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Spectre lumineux : définition et explication

Longueurs d’ondes dans le spectre lumineux

On désigne par spectre la répartition d'ondes électromagnétiques. Seule une petite partie entre 380 et 780 nanomètres (nm) est visible pour l'homme, c'est elle que nous appelons lumière. On parle dans le langage courant de « lumière visible ». De la répartition spectrale d’une source lumineuse dépendent sa couleur de lumière ainsi que son rendu des couleurs. En fonction du type de production de lumière, on distingue différents types de spectres de base : le spectre continu (lumière du jour et corps thermorayonnants ainsi que LED blanches), le spectre de raies (lampes à décharge basse pression) et le spectre de bandes (lampes à décharge haute pression).

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Vue d’ensemble du sujet spectre

Qu'est-ce que la partie visible du spectre ?

La lumière n'est qu’une petite partie du spectre des ondes électromagnétiques, bien plus large, qui va des rayonnements cosmiques aux ondes radio.
Ce n'est pas un hasard si la partie qui va de 380 à 780 nm constitue la base de la vision humaine. C’est justement cette partie qui est, en tant que rayonnement solaire, disponible de manière relativement uniforme sur la terre et peut donc servir de base fiable à la perception.
Représentation relative à la partie de la lumière visible.

Spectres du rayonnement électromagnétique.
Le spectre du rayonnement visible comprend la bande étroite de 380 à 780 nm.

Intéressant :

Adjacents au spectre lumineux visible par l'œil humain, on trouve d'une part la partie UV à ondes courtes (rayonnement ultraviolet) et d'autre part la partie IR à ondes longues (rayonnement infrarouge). Ces spectres marginaux opposés sont en partie visibles pour d’autres êtres vivants.

L’œil humain perçoit la répartition spectrale ainsi que l’intensité des ondes électromagnétiques. De par son évolution, il s'est adapté à la seule source de lumière qui était à sa disposition pendant des millions d’années : le soleil. Ainsi, la sensibilité spectrale est au plus haut dans la zone où se situe le rayonnement maximum du soleil. Notre perception des couleurs est également adaptée au spectre continu de la lumière du soleil. La lumière blanche et une impression de couleur qui se compose à partir du spectre unifié des couleurs de l’arc-en-ciel. En principe, le rouge, le vert et le bleu suffisent à générer une impression de couleur blanche par mélange additif des couleurs. La façon dont les différentes longueurs d’ondes de la lumière sont perçues comme des couleurs est déterminée par l’organe humain de la vision, très complexe.

Quels types de spectres existe-t-il ?

Il y a spectre continu lorsque la lumière provient de corps thermorayonnants, autrement dit de sources de lumière incandescentes. On parle de spectre continu lorsque toutes les longueurs d’ondes sont contenues dans la lumière. Il est également possible de générer des spectres continus avec des LED. La première source de lumière artificielle était la flamme auto-luminescente du feu. Les particules de carbone en combustion produisent une lumière qui possède un spectre continu comme la lumière du soleil. Pendant longtemps, la technique de production de lumière a reposé sur ce principe, qui a toutefois été exploité de plus en plus efficacement depuis le flambeau et les copeaux jusqu'à l'éclairage au gaz en passant par la bougie et la lampe à huile. Avec la LED, il existe aujourd’hui une technologie qui convertit l’énergie électrique en lumière par électroluminescence et, ce faisant, peut générer un spectre continu.
Représentation de la répartition spectrale d’une lampe à décharge basse pression à vapeur de sodium.

Répartition spectrale relative Se (λ) de la décharge basse pression à vapeur de sodium.
Le spectre lumineux émis se situe près de la sensibilité maximale de l’œil.

On parle de spectre de raies lorsque la lumière ne contient que certaines longueurs d’ondes. De la combinaison ciblée de longueurs d'onde discrètes résulte un spectre qui génère une impression de couleur blanche. Un exemple est la lumière orange des lampes à décharge basse pression telles que l’on trouve dans l’éclairage des rues.

Représentation de la répartition spectrale d’une lampe à décharge haute pression à vapeur de mercure.

Répartition spectrale relative Se (λ) de la décharge haute pression à vapeur de mercure.

Un spectre de bandes est un spectre dont les nombreuses raies spectrales superposées sont disposées en bandes. On peut citer comme exemples les aurores boréales ou les lampes à décharge haute pression.

Bon à savoir :

Il existe dans les spectres de raies et de bandes des intervalles qui séparent les différentes zones de rayonnement.

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