Spectre lumineux

Définition

Le spectre lumineux regroupe le rayonnement infrarouge, le rayonnement visible de la lumière et le rayonnement ultraviolet, chacun intégré dans un spectre. Le domaine du spectre visible est le plus important pour les animaux, mais certains animaux étendent leur vision au spectre infrarouge et au spectre ultraviolet dans les spectres électromagnétiques.

La partie infrarouge du spectre électromagnétique couvre une plage allant d'environ 300 GHz à 400 THz (1 mm - 750 nm). Il peut être divisé en trois parties :

• Infrarouge lointain, de 300 GHz à 30 THz (1 mm - 10 µm). La partie inférieure de cette plage peut également être appelée micro-ondes ou ondes térahertz. Ce rayonnement est généralement absorbé par les modes dits de rotation dans les molécules en phase gazeuse, par les mouvements moléculaires dans les liquides et par les phonons dans les solides. L'eau de l'atmosphère terrestre absorbe si fortement dans cette plage qu'elle rend effectivement l'atmosphère opaque. Cependant, certaines plages de longueur d'onde ("fenêtres") dans la plage opaque permettent une transmission partielle et peuvent être utilisées pour l'astronomie. La gamme de longueurs d'onde comprises entre environ 200 µm et quelques mm est souvent qualifiée de "sub-millimétrique" en astronomie, réservant l'infrarouge lointain pour les longueurs d'onde inférieures à 200 µm.
• Infrarouge moyen, de 30 à 120 THz (10–2,5 µm). Les objets chauds (radiateurs à corps noir) peuvent émettre de fortes radiations dans cette plage, et la peau humaine à température corporelle normale émet de fortes radiations à l'extrémité inférieure de cette région. Ce rayonnement est absorbé par les vibrations moléculaires, où les différents atomes d'une molécule vibrent autour de leurs positions d'équilibre. Cette plage est parfois appelée région d'empreinte digitale, car le spectre d'absorption dans l'infrarouge moyen d'un composé est très spécifique pour ce composé.
• Dans le proche infrarouge, de 120 à 400 THz (2 500–750 nm). Les processus physiques pertinents pour cette plage sont similaires à ceux de la lumière visible. Les fréquences les plus élevées dans cette région peuvent être détectées directement par certains types de films photographiques et par de nombreux types de capteurs d'image à l'état solide pour la photographie infrarouge et la vidéographie.

Au-dessus de l'infrarouge en fréquence vient la lumière visible. Le soleil émet sa puissance de crête dans la région visible, bien que l'intégration de tout le spectre de la puissance d'émission à travers toutes les longueurs d'onde montre qu'il émet un peu plus de lumière infrarouge que de lumière visible. Par définition, la lumière visible est la partie du spectre électromagnétique à laquelle l'oeil humain est le plus sensible. La lumière visible (et la lumière proche de l'infrarouge) est généralement absorbée et émise par les électrons dans les molécules et les atomes qui se déplacent d'un niveau d'énergie à un autre. Cette action permet aux mécanismes chimiques qui sous-tendent la vision humaine et la photosynthèse des plantes. La lumière qui excite le système visuel humain ne représente qu'une très petite partie du spectre électromagnétique. Un arc-en - ciel montre la partie optique (visible) du spectre électromagnétique; l'infrarouge (si on pouvait le voir) serait situé juste au-delà du côté rouge de l'arc-en-ciel et l'ultraviolet apparaissant juste au-delà de l'extrémité violette.

Le rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde comprise entre 380 nm et 760 nm (400 à 790 térahertz) est détecté par l'oeil humain et perçu comme une lumière visible. D'autres longueurs d'onde, en particulier l'infrarouge proche (plus de 760 nm) et l'ultraviolet (plus court que 380 nm), sont également parfois appelées lumière, en particulier lorsque la visibilité pour l'homme n'est pas pertinente. La lumière blanche est une combinaison de lumières de différentes longueurs d'onde dans le spectre visible. Le passage de la lumière blanche à travers un prisme la divise en plusieurs couleurs de lumière observées dans le spectre visible entre 400 nm et 780 nm.

Si le rayonnement ayant une fréquence dans la région visible du spectre électromagnétique se reflète sur un objet, par exemple un bol de fruits, puis frappe les yeux, il en résulte une perception visuelle de la scène. Le système visuel du cerveau traite la multitude de fréquences réfléchies en différentes nuances et teintes et, à travers ce phénomène psychophysique mal compris, la plupart des gens perçoivent un bol de fruits.

Cependant, à la plupart des longueurs d'onde, les informations véhiculées par le rayonnement électromagnétique ne sont pas directement détectées par les sens humains. Les sources naturelles produisent des radiations électromagnétiques dans tout le spectre et la technologie peut également manipuler une large gamme de longueurs d'onde. La fibre optique transmet une lumière qui, même si elle ne se trouve pas nécessairement dans la partie visible du spectre (elle est généralement infrarouge), peut transporter des informations. La modulation est similaire à celle utilisée avec les ondes radio.

Suivant en fréquence vient ultraviolet (UV). La longueur d'onde des rayons UV est plus courte que l'extrémité violette du spectre visible mais plus longue que les rayons X.

Les UV sont le plus long rayonnement dont les photons sont suffisamment énergétiques pour ioniser les atomes, en séparer les électrons et provoquer ainsi des réactions chimiques. Les rayons ultraviolets et les rayons ultraviolets plus courts (rayons X et gamma) sont appelés des rayonnements ionisants. Leur exposition peut endommager les tissus vivants, ce qui en fait un risque pour la santé. Les rayons UV peuvent également faire briller de nombreuses substances à la lumière visible. c'est ce qu'on appelle la fluorescence.

Au milieu des UV, les rayons UV ne peuvent s'ioniser mais peuvent rompre les liaisons chimiques, rendant les molécules inhabituellement réactives. Les coups de soleil, par exemple, sont causés par les effets perturbateurs du rayonnement UV moyen sur les cellules de la peau, principale cause du cancer de la peau. Les rayons UV situés dans la plage moyenne peuvent endommager de manière irréparable les molécules d'ADN complexes dans les cellules produisant des dimères de thymine, ce qui en fait un mutagène très puissant.

Le soleil émet des rayons UV importants (environ 10 % de sa puissance totale), y compris des rayons UV extrêmement courts qui pourraient potentiellement détruire la plupart des vies sur terre (les eaux des océans assureraient une certaine protection de la vie là-bas). Cependant, la plupart des longueurs d'onde UV nocives du soleil sont absorbées par l'atmosphère avant qu'elles n'atteignent la surface. Les gammes d'UV les plus énergétiques (longueur d'onde la plus courte) (appelées "UV sous vide") sont absorbées par l'azote et, pour les plus grandes longueurs d'onde, par le simple oxygène diatomique présent dans l'air. La couche d'ozone, qui absorbe fortement les 200–315 nm, obstrue la majeure partie des UV situés à mi-chemin de l'énergie et dont la partie inférieure de l'énergie est trop longue pour être absorbée par le dioxygène ordinaire dans l'air. Cela laisse moins de 3 % de la lumière solaire au niveau de la mer sous UV, avec tout le reste aux énergies inférieures. Le reste consiste en UV-A, avec quelques UV-B. La plus basse plage d'énergie UV entre 315 nm et la lumière visible (appelée UV-A) n'est pas bien bloquée par l'atmosphère, mais ne provoque pas de coup de soleil et cause moins de dommages biologiques. Cependant, il n'est pas inoffensif et crée des radicaux oxygènes, des mutations et des lésions cutanées.

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