Si vous avez déjà entendu parler des termes « infra-rouge » et « ultra-violet », vous vous êtes peut-être demandé pourquoi on utilise ces appellations et ce qu’elles représentent exactement.
Nous nous proposons d’examiner en profondeur l’origine de ces termes, leurs caractéristiques et la manière dont ils sont utilisés dans différents domaines.
Accrochez-vous, car nous allons faire un voyage fascinant dans le monde des rayonnements et des longueurs d’onde !
Les bases: les ondes électromagnétiques et le spectre visible
Avant de plonger dans les détails des infra-rouges et des ultra-violets, il est essentiel de comprendre les bases du phénomène auquel ils appartiennent : les ondes électromagnétiques. Ces ondes sont des oscillations des champs électriques et magnétiques, transportant de l’énergie à travers l’espace. Les ondes électromagnétiques se caractérisent par leur fréquence (nombre d’oscillations par seconde) et leur longueur d’onde (distance entre deux crêtes successives de l’onde).
- Le spectre électromagnétique est l’ensemble de toutes les ondes électromagnétiques, classées selon leur fréquence ou leur longueur d’onde.
- Le spectre visible est la partie du spectre électromagnétique que nos yeux peuvent détecter. Il s’étend approximativement de 400 nanomètres (nm) à 700 nm, correspondant aux couleurs violettes aux rouges.
- Les ondes électromagnétiques situées en dehors du spectre visible sont invisibles à l’œil nu, mais peuvent être détectées et étudiées par des instruments spécifiques.
Les infra-rouges et les ultra-violets sont deux types d’ondes électromagnétiques situées de part et d’autre du spectre visible. Les infra-rouges ont des longueurs d’onde plus longues que celles de la lumière rouge (donc, en-dessous du spectre visible), tandis que les ultra-violets ont des longueurs d’onde plus courtes que celles de la lumière violette (au-delà du spectre visible).
L’origine des termes « infra-rouge » et « ultra-violet »
Maintenant que nous avons une compréhension de base des ondes électromagnétiques et du spectre visible, il est temps de se pencher sur l’origine des termes « infra-rouge » et « ultra-violet ». Ces appellations sont en réalité liées aux couleurs du spectre visible et à leur position relative.
- Infra-rouge : Le mot « infra » vient du latin et signifie « en dessous » ou « au-dessous de ». Dans le contexte des ondes électromagnétiques, il fait référence à la position des infra-rouges par rapport au spectre visible : ils sont situés en dessous (c’est-à-dire, à des longueurs d’onde plus longues) que la lumière rouge. Cette dénomination a été proposée pour la première fois par le physicien britannique William Herschel en 1800, lorsqu’il découvrit ces rayonnements en étudiant la répartition de la chaleur dans le spectre de la lumière solaire.
- Ultra-violet : Le terme « ultra » vient du latin et signifie « au-delà de ». Il indique que les ultra-violets se trouvent au-delà (c’est-à-dire, à des longueurs d’onde plus courtes) de la lumière violette. L’existence des ultra-violets a été mise en évidence pour la première fois par le physicien allemand Johann Wilhelm Ritter en 1801, lors de ses expériences sur la décomposition des sels d’argent exposés à la lumière du soleil.
Caractéristiques et propriétés des infra-rouges et des ultra-violets
Les infra-rouges et les ultra-violets possèdent des caractéristiques et des propriétés distinctes qui les rendent uniques et utiles dans divers domaines. Nous allons maintenant examiner de plus près ces différences et explorer comment elles impactent leurs applications pratiques.
Les infra-rouges se subdivisent en trois catégories, en fonction de leur longueur d’onde :
- Infra-rouge proche (0,7 à 3 micromètres) : utilisé notamment dans les télécommunications optiques et les capteurs d’imagerie.
- Infra-rouge moyen (3 à 50 micromètres) : utilisé pour la détection de gaz et la spectroscopie.
- Infra-rouge lointain (50 micromètres à 1 millimètre) : utilisé pour l’étude des objets célestes froids, tels que les nuages moléculaires et les galaxies lointaines.
Les principales applications des infra-rouges sont liées à leur capacité à transporter de l’énergie sous forme de chaleur. Ils sont largement utilisés dans les domaines de la thermographie, du chauffage, de la détection de mouvement et de la communication sans fil.
Les ultra-violets, quant à eux, ont des longueurs d’onde comprises entre 10 et 400 nm, et sont classés en trois catégories :
- UV-A (320 à 400 nm) : responsables du bronzage et de la production de vitamine D, mais aussi de certains effets nocifs sur la peau et les yeux.
- UV-B (280 à 320 nm) : responsables des coups de soleil et des risques de cancer de la peau, mais aussi de la production de vitamine D.
- UV-C (100 à 280 nm) : germicides, utilisés pour la stérilisation des surfaces, de l’eau et de l’air, mais extrêmement dangereux pour les êtres vivants.
Les ultra-violets ont des propriétés photochimiques qui leur permettent d’induire des réactions chimiques. Ils sont utilisés dans des domaines variés tels que la désinfection, le durcissement des matériaux, la détection de faux billets et la médecine (par exemple, la photothérapie pour le traitement du psoriasis).
La découverte et l’étude des infra-rouges et des ultra-violets
La découverte des infra-rouges et des ultra-violets est un chapitre passionnant de l’histoire de la science, marqué par la curiosité et l’ingéniosité des chercheurs de l’époque. Les expériences qui ont conduit à la découverte de ces rayonnements ont jeté les bases de la compréhension moderne du spectre électromagnétique et de ses applications.
L’histoire de la découverte des infra-rouges commence avec William Herschel, qui était à la fois astronome et musicien. Intrigué par la répartition des couleurs dans le spectre de la lumière solaire, il décida de mesurer la température de chaque couleur à l’aide d’un thermomètre à mercure. En plaçant le thermomètre au-delà du rouge, dans une zone où aucune lumière n’était visible, Herschel observa une augmentation de la température. Il en déduisit l’existence de rayonnements invisibles à l’œil humain, qu’il appela infra-rouges.
La découverte des ultra-violets est étroitement liée à celle des infra-rouges. Johann Wilhelm Ritter, un jeune physicien allemand passionné par la chimie et l’électricité, s’intéressa aux travaux de Herschel. Il décida d’étudier l’effet de la lumière sur la décomposition des sels d’argent, un phénomène connu sous le nom de photoréduction. En plaçant des feuilles de papier recouvertes de sels d’argent près d’un prisme dispersant la lumière solaire, Ritter observa que la décomposition était plus rapide dans la zone située au-delà du violet. Il en conclut que des rayonnements invisibles, qu’il nomma ultra-violets, étaient responsables de cet effet.
Depuis ces découvertes, les infra-rouges et les ultra-violets ont été largement étudiés et leurs propriétés ont été exploitées dans de nombreux domaines de la science et de la technologie. Les travaux de Herschel et de Ritter ont ouvert la voie à la compréhension du spectre électromagnétique dans son ensemble et à la découverte d’autres types de rayonnements, tels que les rayons X et les micro-ondes.
Les termes « infra-rouge » et « ultra-violet » sont issus des découvertes et des travaux de chercheurs curieux et passionnés. Ces rayonnements invisibles à l’œil nu ont des propriétés distinctes qui les rendent utiles dans divers domaines, allant de la thermographie à la désinfection en passant par l’astronomie. La découverte et l’étude des infra-rouges et des ultra-violets ont contribué à élargir notre compréhension du spectre électromagnétique et à développer de nouvelles technologies et applications. Aujourd’hui encore, les chercheurs continuent d’explorer les mystères et les possibilités offertes par ces rayonnements, ouvrant ainsi de nouveaux horizons pour la science et l’innovation.