I. RAPPELS

    1. La Lumière et sa Perception

1.1. La lumière

Tout le monde connaît la lumière blanche du soleil. Pourtant, lorsqu’un faisceau de cette lumière traverse la pluie, il se forme un arc-en-ciel riche en couleurs. En fait la lumière blanche du soleil est une superposition continue de faisceaux d’ondes électromagnétiques de différentes longueurs d’ondes auxquelles sont assimilées des couleurs. De même, un prisme qui a la capacité de réfracter plus ou moins chaque onde selon sa longueur d’onde (peu le rouge et davantage le violet) permet de décomposer la lumière blanche en sa multitude de composantes (fig.1).

La longueur d’onde l (ou la fréquence n = c/ l avec c la vitesse de la lumière) est la caractéristique de l’onde. Nous parlerons également du photon. Selon Einstein et sa théorie onde-corpuscule, à chaque onde lumineuse est associée un photon dont l’énergie est h n = h c/ l où h est la constante de Planck.

Fig.1 : Décomposition de la lumière blanche par un prisme

Présentation de la longueur d’onde qui est la longueur d’une période ou cycle de l’onde

 

1.2. L’œil humain

La rétine, l’élément sensible de l’œil à la lumière est constituée dans sa partie périphérique de bâtonnets qui sont sensibles aux faibles intensités lumineuses ( ce sont eux qui nous permettent de voir dans la pénombre), mais ils sont insensibles aux couleurs.

La partie centrale de la rétine est composée de cônes qui nous permettent de voir en plein jour et surtout de distinguer les couleurs. Il existe trois types de cônes comme pour un capteur ou un écran RGB (Red-Green-Blue) qui nous permettent de distinguer les trois couleurs fondamentales, le rouge, le vert, et le bleu.

L’œil humain est ainsi capable de " voir " des ondes lumineuses dont la longueur d’onde est comprise entre 3500 Angstrom (violet) et 6500 Angstrom (rouge), en passant par le bleu, le vert, le jaune et l'orange (fig.2).

Fig. 2 : Ensemble du spectre des ondes électromagnétiques dont la lumière visible n’est qu’une très fine section.

 

 

1.3. La vision de la couleur

Lorsque la lumière du soleil frappe un objet, un être, ou un minéral, une partie de cette lumière (certaines fréquences ou longueur d’ondes) est absorbée ou transmise, et les autres ondes lumineuses sont réémises. Ce sont ces ondes réémises que notre œil perçoit et qui nous informe sur la couleur de l’objet.

Ainsi par exemple, les plantes nous paraissent principalement vertes, car la chlorophylle présente dans les plantes absorbe la lumière rouge et la lumière bleu violette pour la photosynthèse et renvoie le faisceau de lumière verte que nous pouvons alors percevoir par l’intermédiaire de notre œil.

Il faut donc bien comprendre que la perception de la couleur s’effectue par soustraction des couleurs absorbées de la lumière incidente et que notre œil perçoit les ondes complémentaires aux ondes absorbées ou transmises.

 

2 . L’atome

On ne peut pas présenter les interactions entre la lumière et la matière sans revenir quelque peu à l’atome. L’atome est constitué d’un noyau central composé de protons et de neutrons, et en périphérie de nuages d’électrons appelées orbitales atomiques.

Plusieurs modèles ont cherché à représenter ces orbitales atomiques. Tout d’abord, Niels BOHR (1885-1962), a présenté l’atome comme un noyau central et des électrons qui tournaient autour de ce noyau selon des orbites circulaires, chaque électron ayant sa propre orbite. Ce modèle bien qu’erroné a le mérite de la simplicité et permet une bonne visualisation d’ensemble de l’atome .

Depuis, nous avons résolu l’équation de Schrôdinger Ey = Hy pour l’électron. La résolution de cette équation a fait apparaître différents nombres quantiques : n : nombre quantique principal, l : nombre quantique secondaire, m : nombre quantique magnétique et s : nombre quantique de spin, et surtout a permis de définir la forme des orbitales atomiques qui ont la forme de poires (annexe1).

En outre, nous avons nommé chaque niveau électronique par des lettres : s (singular (je crois)), p (principal), d (diffuse) et f (fundamental). Ces nombres caractérisent l’état d’énergie des électrons. Ces 4 lettres désignent donc l’état électronique d’un atome et sont repris par le tableau périodique des éléments :

  • A chaque passage à une ligne inférieure, il y a incrémentation de 1 couche électronique

  • A chaque passage à la colonne suivante, il y a incrémentation de 1 proton et 1 électron et le cas échéant passage d’un état s, p, f, ou d à un autre lorsque ce niveau est rempli.

En effet, les orbitales s peuvent contenir 2 électrons, les orbitales p, 6 électrons, les d 10 électrons et les f 14 électrons.