La dispersion de la lumière blanche est le phénomène par lequel une lumière, composée de plusieurs radiations lumineuses, est séparée en ses différentes composantes. Ce processus permet d'obtenir un spectre, révélant ainsi la composition de la lumière incidente.
Lumière polychromatique
Lumière composée de plusieurs radiations lumineuses de longueurs d'onde différentes.
Lumière monochromatique
Lumière ne comportant qu'une seule radiation lumineuse, caractérisée par une unique longueur d'onde.
Longueur d'onde (λ)
Grandeur physique caractérisant une radiation lumineuse, exprimée en mètre (m) ou en nanomètre (nm). Le domaine visible s'étend de 400 nm à 800 nm environ.
Spectre de la lumière
Ensemble des radiations lumineuses obtenues après dispersion d'une lumière, classées selon leur longueur d'onde.
Réfraction
Changement de direction d'un rayon lumineux lorsqu'il traverse la surface de séparation entre deux milieux transparents différents.
La lumière blanche : une lumière polychromatique
La lumière blanche, comme celle émise par le Soleil, est une lumière polychromatique. Cela signifie qu'elle est composée d'une multitude de radiations lumineuses, chacune associée à une couleur spécifique et à une longueur d'onde unique. Le domaine du visible pour l'œil humain s'étend approximativement de 400 nm (violet) à 800 nm (rouge).
Le spectre du visible et les longueurs d'onde associées
Chaque radiation lumineuse est caractérisée par sa longueur d'onde (λ). Une lumière monochromatique ne contient qu'une seule longueur d'onde, tandis qu'une lumière polychromatique en contient plusieurs.
Le prisme : un instrument de dispersion
Pour séparer les radiations composant la lumière blanche et observer son spectre, on utilise un dispositif dispersif tel qu'un prisme. Le phénomène en jeu est la réfraction, c'est-à-dire la déviation de la lumière lorsqu'elle change de milieu.
Lorsqu'un faisceau de lumière blanche pénètre dans un prisme, il subit deux réfractions successives : une à l'entrée et une à la sortie. La particularité du prisme est que son indice optique (qui détermine l'ampleur de la déviation) varie en fonction de la longueur d'onde de la radiation lumineuse.
En conséquence, chaque radiation colorée de la lumière blanche est déviée différemment. Les radiations de courte longueur d'onde (vers le bleu/violet) sont davantage déviées que celles de grande longueur d'onde (vers le rouge). Cette déviation différentielle entraîne la séparation des couleurs et la formation d'un spectre.
Dispersion de la lumière blanche par un prisme
L'obtention du spectre de la lumière blanche
La dispersion de la lumière blanche par un prisme révèle un spectre continu, c'est-à-dire une bande de couleurs sans interruption, allant du violet au rouge. Cet ensemble de couleurs est le spectre de la lumière blanche, où chaque couleur correspond à une plage de longueurs d'onde spécifique.
L'ordre des couleurs dans le spectre est toujours le même : violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange, rouge (VIBGYOR). Ce spectre est identique à celui d'un arc-en-ciel, qui est également un phénomène de dispersion de la lumière solaire par les gouttelettes d'eau agissant comme de minuscules prismes.
A retenir :
- La lumière blanche est polychromatique, composée de multiples radiations lumineuses de différentes longueurs d'onde.
- La dispersion est le phénomène de séparation de ces radiations.
- Un prisme disperse la lumière blanche grâce à la réfraction.
- L'indice de réfraction du prisme dépend de la longueur d'onde : les radiations violettes sont plus déviées que les rouges.
- Cette déviation différentielle conduit à l'étalement des couleurs et à la formation d'un spectre continu.
- Le spectre de la lumière blanche est une bande continue allant du violet au rouge.
