Formation « Couleur »

Formation « Couleur » Maison pour la science – Toulouse 10 et 11 juin 2014 Renaud Mathevet Maître de conférences Université Paul Sabatier

La couleur Phénomène complexe: Physiques Physiologiques Psychiques Physicien  aspects physiques

Plan • Rappels sur les ondes • La lumière est une onde • électromagnétique transverse Spectroscopie/spectrométrie Physicien  manips

Plan • Rappels sur les ondes • La lumière est une onde • électromagnétique transverse Spectroscopie/spectrométrie

Qu’est-ce qu’une onde? GBF Oscilloscope x Excitation: Cos(2pnt) Réception: Cos(2pnt+j)

Etude de la phase t en phase j=0 [2p] j=2p x/l l=0.85cm t opposition de phase j=p [2p]

Double périodicité Cos(2pnt+j)  Cos(2pnt-2px/l) Cos(2pnt-2psx) Cos(2pt/T-2px/l) x l Cos(wt-kx) Cos(wt-kx)=Cos(w[t-x/c]), c=w/k célérité c = w/k = ln = n/s = l/T, relation de dispersion

Diagramme (x,t) Y(x,t)  Y(x-ct) x x=ct x  -x, t  -t  c  -c t Équation de d’Alembert

Deux types d’ondes k v // k V k longitudinale transverse

Etats de polarisation (I) direction de vibration direction de propagation plan de vibration direction de vibration plan de vibration direction de propagation base de polarisations rectilignes

Etats de polarisation (II) = + Cas particuliers: direction de propagation direction de propagation gauche droite base de polarisations circulaires

Corde de Melde vibreur point fixe L propagation libre  conditions aux limites résonance à nn si L=n ln/2 kn 2L=n 2p

Diffraction - Interférences lumière blanche a a q≈l/a qv<qR Laser Laser bleu rouge z Thomas Young 1801 i=lD/d d É Laser l=0.65 mm D

Onde électromagnétique Ole Christensen Rømer 1676 Hippolyte Fizeau 1849 James Clerck Maxwell 1865-1873 c2 e0 = 8,85 x 10-12kg-1m-3A2s4 μ0 = 12,5 x 10-7kgmA-2s-2  c= 3108ms-1 c= 3  108ms-1 NB: l=0.65 mm  n= 4,61014 Hz

OEM transverse q Etienne Malus 1809 I/I0(%) lumière naturelle lumière polarisée q(°) I=I0 Cos2q

Synthèse • Onde électromagnétique transverse 400 800 l (nm) • La couleur UV IR n (THz) 750 375

Spectro-scopie/métrie source fente lentille écran prisme à vision directe condenseur spectromètre USB

Corps noir Max Planck 1900 Albert Einstein 1905 E = hn= hc/l quantification de l’énergie

Spectre de raies spectromètre USB lampe H2O formule de Rydberg-Ritz l (nm) avec RH=10.97 µm-1 et n1=2

Quantification de l’énergie E(eV) l (nm) -0.54 n=5 -0.89 n=4 n=3 -1.51 n=2 -3.39 E = hn= hc/l n=1 -13.6

Modèle de Bohr Niels Bohr 1913 v hypothèse ad hoc: L=|rmv|=n m r rn=n2a0 avec a0=2 / me2=53pm En=E1 /n2avec E1 =-me4/22 =-13.6eV

Théorie quantique du rayonnement formule du corps noir Albert Einstein 1917 E E E émission stimulée absorption émission spontanée

Dualité onde corpuscule E/c p w/c k =  particule: énergie-impulsion onde: pulsation-vecteur d’onde Louis de Broglie 1924 ldB=h/mv Ln=rnmvn=n n ln=2p rn rn=n2a0

Laser énergie (pompage) en dessous du seuil milieu actif émission spontanée au dessus du seuil 632.8nm émission stimulée • monochromaticité • directivité • « cohérence »

De l’atome à la molécule … w0 w0 w0 ws wa z z z z E E E E z z z w0 w0 w0 wa ws

… de la molécule au cristal bande de conduction E E E Egap bande de valence

Spectre de bande E E E faible gap rouge gap moyen vert grand gap bleu synthèse additive

Laser à diode e- milieu actif semi-conducteur I en dessous du seuil au dessus du seuil E émission stimulée dsp dsp l l

Spectroscopie d’émission • spectre continu • spectre discret • spectre de bande • laser

Emission - absorption

Résonance L 2L=n ln=n(c/nn) E2 E2 E E E E2 E1 E1 E1 résonance hn=E2-E1

Un formidable outil… 589,00 et 589,59nm raies D1 et D2 Sodium 587,49nm ? Na He Norman Lockyer Jules Janssen découverte de l’Hélium (1848)

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