lundi 20 février 2012

Spectre


Fig. 14 : Le spectre visible
Avant de parler du second modèle, celui corpusculaire, beaucoup plus complexe, nous allons parler du spectre électromagnétique. Tout le monde a déjà vu un spectre lumineux. Selon le modèle ondulatoire, chaque couleur représentée sur le spectre correspond à un rayonnement électromagnétique de longueur d'onde précise ; par exemple la couleur bleue a une longueur d'onde de 300 nanomètres[14], alors que la couleur rouge a une longueur d'onde de 700 nanomètres.

Fig. 15 : Le spectre électromagnétique

La question qui nous vient à l'idée est : Pourquoi le spectre électromagnétique se limite-il à ça ? Pourquoi n'y a-t-il rien plus à gauche que le bleu ou plus à droite que le rouge ? Et bien en fait nous n'avons représenté ici que ce qu'on appelle le spectre visible, c'est-à-dire que ce sont les seules longueurs d'ondes auxquelles nos yeux sont sensibles. Les autres ne sont pas détectés par les cônes de nos yeux[15]. Mais revenons à notre spectre[16], il continue donc à gauche et à droite. Par longueur d'onde décroissante, on voit apparaître les ondes radio, les microondes, les ondes radar, le rayonnement infrarouge, le fameux rayonnement visible, l'ultraviolet et les rayons gammas ; on a ici un spectre à peu près complet des rayonnements électromagnétiques.
On se rend compte que tous ces rayonnements sont de même nature, seul un paramètre change : la longueur d'onde. Plus on diminue la longueur d'onde, plus l'énergie de ces rayonnements augmente et plus ces rayonnements sont potentiellement dangereux.
Le modèle ondulatoire permet d'expliquer la parenté entre tous les rayonnements électromagnétiques, il a cependant ses limites ; montrées par exemple par l'expérience de l'effet photoélectrique[17]. La question posée était : Comment des rayonnements dépourvus de masse peuvent-ils interagir avec la matière. C'est notamment à partir de ces interrogations qu'un autre modèle a vu le jour. On l'appelle théorie -ou modèle- corpusculaire du rayonnement électromagnétique.

Modèle corpusculaire

La théorie corpusculaire affirme que les rayonnements sont de minuscules grains appelés photons, qui seraient des particules d'énergie pure dépourvue de masse. Ce modèle est très dépendant d'une autre théorie, appelée mécanique quantique, extrêmement complexe, qui permet d'expliquer le comportement de particules telles que les électrons ou encore les quarks.
Fig. 16 : Schéma d'équivalence onde/corpuscule
D'une manière outrageusement simplifiée, on dira que la mécanique quantique affirme que tout paramètre doit être quantifié, c'est-à-dire qu'il ne peut pas prendre n'importe quelle valeur. Dans le cas de notre photon, il ne peut pas avoir n'importe quel niveau d'énergie -ou n'importe quelle longueur d'onde dans le modèle ondulatoire-. Ceci s'explique très facilement par la méthode de production des rayonnements électromagnétiques que nous verrons plus tard. On constate qu'on peut assimiler le niveau d'énergie d'un photon à la longueur d'onde dans le modèle ondulatoire. Quant à l'amplitude de l'onde, elle est déterminée par la quantité de photons émis ; plus celle-ci est élevée, plus l'amplitude de l'onde sera importante. On voit donc que l'amplitude de l'onde ne peut pas prendre n'importe quelle valeur. La longueur d'onde et l'amplitude d'un rayonnement dans le modèle ondulatoire -ou son niveau d'énergie et le nombre de photons considérés dans le modèle corpusculaire- sont donc quantifiés.
Nous avons vu que les deux modèles actuels du rayonnement électromagnétique, le modèle ondulatoire et le modèle corpusculaire, sont nécessaires pour le représenter. Il faut cependant garder à l'esprit qu'il ne s'agit que de modèles du rayonnement, deux manières de représenter une seule et même chose, deux manières de représenter un rayonnement électromagnétique. Bien que les résultats obtenus durant les expériences précédentes puissent paraître contradictoires, il faut savoir que le rayonnement ne va pas se transformer en onde ou en photon suivant la situation qu'il rencontre. Ces modèles ne sont qu'une simplification de la réalité pour la rendre compréhensible. Tout comme on peut voir un cylindre comme un cercle ou comme un rectangle suivant l'angle d'observation, on peut voir un rayonnement électromagnétique comme une onde ou une particule, or il se trouve qu'un modèle explique un certain phénomène tandis que l'autre ne donne pas d'explication satisfaisante. Dans le cas de notre cylindre, le modèle « cercle » permet d'expliquer pourquoi il roule sur une pente -ou passe à-travers un trou en forme de cercle-, et le modèle rectangle explique pourquoi il ne roule pas dans une pente -ou pourquoi il passe à-travers d'un trou en forme de cercle.
( source : Wikipédia )

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