Comment les atomes émettent de la lumière...
Un atome, c'est des électrons en orbite autour d'un noyau.
Comment imaginer ça ? Bah, quelque part, ça ressemble à
un système solaire en miniature : des électrons qui tournent
autour du noyau, comme des planètes autour du soleil.
La différence avec les planètes, c'est que les électrons ne
peuvent pas avoir n'importe quelle "trajectoire" autour du noyau.
Chacune des trajectoires permises est appellée
orbitale.
On peut imaginer des trajectoires circulaires autour du noyau,
de rayons différents.
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Voici à quoi ressemble l'atome le plus simple : l'atome d'hydrogène. Il n'a
qu'un seul électron. On a "dessiné" les orbites possibles de l'électron.
Là, il est représenté sur l'orbitale la plus proche du noyau. L'atome
est alors dans son état fondamental, son état de repos, si vous
préférez.
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En temps normal, les électrons sont au plus près du noyau,
sur les orbitales les plus basses. Un électron
sur une orbite un peu plus haute que la normale est un
électron qui possède une certaine énergie en réserve
(une énergie potentielle). On dit que l'atome est
excité.
Pour qu'un électron
puisse descendre vers une orbitale plus proche du noyau,
il faut qu'il se débarrasse de son énergie. Inversement, pour qu'un
électron s'éloigne du noyau en changeant d'orbitale, il
faut qu'il reçoive de l'énergie. Il existe deux façons de faire.
Cela peut se faire simplement lorsqu'un atome se heurte à un autre
atome : ils peuvent échanger de l'énergie, dans le choc. Les
électrons peuvent alors changer d'orbitale à cette occasion.
Mais la façon qui nous intéresse ici, et qui est tout de
même la plus importante, c'est de gagner ou de perdre de l'énergie
sous forme de lumière. Car c'est possible :
pour perdre de l'énergie, et descendre sur une orbitale plus
basse, l'électron est capable d'émettre un photon,
un grain de lumière. L'énergie transportée par le photon qui
part est exactement celle que l'électron avait en trop. La couleur
du photon est liée à son énergie : plus le photon
est bleu, plus il transporte d'énergie. Plus il est rouge,
moins il en transporte. Donc la couleur du photon émis par
l'électron dépend de la différence d'énergie entre les deux orbitales.
L'électron peut aussi faire l'inverse : s'il reçoit un photon,
il peut être mis sur une orbitale plus haute. La condition
pour que cela puisse arriver, c'est que le photon ait la bonne
couleur : en effet l'électron doit recevoir exactement la bonne
dose d'énergie pour changer d'orbitale. L'énergie du photon doit
être précise. Donc sa couleur également.
Pour descendre d'une orbitale à une autre, l'électron
émet un photon d'une certaine couleur. Pour faire le trajet inverse,
il doit recevoir un photon exactement de cette couleur là.
Cette façon d'émettre de la lumière est une des deux façons possibles.
L'autre, c'est celle qui est utilisée dans les
lampes à incandescence
(nos ampoules habituelles). Mais il existe des lampes qui utilisent
la façon des atomes d'émettre de la lumière en se désexcitant.
Ces lampes sont particulières : elles n'émettent que des couleurs
particulières, qui correspondent à toutes les transitions
possibles entre les orbitales. On les appelle des lampes
spectrales....brrrrr ! Pour voir ces couleurs, il faut avoir un
prisme, pour décomposer la lumière émise. Et c'est très net !