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PhysiqueD�finition sous licence CC-BY-SA 3.0
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Spectrom�tre
Spectrom�tre spectrom�trie de masse aberration sph�rique photomultiplicateur spectrofluorim�tre Tweeter
Un spectrom�tre est un appareil de mesure permettant d'�tudier de d�composer une quantit� observ�e — un faisceau lumineux en spectroscopie, ou bien un m�lange de mol�cules par exemple en spectrom�trie de masse — en ses �l�ments simples qui constituent son spectre. En optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) il s'agit d'obtenir les longueurs d'ondes sp�cifiques constituant le faisceau lumineux (spectre �lectromagn�tique) tandis que pour un m�lange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi appelée mélange. Les...) chimique il s'agira (Agira est une commune italienne de la province d'Enna dans la région Sicile en Italie.) d'obtenir les masses sp�cifique de chacune des mol�cules (spectre de masse). Des spectrom�tres sont �galement utilis�s en acoustique (L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des sons et des ondes mécaniques. Elle fait appel aux phénomènes ondulatoires et à la mécanique...) afin d'analyser la composition d'un signal ( Termes g�n�raux Un signal est un message simplifi� et g�n�ralement cod�. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particuli�res. Les signaux lumineux sont...) sonore. De fa�on g�n�rale l'�tude des spectres est appel�e la spectrom�trie. Dans le cas de l'optique (mais c'est �galement vrai en chimie), "�spectrom�tre�" est un terme qui d�signe en pratique une grande famille d'instruments permettant de balayer un large �ventail de longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation r�versible de propri�t�s physiques locales. Elle transporte de l'�nergie sans transporter de mati�re.), des rayons gamma et des rayons X jusqu'� l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement �lectromagn�tique d'une longueur d'onde sup�rieure � celle de la lumi�re visible mais plus courte que celle des micro-ondes.). Cependant chaque type de spectrom�tre (Un spectrom�tre est un appareil de mesure permettant d'�tudier de d�composer une quantit� observ�e — un faisceau lumineux en spectroscopie, ou bien un m�lange de mol�cules par exemple en...) est associ� � une bande particuli�re et n�cessite une technologie (Le mot technologie poss�de deux acceptions de fait :) sp�cifique. Diff�rents types de spectrom�tres sont employ�s�: Spectrom�tre �lectromagn�tique (Spectrom�tre infrarouge, spectrofluorim�tre (Un spectrofluorom�tre (ou encore spectrofluorim�tre, ou plus simplement fluorom�tre ou fluorim�tre) ets un instrument de mesure et d'analyse des propri�t�s de fluorescence de certains compos�s chimiques afin...), spectrom�tre � rayons X)�; Spectrom�tre de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) Spectrom�tre La variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une...) mesur�e est le plus souvent l'intensit� de la lumi�re (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...) mais pourrait �tre �galement, par exemple, l'�tat de polarisation ( la polarisation des ondes �lectromagn�tiques ; la polarisation d�e aux moments dipolaires dans les mat�riaux di�lectriques ; En �lectronique, la polarisation est...). La quantit� (La quantit� est un terme g�n�rique de la m�trologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre mani�re de d�nommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) mesur�e est habituellement la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet complètement...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de...) de la lumi�re, normalement exprim�e comme une fraction d'un m�tre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis...), mais parfois exprim�e comme une certaine unit� directement proportionnelle � l'�nergie (Dans le sens commun l'�nergie d�signe tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumi�re, de produire un mouvement.) de photon (En physique des particules, le photon est la particule �l�mentaire m�diatrice de l'interaction �lectromagn�tique. Autrement dit, lorsque deux particules charg�es �lectriquement interagissent, cette interaction se traduit d'un point de vue...), telle que la fr�quence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de...) ou l'�lectron-volt, qui est inversement proportionnelle � la longueur d'onde. En pratique les longueurs d'ondes sont observ�es sous forme de raies spectrales. G�n�ralement un appareil ne fonctionnera que sur une petite partie du spectre en raison de la vari�t� des techniques employ�es pour mesurer chaque bande du spectre. Au-dessous des fr�quences optiques (c'est-�-dire, les micro-ondes, les ondes radio, et aux fr�quences sonores), on emploie un dispositif �lectronique �troitement li�, l'analyseur de spectre. Spectroscopes Des spectrom�tres connus sous le nom de spectroscopes sont utilis�s dans l'analyse spectroscopique pour identifier les mat�riaux (Un mat�riau est une mati�re d'origine naturelle ou artificielle que l'homme fa�onne pour en faire des objets.). Les spectroscopes sont souvent utilis�s en astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas être confondue...) et dans quelques branches de la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou...). Les premiers spectroscopes �taient simplement constitu�s d'un prisme avec des rep�res marquant les longueurs d'onde de la lumi�re. Les spectroscopes modernes, tels que des monochromateurs, emploient g�n�ralement un r�seau (Un r�seau informatique est un ensemble d'�quipements reli�s entre eux pour �changer des informations. Par analogie avec un filet (un r�seau est un ��petit rets��, c'est-�-dire un petit filet), on appelle nœud (node) l'extr�mit�...) de diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas compl�tement transparent ; le ph�nom�ne peut �tre interpr�t� par la diffusion d'une onde par les...), une fente mobile, et un d�tecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été...) photo�lectrique. Le tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) est automatis� et command� par un ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des données sous forme...). Le spectroscope a �t� invent� par Gustav Kirchhoff et Robert Wilhelm Bunsen[r�f.�n�cessaire]. Quand une mati�re (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) est port�e � incandescence, elle �met une lumi�re qui est caract�ristique des constituants atomiques de cette mati�re. La lumi�re �mise par un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...) excit� est constitu�e de diff�rentes longueurs d'ondes tr�s sp�cifiques que l'on peut consid�rer comme l'empreinte digitale de l'atome. Par exemple, le sodium a une double bande jaune (Il existe (au minimum) cinq d�finitions du jaune qui d�signent � peu pr�s la m�me couleur :) tr�s caract�ristique connue sous le nom de D-lignes de sodium � 588.9950 et 589.5924 nanom�tres�: cette couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) est bien connue de ceux qui ont d�j� observ� une lampe � vapeur () de sodium � basse pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.). Dans les spectroscopes du d�but du XIXe si�cle (Un si�cle est maintenant une p�riode de cent ann�es. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, g�n�ration. Il a ensuite indiqu� la dur�e d'une g�n�ration humaine...), la lumi�re entrait (L'Entrait (ou Tirant) - terme de charpente - est un �l�ment de la ferme. C'est une pi�ce de bois horizontale servant � retenir les arbal�triers, et qui est pos�e aux extr�mit�s sur les murs...) par une fente et une lentille de diffraction transformait la lumi�re en fins rayons lumineux parall�les. La lumi�re traversait ensuite un prisme (dans des spectroscopes portatifs, habituellement un prisme d'Amici) qui r�fractait le faisceau lumineux en un spectre[1]. Cette image �tait alors regard�e dans un tube avec une �chelle qui permettait de mesurer l'image spectrale transpos�e. Avec le d�veloppement du film photographique, un spectrographe plus pr�cis fut invent�. Il �tait bas� sur le m�me principe que le spectroscope, mais comportait un appareil photographique au lieu du tube de visionnement. Ces derni�res ann�es, des circuits �lectroniques mont�s autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) du tube de photomultiplicateur (Le photomultiplicateur est un dispositif permettant la d�tection de photons. Il se pr�sente sous la forme d'un tube �lectronique.) ont remplac� l'appareil-photo, permettant l'analyse spectrographique en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) r�el avec une pr�cision bien plus �lev�e. Des rang�es de photod�tecteurs sont �galement utilis�s � la place du film dans des syst�mes spectrographiques. Une telle analyse spectrale (L'analyse spectrale est une m�thode utilis�e en physique pour d�terminer les caract�ristiques d'un ph�nom�ne observ�. L'intensit� du ph�nom�ne en...), ou spectroscopie, est devenue un outil (Un outil est un objet finalis� utilis� par un �tre vivant dans le but d'augmenter son efficacit� naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions entreprises, par une plus grande rentabilisation de ces...) scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre � l'�tude d'une science ou des sciences et qui se consacre � l'�tude d'un domaine avec la rigueur et les m�thodes scientifiques.) important pour analyser la composition d'une mati�re inconnue, pour �tudier des ph�nom�nes astronomiques et confronter les th�ories astronomiques. Spectrographes Comparaison de la diffraction � partir de spectrom�tres. Syst�mes optique de r�flexion, de r�fraction (En physique des ondes — notamment en optique, acoustique et sismologie — le ph�nom�ne de r�fraction est la d�viation d'une onde lorsque la vitesse de celle-ci change entre deux milieux. Typiquement, cela se produit � l'interface entre...), des fibres (Une fibre est une formation �l�mentaire, v�g�tale ou animale, d'aspect filamenteux, se pr�sentant g�n�ralement sous forme de faisceaux.). Un spectrographe est un instrument qui transforme une onde entrante en un spectre de fr�quences, ou g�n�ralement une s�quence d'un tel spectre. Il y a plusieurs genres d'appareils d�sign�s sous le nom de spectrographes, selon la nature pr�cise des ondes. Utilisation en optique En optique, le spectrographe s�pare la lumi�re entrante selon sa longueur d'onde et enregistre le spectre r�sultant dans un certain d�tecteur. C'est ce type de spectrom�tre qui a remplac� le spectroscope dans les applications scientifiques. En astronomie, les spectrographes sont d'un usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) courant. On les monte au centre d'un t�lescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi que la taille apparente des objets...) qui peut �tre un t�lescope d'observatoire terrestre ou un t�lescope embarqu� dans un vaisseau spatial. Exemple d'un MER (Le terme de mer recouvre plusieurs r�alit�s.) Les Mars Exploration Rovers (MER) comportaient chacun un Mini-TES - un spectrom�tre thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant...) miniature d'�mission (c'est-�-dire un spectrom�tre infrarouge). Les premiers spectrographes ont employ� le papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres cellulosiques végétales et animales. Il se...) photographique comme d�tecteur. La classification du spectre des �toiles et la d�couverte de la s�quence principale, par la loi de Hubble (En astronomie, la loi de Hubble �nonce que les galaxies s'�loignent les unes des autres � une vitesse (approximativement, voir ci-dessous) proportionnelle � leur distance. Autrement dit, plus une...) et la s�quence de Hubble (Le t�lescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un t�lescope en orbite � environ 600 kilom�tres d'altitude, il effectue un tour complet de la Terre toutes les 100 minutes. Il est nomm� en l'honneur de l'astronome...) ont toutes �t� r�alis�es avec les spectrographes qui utilisaient le papier photographique. Le phytochrome, un colorant issu des plantes a �t� d�couvert � l'aide d'un spectrographe qui utilisait des plantes vivantes comme d�tecteur. Les spectrographes plus r�cents emploient des d�tecteurs �lectroniques, tels que les capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la...) CCD qui peuvent �tre employ�s tant pour la lumi�re UV que celle visible. Le choix pr�cis du d�tecteur d�pend des longueurs d'onde de la lumi�re � mesurer. Telescope spatial James Webb Le prochain t�lescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par rapport à son homologue terrestre de...) James Webb contiendra aussi bien un spectrographe proche-infrarouge (NIRSpec) et un spectrom�tre mi-infrarouge (MIRI). Un spectrographe Echelle emploie deux r�seaux de diffraction, tourn�s chacun de 90 degr�s et plac�s l'un pr�s de l'autre. Par cons�quent on capte la lumi�re par un point (Graphie) d'entr�e, et non par une fente, et un second capteur CCD enregistre le spectre. Normalement, il faudrait s'attendre � lire le spectre sur la diagonale, mais lorsque les deux r�seaux ont un pas suffisant et que l'un est configur� pour qu'on ne distingue que le premier ordre, tandis que le second est configur� pour d�composer plusieurs des ordres sup�rieurs, on obtient un spectre bien s�par� sur un petit capteur CCD ordinaire. L'emploi d'un petit capteur pr�sente �galement l'avantage que le collimateur (Un collimateur est un dispositif optique permettant d'obtenir un faisceau de rayons de lumière parallèles à partir d'une source de lumière. Ce mot vient du latin collimatio ("ajuster...) n'a pas besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes cat�gories : les besoins primaires, les besoins secondaires et les...) d'�tre corrig� pour la coma (Le terme « coma » signifie « sommeil profond » en grec ancien. Le coma est une abolition de la conscience et de...) ou l'astigmatisme, car l'aberration sph�rique (L'aberration sph�rique est le d�faut optique d� au fait que les rayons lumineux qui passent par les bords de la lentille d'un objectif ne convergent pas sur le m�me plan que les rayons passant par le centre. Dans...) peut �tre consid�r�e comme nulle. Utilisation en acoustique Dans le domaine de l'acoustique, un spectrographe convertit une onde sonore en un spectre sonore (Tous les sons peuvent se d�composer en une s�rie d'harmoniques, dans un rapport rationnel ou irrationnel avec la fr�quence fondamentale. L'ensemble de ces fr�quences harmoniques ou...). Le premier spectrographe acoustique a �t� d�velopp� pendant la Seconde ( Seconde est le f�minin de l'adjectif second, qui vient imm�diatement apr�s le premier ou qui s'ajoute � quelque chose de nature identique. La seconde...) Guerre mondiale par les laboratoires de t�l�phonie (La t�l�phonie est un syst�me de t�l�communication qui a pour but la transmission de son et en particulier la transmission de la parole.) de Bell (Bell Aircraft Corporation est un constructeur a�ronautique am�ricain fond� le 10 juillet 1935. Apr�s avoir construit des avions de combat durant la Seconde Guerre...), et �tait employ� couramment en science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour...) de la parole (La parole, c'est du langage incarn�. Autrement dit c'est l'acte d'un sujet. Si le langage renvoie � la notion de code, la parole renvoie � celle de corps. La parole est singuli�re et op�re un acte de langage qui s'adresse � un interlocuteur.), phon�tique, acoustique et recherche (La recherche scientifique d�signe en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de d�velopper les connaissances scientifiques. Par extension m�tonymique, la recherche scientifique...) en mati�re d'audiologie, pour �tre, par la suite, remplac� par des techniques num�riques de traitement du signal. Notes et r�f�rences ↑ On rappelle que la r�fraction est la propri�t� d'un faisceau lumineux d'�tre d�vi� � l'interface (Une interface est une zone, r�elle ou virtuelle qui s�pare deux �l�ments. L’interface d�signe ainsi ce que chaque �l�ment a besoin de conna�tre de l’autre pour pouvoir fonctionner...) entre deux milieux d'indice diff�rents. Un milieu dispersif, comme le verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus...) d'un prisme par exemple, poss�de en plus la propri�t� d'avoir un indice diff�rent pour chaque longueur d'onde. Ainsi les diff�rentes longueur d'ondes consituant un faisceau blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un...) arrivant sur un prisme sont d�vi�es avec des angles diff�rents ce qui cr�� un arc-en-ciel en sortie. Source: Wikip�dia publi�e sous licence CC-BY-SA 3.0.
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