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Spectre d'émission et d'absorption HTML5

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Un prisme (ou un réseau) permet de décomposer un rayon de lumière en fonction de ses différentes fréquences.

Le spectre lumineux obtenu peut être continu ou discret ("spectre de raies").

Une des grandes découvertes de la mécanique quantique est que l'énergie d'un atome ne peut prendre que certaines valeurs bien déterminées. Elle est "quantifiée" (voir l'animation spectre de raie de l'atome d'hydrogène ). Pour cette raison, un gaz composé d'un seul atome ne peut absorber ou émettre qu'un nombre limité de fréquences.

Pour un même élément, le spectre d'émission (partie supérieure de l'animation) possède les mêmes fréquences que son spectre d'absorption (partie inférieure).

source pour les valeurs des raies spectrales :   CDS Université de Strasbourg ( lien ) d'après  Reader J., and Corliss Ch.H. CRC Handbook of Chemistry and Physics; NSRDS-NBS 68 (1980). programmation Adrien Willm.

Choisir un élément dans le tableau de Mendeleiev.

Objectifs d'apprentissage

• Distinguer spectre d'absorption et spectre d'émission.
• Caractériser un atome par son spectre lumineux et introduire la spectroscopie.
• Comprendre que les raies spectrales d'émission d'un élément ont les mêmes fréquences que les raies du spectre d'absorption.

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Spectres d'émission et d'absorption des éléments

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spectres et logiciels

bonjour, Nous avons réalisé un spectrographe, avec fente+lentille+réseau. Nous avons réussi a acquérir le spectre de la lumière, et d'autres lampes spectrales avec un appreil photo numérique. Nous cherchons un logiciel afin d'étudier les spectres en couleur obtenus. On est entrain d'essayer avec regavi et regressi. Cela nous donne l'intensité en fonction d'une distance (pixel) Existerait-il un logiciel qui nous donnerait directement les longueurs d'ondes des raies?? merci d'avance

Re : spectres et logiciels

Envoyé par mainak29 bonjour, Nous avons réalisé un spectrographe, avec fente+lentille+réseau. Nous avons réussi a acquérir le spectre de la lumière, et d'autres lampes spectrales avec un appreil photo numérique. Nous cherchons un logiciel afin d'étudier les spectres en couleur obtenus. On est entrain d'essayer avec regavi et regressi. Cela nous donne l'intensité en fonction d'une distance (pixel) Existerait-il un logiciel qui nous donnerait directement les longueurs d'ondes des raies?? merci d'avance Bonsoir ! La mise au point d'un tel logiciel nécessite beaucoup de travail, et ce n'est pas un petit programme simple qui pourrait faire une telle analyse. Notamment, il faut tenir compte des largeurs de raies, des profils, il faut également avoir une base de données qui contient toutes les informations relatives aux éléments sondés par spectroscopie. De tels programmes existent, ou sont en cours de développement, mais à mon avis tu ne les trouveras pas en freeware.. Bon courage quand même.

Je ne comprend pas ton problème. Le reseau trie les longueurs d'onde. Il suffit de calibrer ton monochromateur pour avoir directement ton spectre en sortie. Normalement tu utilises une ccd. En sortie de ton reseau les différentes longueurs d'ondes sont positionnées à des endroits differents de ta ccd. Il te suffit simplement de tracer ton intensité en fonction de la position et de faire correspondre les positions et les longueurs d'onde à l'aide d'un étalon. Perso j'utilise origine ou matlab mais n'importe quel logiciel de tracé peut te faire cela.

Envoyé par Izanagi Il te suffit simplement de tracer ton intensité en fonction de la position et de faire correspondre les positions et les longueurs d'onde à l'aide d'un étalon. Nous avons voulu commencer a étalonner avec une lampe a vapeur de sodium (une raie jaune). nous avons tourné notre CCD de -5° , 0°et +5° et photographié la raie( a gauche, au milieu, et à droite de l'image). DU coup, comme on connait la longueur d'onde du jaune et les positions pour différents angles, on peut faire l'étalon avec ca? autre petit problème : nous avons réccupéré le spectre de la lumière blanche. Mais, la courbe d'intensité en fonction de la position des raies nous donne un seul pic très large. Comment peut-on retrouver toutes les longueurs d'ondes du specter si on a que un pic large?? merci

et visial spec?? je peux peut-etre l'utiliser??

pas d'avis sur la question??

Envoyé par mainak29 autre petit problème : nous avons réccupéré le spectre de la lumière blanche. Mais, la courbe d'intensité en fonction de la position des raies nous donne un seul pic très large. Tu n'es pas clair... La lumière blanche ne comporte pas de raies !

Autre question Envoyé par mainak29 Nous avons réalisé un spectrographe, avec fente+lentille+réseau. Nous avons réussi a acquérir le spectre de la lumière, et d'autres lampes spectrales avec un appreil photo numérique. Pourquoi utiliser une lentille puisque l'appareil photo numérique est muni d'un objectif ?

je retape le schéma de montage. Nous sommes sur un banc optique. -source -fente -lentille convergente (je crois) -réseau (100 traits) -et l'appareil photo la lentille n'est pas à la fin du montage, elle est au début. On positionne notre réseau au foyer image de la lentille. Et milles excuses pour les "raies" de la lumière blanche. Et pour visual spec?? peut-on obtenir un beau spectre? intensité en fonction de la longueur d'onde?

juste un petit message pour faire remonter le sujet. merci

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Spectres d'émission et d'absorption, acoustique : conversion de spectres, capteur pour spectres, spectres rmn, spectres de masse.

La méthode de la spectroscopie d’émission atomique ?

La procédure SEA

Chez Fink & Partner, nous nous sommes fixé comme objectif d’être une base solide et fiable pour vos données et résultats avec notre LIMS (Laboratory Information Management System) pour toutes les procédures de mesure courantes. Il ne s’agit pas seulement d’une saisie simple des données et des résultats de mesure. Une administration claire et un traitement ultérieur jouent également un rôle central. Après tout, vous voulez que toutes vos données et informations de mesure soient disponibles et accessibles à tout moment et en tout lieu – une exigence technologique qui peut être satisfaite en un tour de main avec le[FP]-LIMS.

Dans la spectroscopie d’émission atomique (SEA) en particulier, l’acquisition d’informations précises est particulièrement importante. Les aspects quantitatifs et qualitatifs des échantillons solides, liquides ou gazeux sont enregistrés dans cette procédure de mesure. Les atomes de l’échantillon sont excités par une source d’énergie externe et chaque atome individuel émet ainsi un rayonnement électromagnétique caractéristique qui est enregistré dans un spectre. De cette façon, la composition exacte d’un échantillon peut être examinée et analysée avec une très grande précision et précision. Comme il s’agit de données très sensibles contenant des informations importantes, un flux d’informations méticuleux et traçable est d’une grande importance pour le bon fonctionnement des résultats de mesure de la spectroscopie d’émission atomique.

Vous possédez un appareil pour la méthode de la spectroscopie d’émission atomique et souhaitez combiner les données de mesure dans une solution logicielle LIMS ?

Spectroscopie d’émission atomique: La procédure SEA

A l’aide d’une lumière laser, d’une flamme, d’un arc ou de toute autre source d’énergie, les atomes de l’échantillon sont excités et transférés dans l’état plasma. La lumière émise par le plasma de l’échantillon est focalisée sur la fente d’entrée du monochromateur. La lumière est ensuite décomposée spectralement et détectée photoélectriquement. Le spectre qui en résulte permet de tirer des conclusions fiables sur la quantité et la qualité en fonction de la position et de l’intensité des lignes individuelles.

Les dispositifs communs pour la spectroscopie d’émission atomique se composent généralement de trois éléments : Une source d’excitation, un mono- ou polychromateur et un module de détection des rayons.

Le grand avantage de la spectroscopie d’émission atomique est la visualisation des résultats d’analyse. Les propriétés étudiées de l’échantillon sont reflétées optiquement et fournissent ainsi toutes les informations importantes concernant la qualité et la quantité des atomes individuels de l’échantillon.

Avantages et applications de la spectroscopie d’émission atomique.

Les avantages évidents de l’SEA se situent clairement dans une plage de mesure très large et dynamique et dans la technique multi-éléments. Ainsi, plusieurs éléments peuvent être analysés qualitativement et quantitativement en une seule mesure. De plus, l’SEA offre une très bonne stabilité à long terme pour des séries de mesure particulièrement importantes.

Le principe de la spectroscopie d’émission atomique est principalement utilisé dans l’analyse des traces et l’analyse de l’eau. L’analyse des traces ne concerne que la détection des substances existantes en très petites quantités et leur détermination quantitative. Dans le cadre de l’analyse de l’eau, des échantillons d’eau sont prélevés dans les eaux souterraines, les eaux médicinales et les eaux de source, par exemple, et analysés pour y déceler tous les résidus et accumulations. Cependant, la spectroscopie d’émission atomique convient également à la mesure fiable de la composition élémentaire d’un échantillon dans presque toutes les méthodes d’analyse environnementale. Les sols, les déchets, les engrais ou les plantes, entre autres, sont analysés. Cependant, l’AES convient également à l’analyse d’échantillons hautement radioactifs, car aucune radioactivité perturbatrice n’est introduite dans aucune partie de l’analyseur.

Fournisseurs ayant coopéré

Notre LIMS est compatible avec un grand nombre de fabricants bien connus dans l’industrie. Grâce à des années d’expérience et à la forte demande, nous avons de plus en plus étendu la compatibilité du logiciel au cours des dernières années. Entre autres, les appareils des fabricants suivants sont compatibles avec nos[FP]-LIMS : Hitachi, Bruker, Spectro Ametek, ThermoFisher Scientific, Agilent Technologies, analytikjena, Horiba Scientific, Malvern Panalytical, Microtrac, PerkinElmer, Zwick Roell

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Spectres lumineux

• Publication publiée : 10 juin 2019
• Dernière modification de la publication : 12 juin 2023
• Temps de lecture : 5 min de lecture
• Post category: Lumières & Ondes / Lycée / Physique / Seconde

Les spectres lumineux  (ou spectre de lumière) sont le résultat de la décomposition de la lumière par un spectroscope .

On constate qu’une lumière blanche n’est que la superposition de toutes les couleurs de l’arc-en-ciel. 

Sur un spectre lumineux, on peut effectuer des mesures de longueurs d’onde  à l’aide d’un spectrophotomètre .

A voir dans ce cours

• Les différents spectres

L'emprunte spectrale

Le coin des expériences.

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Les différents types de spectres

Décomposition spectrale de TOUS les éléments

Classe inversée - Le spectre des étoiles

Comment les astronomes font-ils pour déterminer la composition des étoiles situées à des années lumières de nous ? 

A l’aide de la simulation d’expérience « Spectre d’étoile » ci-dessous, réalisez le travail demandé sous l’animation.

Spectre d'étoile

Travail  : 

• Observer les spectres des 3 étoiles.
• En les comparant avec les spectres d’émission des éléments, déterminer la composition de l’atmosphère de ces 3 étoiles. 

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Les spectres d'émission.

En effet, lorsque l'atome est soumis à une action extérieure qui lui apporte de l'énergie, il se trouve déstabilisé : on dit qu'il se trouve dans un état excité (fig.2). L'électron utilise alors cette énergie pour passer à un niveau d'énergie supérieur (saut quantique). Lorsque l'excitation cesse, l'atome tend à revenir à l'état fondamental en restituant à l'extérieur l'énergie qu'il avait reçue (fig.3). Cette relaxation d'énergie se fait en un temps très court et se traduit par l'émission d'un photon lumineux d'énergie correspondant exactement à celle du saut quantique. Si la relaxation porte simultanément sur un grand nombre d'atomes, on observe un spectre d'émission où sont présentes toutes les radiations correspondant aux photons émis. Ainsi, le spectre d'émission de l'atome d'hydrogène comporte un grand nombre de raies qu'il est possible de classer en séries spectrales. Chaque série spectrale correspond à la relaxation sur un niveau d'énergie donné.

Ce spectre ainsi produit caractérise l'élément chimique présent dans le gaz chauffé. Il constitue une sorte de signature.

On peut retrouver les spectres d'émission de 90 éléments chimiques dans cette application (applet java).

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Quels sont les spectres d'émission et d'absorption ?

Rédigé le 28 août 2023

9 minutes de lecture

• 01. La lumière, une onde et un corps 💡
• 02. Généralités sur le spectre électromagnétique 🔊
• 03. Les spectres d'émission 🌈
• 04. Les spectres d’absorption 🧽

Les spectres lumineux sont présents dans notre quotidien, mais ils ont des rôles différents en fonction du milieu. Découvrez dans cet article la différence entre spectres d'émission et d'absorption.

La lumière, une onde et un corps 💡

Il existe trois types différents d’ondes :

• Mécanique : Les ondes magnétiques nécessitent une matière qui se déforme afin de se propager. Ce matériau a la capacité recouvrer son état initial grâce aux forces de restauration qui inversent la déformation ;
• Électromagnétique : Les ondes électromagnétiques quant à elles n’ont pas besoin de support pour se déplacer : elles correspondent à des oscillations périodiques de champs électriques et magnétiques qui peuvent alors se déplacer dans le vide ;
• Gravitationnelle : Les ondes gravitationnelles n’ont plus de support pour se déplacer puisque ce sont les déformations de la géométrie de l’espace-temps qui se propagent.

Une onde est une déformation ou une vibration qui se propage dans un milieu défini. La lumière est une onde lumineuse constituée de particules : les photons.

• Lorsqu'une particule est plus petite qu'un atome, en particulier le noyau, on l'appelle une particule subatomique
• Ces éléments sont analysés en physique des particules.

☀️ L'atmosphère, les nuages, le sol ou l'océan reçoivent la lumière du soleil. ils en ont rendu une partie Lumière dans toutes les directions : on dit qu'ils diffusent la lumière.

La lune, les planètes, les comètes et tous les corps célestes du système solaire sont éclairés par le Soleil. Ils sont visibles car leur surface diffuse une partie de la lumière du soleil.

@konbini C'est quoi l'effet albédo ? #apprendresurtiktok #news #science #soleil ♬ son original - Konbini - Konbini

Généralités sur le spectre électromagnétique 🔊

La lumière étant un rayonnement électromagnétique , il est possible de la décomposer selon ses différentes composantes en termes de fréquence, de longueur d’onde ou d’énergie des photons, particules élémentaires de la lumière. L’énergie des photons est définie selon la formule suivante, avec h la constante de Planck égale à m².kg.s -1 .

La lumière que nous observons est composée de rayonnements ayant des longueurs d’onde comprises entre 350 nm et 750 nm : c’est ce qu’on appelle le spectre visible .

👀 Ces longueurs d’onde sont les seules que l’œil humain peut percevoir, à l’aide des cônes de la rétine :

• Les rayonnements proches de 350 nm seront perçus comme violet, au-delà, on parlera d’ultraviolets (UV)
• Les rayonnements proches de 750 nm seront perçus en rouge, au-delà, on parlera d’ondes infrarouges (IR)

Les spectres d'émission 🌈

Comme leur nom l'indique, les spectres d'émission sont constitués des rayonnements émis par un corps. On distingue deux sortes de spectre d'émission  :

Les spectres continus

Les spectres de raie.

Expérimentalement, il est possible d’obtenir un spectre continu avec tout corps à haute pression et haute température. Ces spectres sont donc d'origine thermique, et l'émission de lumière est liée à la température de la source . Ce type de spectre comporte tous les rayonnements visibles sans discontinuité du violet au rouge.

🚨 Cependant, la proportion des différents rayonnements n'est en général pas la même : un spectre d'émission continu comporte toujours une longueur d'onde correspondant à une intensité plus forte que les autres.

🔦 On retrouve ce phénomène dans les lampes et ampoules d’usage quotidien. En effet, une lampe à incandescence classique, qui produit de la lumière en chauffant un filament de tungstène à l’aide du courant électrique, présentera une plus forte intensité de radiations rouge s au sein de son profil spectral. Cela explique la couleur légèrement rouge-orangée des lampes à incandescence.

Cette longueur d'onde de plus forte intensité, qui correspond à un maximum d'émission, permet de déduire la température du corps émetteur. Plus cette longueur d'onde est faible (décalé vers le violet), plus la température est élevée.

Les spectres continus permettent donc de déterminer la température de leur source. C'est ainsi que la température de surface d'une étoile peut être connue. Il est possible d’observer un spectre continu par la méthode dite de la décomposition de la lumière.

🌈 En effet, la lumière blanche du soleil ou des lampes à incandescence est composée de tous les rayonnements du spectre visible, qui sont donc de longueurs d’onde différentes et de couleurs différentes : elle est qualifiée de lumière polychromatique . En projetant de la lumière blanche à travers un prisme vers un écran, on peut apercevoir le spectre de la lumière blanche, semblable à un arc en ciel.

La réfraction

La réfraction est le changement de direction que subit un rayon lumineux lorsqu'il traverse la surface de séparation entre deux milieux transparents. Un milieu transparent est caractérisé par son indice de réfraction .

L'indice de réfraction d'un milieu transparent correspond au rapport entre la célérité d'une onde se propageant dans le vide et sa célérité dans le milieu considéré.

• n correspondant à l'indice de réfraction du milieu transparent et qui est une grandeur sans unité ;
• c correspondant à la célérité de l'onde dans le vide. La célérité est égale à 3.10 8 m.s -1 ;
• Et v correspondant à la célérité de l'onde dans le milieu transparent qui s'exprime en m.s -1 .

⚡️ Un milieu est dit dispersif si la célérité d'une onde lumineuse monochromatique qui se propage dans ce milieu dépend de sa fréquence (donc de sa longueur d'onde dans le vide).

L'indice de réfraction d'un milieu dispersif dépend donc de la fréquence de l'onde qui s'y propage .

La réfraction de la lumière correspond au changement de direction du rayon lumineux lorsque celui-ci traverse une surface séparant deux milieux d'indices de réfraction différents.

• Le rayon lumineux est dit incident avant d'avoir rencontré la surface réfractante (appelée dioptre), il est dit réfracté après avoir rencontré cette dernière.
• Le point de rencontre du rayon incident et du dioptre est appelé point d'incidence .
• Le plan contenant le rayon incident et la normale au dioptre, au point d'incidence est dit plan d'incidence .
• L'angle orienté i 1 pris entre la normale au point d'incidence et le rayon incident est dit angle d'incidence .
• L'angle orienté i 2 pris entre la normale au point d'incidence et le rayon réfracté est dit angle de réfraction .
• Les angles i 1 et i 2 sont positifs s’ils sont orientés dans le sens trigonométrique (sens inverse des aiguilles d'une montre), négatifs sinon.

On prend n 1  l'indice de réfraction du milieu dans lequel se propage le rayon incident et n 2 celui du milieu dans lequel se propage le rayon réfracté.

• Pour pouvoir énoncer la loi de la réfraction, il faut que le rayon réfracté, le rayon incident et la normale (au dioptre) soient dans un même plan qui est appelé le plan d'incidence et que le rayon incident et le rayon réfracté soient situés de part et d'autre de la normale.
• Lorsque n 1  > n 2 (et respectivement n 1  < n 2 ) le rayon réfracté (et respectivement : incident) se rapproche plus rapidement du dioptre que le rayon incident (ou réfracté). Cependant, il existe un cas particulier où le rayon réfracté (ou incident) se retrouve mathématiquement sur le dioptre (sa limite) : il y a alors réflexion totale.

Les sources lumineuses

🌡️ Les spectres continus sont des spectres de source de chaleur, ce qui signifie qu'ils sont obtenus à partir d'une source (solide, liquide ou gazeuse) chauffée à une température suffisamment élevée pour émettre de la lumière. Ainsi, tout corps incandescent émet une lumière à spectre continu, comme du magma en fusion, des braises, du métal travaillé dans une forge, ou un filament chauffé par effet Joule lors du passage d'un courant électrique.

La lumière blanche est le seul spectre continu visible par l'homme . En effet, si la lumière avait une couleur, le spectre ne serait plus continu car il manque au moins une longueur d'onde.

🌟 Dans ce cas, la lumière considérée est monochromatique. Les spectres sont constitués uniquement de quelques raies correspondant à un nombre limité de longueurs d'onde. Ils sont obtenus par excitation électrique de certains gaz. En effet, un atome n’est pas fixé dans un état d’énergie. Sa structure électronique peut être altérée par les rayonnements de l’environnement, eux même constitués de photons : c’est ce que l’on appelle les transitions électroniques.

Ces photons contiennent un quantum d’énergie E . Cette énergie peut, si elle est suffisante, rompre la liaison d’un électron sur une couche électronique interne de nombre quantique n, qui passe alors vers un état d’énergie supérieur en absorbant : l’atome est alors excité. Un électron d’une couche périphérique p peut également passer vers une couche plus profonde n, et donc vers un état d’énergie inférieur en émettant un rayonnement de fluorescence : l’atome se désexcite et retourne à son état fondamental. L’énergie du photon produit ou absorbé est strictement égale à la différence entre les deux états d’énergie de l’électron considéré.

Il est alors possible de déterminer la longueur d’onde du rayon émis ou absorbé selon la formule suivante :

• ∆E est la différence entre les deux états d’énergie (de départ et d’arrivée) (J)
• ν est la fréquence du rayonnement (Hz)
• λ est la longueur d’onde du rayonnement (m)
• h est la constant de Planck : h ≈ 6,62 x 10 -34 s -1
• c correspond à la célérité de la lumière : c ≈ 3,00 x 10 8 s -1

Cependant, cette énergie est bien souvent donnée en électronvolt (eV). Il faut alors la convertir, sachant que 1 eV = 1,602 x 10 -19 J. Chaque composé chimique possède son propre spectre de raie qui le caractérise et permet de l'identifier.

Les spectres d’absorption 🧽

💨 Un spectre d'absorption est obtenu lorsque qu'une lumière blanche ayant un spectre continu traverse un corps gazeux. Selon la composition chimique du gaz, le spectre initialement continu présente alors des raies noires correspondant aux longueurs d’onde absorbées.

Cela s’explique par le fait que les photons contenus dans le rayonnement peuvent être absorbés par l’atome, dans l’éventualité où ils contiennent la quantité d’énergie nécessaire à ce que l’électron de l’atome considéré puisse passer à un niveau d’énergie supérieur. Ce photon disparaissant du rayonnement, il laisse alors une raie noire sur le spectre d’absorption initialement continu.

Les longueurs d'ondes absorbées par une substance correspondent aussi aux longueurs d'ondes des rayonnements figurant dans son spectre de raie d'émission. Les raies noires figurant dans un spectre d'absorption permettent donc d'identifier les substances qui ont été traversées par la lumière. L'analyse d'un spectre de raie permet par exemple d'identifier les substances présentes dans l'atmosphère d'une étoile.

🌤️ Le soleil, par exemple, renvoie une « lumière blanche » mais présente un spectre de raies d’absorption, au lieu d’un spectre continu simple attendu. Cela peut s’expliquer par la présence d’une atmosphère autour du Soleil. Cette atmosphère contenant différentes espèces chimiques, qui vont absorber différentes longueurs d’onde.

@prof2fyzik Les spectres lumineux en classe de seconde #PhysiqueChimie #Physique #Lycee #2nde #spectre #Apprendre ♬ FUTURE HOUSE - Sergey Wednesday

Le spectre observé sur Terre est donc un spectre de raies d’absorption. En prenant en compte la complémentarité entre spectres d’émission et spectre d’absorption, il est possible de déterminer les espèces chimiques présentes dans l’atmosphère du Soleil. Cette technique a permis de déterminer la présence de fer, d’hydrogène, de magnésium, de sodium et de calcium dans l’atmosphère du Soleil : c’est donc un puissant outil d’analyse en astrophysique.

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Fondateur de Superprof et ingénieur, nous essayons de rendre disponible la plus grande base de savoir. Passionné par la physique-chimie et passé par la filière scientifique au lycée, je partage mes cours (après les avoir mis à jour selon le programme de l’Éducation Nationale).

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30 août 2023 ∙ 7 minutes de lecture

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7 août 2023 ∙ 13 minutes de lecture

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21 juillet 2023 ∙ 10 minutes de lecture

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29 juin 2023 ∙ 16 minutes de lecture

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Bonjour et merci bien

Bonjour Comment savoir à partir d’un graphique si le spectre correspond à une lumière polychromatique ou monochromatique? Merci d’avance

J’ai adoré c’était passionnant.

Quelles sont les meilleures conditions atmosphériques en télédétection utilisant la partie invisible du spectre

Merci beaucoup les cours sont claire !

bonjour, tout est bien, merci!

Bonsoir, je ne suis qu’en 2nde, je débute donc les spectres d’émissions ect… Il ya quelque chose que je ne comprends pas, on est pas arrivé au point « des spectres d’absorption » mais j’ai une question de type « existe t-il des atomes possédant des raies d’émissions d’intensité tellement faibles qu’elles nous semblent invisibles? Si oui, lesquels ? ». Et après avoir lu plusieurs articles, je penses que la question parle des spectres d’absorption sont issus de ces atomes, mais je ne sais pas. De plus, mon prof nous donne un logiciel qui ne fonctionne même pas comme en cours, alors difficile d’y travailler. S’y quelqu’un pouvait m’éclaircir les idées. Bonne soirée

Bon résumé sur la spectro d’ émission et d’absorption 👍👍👍

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physique, chimie, astronomie

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Des spectres de raies avec Python

Des spectres de raies d’émission aussi beaux que dans les manuels (plus ?), projetables en classe, rigoureux et personnalisables : c’est possible avec ce petit programme Python.

En résumé :

• Obtenir des données spectroscopiques de longueurs d’onde, pour un élément chimique.
• Avec Python et ses modules pandas et matplotlib  : tracer un graphique avec un trait vertical pour chaque longueur d’onde.
• Mettre en forme le document pour qu’il ressemble à un spectre de raies. Notamment, utiliser un « colormap » qui attribue une couleur à une valeur de longueur d’onde.

Obtention des données

Il faut commencer par récupérer des valeurs de longueurs d’onde.

Le site du National Institute of Standards and Technology ( www.physics.nist.gov/asd ) met à disposition sa base de données.

Rendez-vous sur la page de formulaire : https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/index.html (cliquer sur la case “LINES”)

Choisir un élément chimique, les bornes de longueurs d’onde, ainsi qu’une foule d’autres paramètres (certains assez obscurs…) En ce qui me concerne, j’ai décoché tout ce que je pouvais pour ne pas surcharger mes fichiers.

L’idée est de récupérer un fichier texte (.txt) ou .csv qui recense les longueurs d’ondes pour l’élément recherché. On peut aussi bien cocher la case «page html», d’où on peut faire un copier-coller des valeurs tabulées.

La colonne étiquetée «Aki» indique les intensités des raies. On conserve ces données afin de se laisser la possibilité de sélectionner les raies les plus intenses .

Copiez les valeurs dans un fichier texte (Sur Linux Ubuntu, on peut utiliser le programme Gedit, par exemple. Sur Windows : NotePad).

Enregistrez ce nouveau fichier sous le format .csv, exploitable par le module Python « pandas » pour extraire les données. Choisir un nom court, simple et univoque, pour le fichier (le nom de l’élément, par exemple).

«Nettoyer» le fichier .csv

Avant de s’attaquer à la rédaction du code, je conseille d’épurer le fichier .csv en retirant tout ce qui est inutile et/ou pourrait causer des tracas dans le traitement des données.

• Donner un nom simple à la colonne des longueurs d’onde («wl» ou «lo», par exemple)
• Supprimer les guillemets et les «=» autour des valeurs, sinon les valeurs seront interprétées comme des chaînes de caractères au lieu de nombres flottants.
• Supprimer les colonnes inutiles (je n’ai utilisé que les longueurs d’onde et l’intensité).
• Supprimer les lignes vides.

Certaines de ces tâches s’exécutent plus facilement avec le logiciel d’éditeur de texte (outil ‘Rechercher/remplacer”), d’autres plutôt en ouvrant le fichier .csv avec un tableur (comme LibreOffice). Elles seront à répéter pour tous les fichiers des éléments chimiques souhaités.

Exemple de contenu d’un fichier .csv pour le mercure :

Les données d’une même ligne sont ici séparées par des virgules . Il faudra le préciser dans la commande Python.

Rédaction du code Python

La précédente ligne de code n’enregistre dans spectreHef que les données du tableau spectreHe dans lesquelles l’intensité (Aki) est supérieure à 0.1*la valeur maximale du tableau.

En augmentant le coefficient multiplicateur, on pourra facilement – après avoir visualisé le spectre – sélectionner les raies les plus intenses.

Le plus dur est fait. Il ne reste qu’à parcourir les longueurs d’onde du tableau de données, dans une boucle «for», et tracer pour chacune un trait vertical.

Pour répéter l’opération facilement avec plusieurs éléments, j’ai défini une fonction que j’appelle à chaque sous-graphique.

Mise en forme

La fonctionnalité la plus intéressante consiste à utiliser un « colormap » (gamme de couleurs?).

Un “colormap ” associe à une valeur donnée une couleur de tracé. Le “ colormap ” «turbo» propose les couleurs approchées de celle du spectre de la lumière blanche.

“Jet” comporte trop de couleur cyan que l’on ne retrouve pas dans la lumière blanche. Attention, ‘turbo’ n’est inclus que dans les versions de Matplotlib postérieures à la version 3.3.0. Il vous faudra peut-être mettre à pour Matplotlib pour l’obtenir. À défaut, modifiez le code en remplaçant ‘turbo’ par ‘jet’.

Dans la commande qui trace une raie, on indique dans les arguments que la couleur du trait vertical est donnée par :

où L est la longueur d’onde.

Le principe d’un colormap est que la première couleur est associée à la plus faible valeur de la gamme (pour moi : 350 nm), et ainsi de suite.

Je divise par 400 car c’est l’intervalle entre les valeurs minimale (350 nm) et maximale (750 nm), pour que le résultat soit nécessairement compris entre 0 et 1.

En toute rigueur, il existe une manière de normer un colormap , pour faire cet ajustement de manière automatique. N’ayant pas réussi à adapter les exemples trouvés sur le web, je me suis rabattu sur cette normalisation assez simple. Si vous connaissez mieux, vos commentaires sont les bienvenus.

Le résultat n’est pas parfait : la correspondance longueur d’onde ↔ couleur n’est qu’approximative, mais tout à fait acceptable.

Avec une figure multi-graphe, voici le résultat obtenu :

En augmentant le coefficient de filtrage à 0.4 pour le mercure :

En noir et blanc, si on souhaite imprimer : il suffit de choisir un fond blanc et de ne pas faire appel au colormap pour la couleur des lignes :

Vous savez peut-être déjà qu’en lançant un code Python pour tracer un graphique, la fenêtre graphique peut être zoomée grâce à l’icône ‘loupe’ de la barre d’outils :

On peut alors zoomer sur un doublet, par exemple, ou aller chercher une valeur précise de longueur d’onde :

La fenêtre graphique affiche automatiquement les coordonnées du curseur de la souris, dans le repère du graphique. On peut afficher la longueur d’onde en survolant la raie avec le curseur :

Tout ceci se prête merveilleusement à une projection en classe, pour comparer les spectres et commenter sur une partie précise, en zoomant et dézoomant à volonté.

Les fichiers CSV utilisés pour faire ce document :

Le programme Python :

Pour les besoins d’un exercice, on peut tracer un spectre de raies fictif de longueurs d’onde déterminées par l’utilisateur. Je l’ai fait sur un autre programme.

Pour obtenir des spectres de raies d’ absorption :

Dans ce programme, je trace un grand nombre de lignes colorées, de 350 à 750 nm, suivies des raies noires.

L’idée est que trouver le bon rapport entre l’épaisseur et le nombre de lignes colorées, afin que l’aspect visuel ait l’apparence de continuité.

À noter que, dans ce cas, un zoom important de la fenêtre graphique fera fatalement apparaître lesdites lignes colorées :

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