Nature de la lumière : dualité onde-particule

Les radiations visibles occupent un fin pinceau du spectre électromagnétique (Fig. 9).

Fig.9 : Le spectre électromagnétique

Le spectre électromagnétique est composé d'ondes de différentes longueurs (unité de mesure : cm). Les plus courtes, de l'ordre de 10-12 - 10-10 cm sont regroupées sous l'appellation “rayons cosmiques” tandis que les plus longues ou ondes radio ont une longueur comprise entre 10 et 100 cm.

Les radiations visibles occupent un mince faisceau situé entre le rayonnement ultraviolet et infra-rouge.

Le spectre électromagnétique est composé d'ondes de différentes fréquences (unité de mesure : cm). Les plus courtes, de l'ordre de 10-12 - 10-10 cm sont regroupées sous l'appellation “rayons cosmiques” tandis que les plus longues, ou ondes radio ont une fréquence comprise entre 10 et 100 cm.

Les radiations visibles occupent un fin pinceau situé entre le rayonnement ultraviolet et infra-rouge.

Comme toutes les ondes, chaque radiation visible est caractérisée par une longueur d'onde, notée λ.

Son unité de mesure est le nm (10-9 m).

La décomposition de la lumière solaire par les gouttes de pluie rend compte de l'hétérogénéité spectrale de la lumière blanche. C'est Newton qui le premier est parvenu à décomposer la lumière blanche en composantes à l'aide d'un prisme (Tableau 1).

Tableau 1. Correspondance entre la longueur d'onde, la couleur de la radiation visible et son énergie

Longueur d'onde (nm)

Couleur

Energie associée (kJ mole-1)

700

rouge

171,0

650

rouge orangé

184,0

600

jaune

199,5

500

bleu

239,5

400

violet

299,3

La décomposition très fine de chaque composant permet de dégager la notion de lumière monochromatique, c'est à dire composée d'une seule longueur d'onde.

A chaque onde est associé un quantum d'énergie, appelé photon. L'idée d'une quantification de l'énergie des photons a été développée par Albert EINSTEIN en 1905, à partir de l'étude du rayonnement du corps noir par Max PLANCK. L'ensemble de ces travaux, qu'il n'est pas nécessaire d'expliciter ici, a permis de mettre en évidence les propriétés corpusculaires à la lumière. En 1924, le physicien français Louis DE BROGLIE généralisait la notion de dualité onde-particule. Ainsi, les photons doivent être considérés comme des « paquets » d'énergie élémentaires qui peuvent être échangés avec l'environnement.