ''v'', quelque soit leur position sur la route. On peut dire que ''N'' est le spectre en vitesse de la densité de circulation ''n'' ; il s'agit de deux manières complémentaires de décrire le même objet. De manière générale, on peut parler de spectre lorsque l'on a deux [[espace dual|variables duales]], c'est-à-dire lorsqu'une fonction ƒ d'une variable ''x'' peut se décomposer en une suite de fonctions ''g'' dépendant d'un paramètre ''y'' multipliée par une fonction ''a'', ''a'' dépendant du produit ''x''·''y'' : :<math>f(x) = \sum_y g(y) \cdot a(y \cdot x)</math> soit <math>f(x) = g(1) \cdot a(x) + g(2) \cdot a(2x) + g(3) \cdot a(3x)...</math> ou de manière plus générale :<math>f(x) = \int_y g(y) \cdot a(y \cdot x) \cdot dy</math> ''a''(''X'') étant une fonction standard ; en physique, on ne considère en général que des fonctions [[sinus (mathématiques)|sinus]]oïdales ou des [[exponentielle]]s complexes pour ''a''(''X''), par exemple :<math>a(X) = \cos \left ( X\frac{2\pi}{T} \right )</math> ou bien <math>e^{-j X \frac{2\pi}{T}}</math>. ''j'' étant l'[[Nombre complexe|imaginaire]] noté ''i'' en mathématiques. Le passage de ƒ à ''g'' est appelé « développement en [[série de Fourier]] » lorsqu'il s'agit d'une suite discrète (''y'' prenant des valeurs [[nombre entier|entières]]), et « [[transformée de Fourier]] » lorsqu'il s'agit d'une fonction continue de ''y''. En [[physique]], on s'intéresse souvent au spectre en [[énergie]] (''y'' = ''E''), c'est-à-dire au nombre de particules ayant une énergie ''E'' donnée ; ou bien, on s'intéresse à des variables duales dont le produit est l'énergie (''x''·''y'' = ''E''). Mais ce n'est pas systématique. === Spectre électromagnétique === {{Article détaillé|Spectre électromagnétique}} Chaque objet a une couleur caractéristique qui est le résultat de la lumière non absorbée par les [[molécule]]s qui le composent ; c'est ainsi que la [[chimie]] est née de la production de colorants ou [[molécule]]s pures par [[chromatographie]], qui est l'art de séparer les molécules en les dispersant physiquement par [[capillarité]] ou [[diffusion de la matière|diffusion]]. Il faut bien sûr éclairer la [[molécule]] avec de la [[lumière]]. On arrive ainsi à considérer que la [[lumière]] est constituée d'une superposition d'ondes [[monochromatique]]s ayant des intensités bien définies en fonction de la fréquence. On peut alors, en principe, reconstituer une lumière lorsqu'on connaît son spectre, il faut pour cela réussir à superposer des ondes [[monochromatique]]s ayant l'intensité indiquée par la courbe spectrale : l'intensité lumineuse ''I'' en fonction de la fréquence ν : ''I''(ν). Les mathématiciens expriment cela en disant que la fonction ƒ(''x'',''t'') peut être exprimée dans une base de fonctions et cela s'écrit : <math> f(x,t)= \int \;I( \omega)e^{j (\omega \cdot t - k \cdot x)} dt \ ; </math> où ω = 2π·ν et ''k'' = 2π/λ. Dans le cas des ondes électromagnétiques, ƒ est soit le vecteur du champ électrique, soit le vecteur du champ magnétique (les deux étant étroitement liés par les [[équations de Maxwell]]) en un point donné. Le spectre peut être décrit par une fonction de la variable [[énergie]] ou [[fréquence]] (grandeurs reliées par l'équation de Planck (''E'' = ''h''·ν) où ''h'' est une constante fondamentale de la physique appelée [[constante de Planck]]. == Différents types de spectroscopie == Le type de spectroscopie dépend du type d'objet mesuré. On distingue les trois classes suivantes : * Les [[Rayonnement électromagnétique|radiations électromagnétiques]] émises ou absorbées qui sont étudiées par la [[spectroscopie électromagnétique]]. * Les vibrations macroscopiques d'un milieu qui sont étudiées par la [[spectroscopie acoustique]] et la [[spectroscopie mécanique dynamique]]. * Les ions accélérés dans un champ électromagnétique qui sont étudiés par la [[spectrométrie de masse]]. Dans le cas des [[Rayonnement électromagnétique|radiations électromagnétiques]], le spectre analysé peut être : * un spectre émis par l'objet à analyser, on parle de [[spectrométrie d'émission]] ; ce spectre a en général : ** une partie continue : c'est le rayonnement d'origine thermique appelé « rayonnement du [[corps noir]] » ; ce rayonnement permet de déterminer la [[température]] de l'objet ; ** une partie discrète : les [[raie d'émission|raies d'émission]] caractéristiques des atomes ; * un spectre émis par un source (une lampe) et modifié par l'objet à analyser, on parle de [[spectrométrie d'absorption]] ; ce spectre est en général un « spectre cannelé » il s'agit d'un spectre continu, provenant de la source, et présentant des « trous », les [[raie d'absorption|raies d'absorption]] caractéristique. == Processus de mesure == Différents types de spectroscopie utilisent des processus variés. === Spectroscopie par rayons X === {{Article détaillé|Spectrométrie de fluorescence X}} Quand les [[rayons X]] d’une [[fréquence]] ([[énergie]]) suffisante interagissent avec une substance, les [[électron]]s des couches internes sont excités vers des orbites externes, ou éjectés ([[effet photoélectrique]]). La désexcitation de l'[[atome]] se produit suivant deux processus : la [[fluorescence]] ou l'[[électron Auger|émission Auger]]. Les [[fréquence]]s d’absorption et d’émission sont caractéristiques d’un [[atome]]. === Spectroscopie de rayons X === En [[astronomie]], on fait aussi de la spectroscopie des rayons X émis par les [[étoile]]s, les [[galaxie]]s, etc. La technique utilisée est soit celle qui consiste à enregistrer l'énergie de chaque [[photon]] émis dans une gamme d'énergie donnée. C'est le cas de [[satellite artificiel|satellites]] comme [[International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory|INTEGRAL]]. La prouesse technologique consistant à faire converger des rayons de haute énergie comme en optique classique a été réussie avec le satellite [[Chandra]]. Dans ce cas, les [[photon]]s sont défléchis par incidence rasante sur des [[miroir]]s spéciaux. === Spectroscopie UV === Les [[atome]]s absorbent ou émettent dans la région des [[ultraviolet]]s. Ce sont les couches externes du nuage électronique qui sont impliquées dans ce processus. Les [[molécule]]s absorbent également le rayonnement [[ultraviolet]] et [[lumière visible|visible]] : l'absorption d'un photon [[ultraviolet]] peut provoquer la promotion d'un électron d'une [[orbitale moléculaire]] liante ou non-liante en une orbitale anti-liante, typiquement de la [[Orbitales frontières|HOMO]] dans la LUMO. === Spectroscopie visible === De nombreux atomes émettent ou absorbent la [[lumière visible]]. Afin d’obtenir un spectre suivant une ligne fine, ou « raie », les atomes doivent être dans une phase gazeuse. Cela signifie que la substance doit être vaporisée. Le spectre est étudié en absorption et émission. === Spectroscopie [[infrarouge]] === Les molécules peuvent absorber ou émettre du rayonnement [[infrarouge]]. L'absorption ou l'émission d'un [[photon]] infrarouge correspond à un changement de l'énergie vibrationnelle et rotationnelle de la molécule. === Spectrométrie d'électrons === La spectrométrie par déviation est une méthode simple pour mesurer le spectre d'un faisceau d'[[électron]]s, est de faire passer celui-ci dans un [[champ magnétique]] constant et uniforme. Chaque électron sera dévié d'un angle dépendant de son [[énergie cinétique]], ce qui permet d'acquérir le spectre, par exemple, sur une plaque photo. === Spectrométrie de masse === {{Article détaillé|Spectrométrie de masse}} Il s'agit de déterminer les [[masse]]s (et éventuellement d'avoir des informations sur la structure chimique) des [[molécule]]s dont est composé l'échantillon, en les ionisant et en mesurant leur rapport masse / charge ( m / z ). La notion de « spectre en masse » est assez différente de celle de spectre d'un signal, mais il s'agit bien de déterminer la répartition d'une valeur (combien de particules ont une masse donnée) d'un système. === Spectroscopie astronomique === {{Article détaillé|Spectroscopie astronomique}} En [[astronomie]] la spectroscopie est une technique largement utilisée aussi bien dans l'UV, l'optique et l'infrarouge. On distingue: * La [[spectroscopie longue-fente]] qui utilise les premiers ordres de diffraction et est utilisée généralement pour la spectroscopie d'un seul objet à la fois. * La [[spectroscopie échelle]] qui utilise les ordres élevés de diffraction et qui permet d'atteindre de très hautes résolutions spectrales. * La [[spectroscopie multi-objets]] qui est dédiée à la spectroscopie simultanée de plusieurs objets à la fois, soit grâce à des masques, soit grâce à des [[fibre optique|fibres optiques]]. === Spectroscopie combinée === * [[Transformée de Fourier]] pour l’[[infrarouge]] lorsque les conditions changent avec le temps ([[FTIR]]) * [[Spectroscopie diélectrique]] == Voir aussi == * [[Spectroscopie Raman|Spectrométrie Raman]] * [[Spectromètre]] * [[Spectromètre Mössbauer]] * [[Spectrofluorimètre]] * [[Spectroscopie astronomique]] * [[Spectroscopie échelle]] * [[Spectroscopie longue-fente]] * [[Spectroscopie proche infrarouge]] * [[Spectrométrie de fluorescence X]] * [[Spectrométrie de perte d'énergie des électrons]] ([[EELS]]) * [[Interaction rayonnement-matière]] * [[Signature spectrale]] * [[Résonance ferromagnétique]] * [[Radiocristallographie]] * [[Biophysique]] * [[Torche à plasma (chimie)]] * [[Microsonde de Castaing]] == Liens externes == {{Wiktionnaire}} [http://www.atomer.fr/1/1c_table_absorptions_infrarouge.html Table des nombres d'onde des vibrations de valence et de déformation] {{Portail|chimie|physique}} [[Catégorie:Spectroscopie|*]] [[ar:مطيافية]] [[bg:Спектроскопия]] [[ca:Espectroscòpia]] [[cs:Spektroskopie]] [[da:Spektroskopi]] [[de:Spektroskopie]] [[el:Φασματοσκοπία]] [[en:Spectroscopy]] [[es:Espectroscopia]] [[et:Spektroskoopia]] [[fa:طیف‌نمایی]] [[fi:Spektroskopia]] [[gl:Espectroscopia]] [[he:ספקטרוסקופיה]] [[hr:Spektroskopija]] [[hu:Színképelemzés]] [[id:Spektroskopi]] [[it:Spettroscopia]] [[ja:分光法]] [[ko:분광학]] [[lmo:Spetruscupia]] [[ms:Spektroskopi]] [[nl:Spectroscopie]] [[nn:Spektroskopi]] [[no:Spektroskopi]] [[pl:Spektroskopia]] [[pt:Espectroscopia]] [[ro:Spectroscopie]] [[ru:Спектроскопия]] [[simple:Spectroscopy]] [[sk:Spektroskopia]] [[sl:Spektroskopija]] [[sr:Спектроскопија]] [[su:Spéktroskopi]] [[sv:Spektroskopi]] [[ta:நிறமாலையியல்]] [[tr:Spektroskopi]] [[uk:Спектроскопія]] [[vi:Phổ học]] [[zh:光谱学]]