Spectroscopie-Infrarouge | Dr. Goulu

Pourquoi les gaz N2 et O2 n'émettent-ils pas de rayonnement thermique ? (contrairement au CO2, par ex)

Fri, 07 Jan 2022 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Les n’émettent pas de rayonnement thermique, ils absorbent une partie du rayonnement thermique de la Terre , l’empêchant de se perdre dans l’espace.

Comme on le voit dans le graphique ci-dessous, la vapeur d’eau et le CO2 absorbent une grande partie de ce rayonnement, mais aussi le méthane pourtant présent en quantité minuscule alors que l’oxygène O2 présent à 20% n’ a qu’une toute petite contribution, et l’azote N2 rien du tout.

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Intuitivement et très approximativement, c’est la forme des molécules qui détermine leur fréquence de résonance. Les molécules à 3 atomes comme H2O et CO2 ont une forme en V qui peut vibrer comme un diapason, alors que les molécules à deux atomes comme O2 et N2 ne peuvent que (mal) vibrer “axialement”. La molécule d’O3 est triangulaire, très rigide et ne vibre qu’à très haute fréquence, absorbant les UV du soleil.

Pourquoi n'existe-t-il pas de matériau fluorescent qui fonctionnerait en transformant 2 photons infrarouges en un photon de lumière visible ?

Sun, 19 Apr 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Le problème est que l’absorption d’un photon fait monter un électron d’un niveau d’excitation, et il émet un photon de la même énergie quand il redescend. Il ne peut en principe pas absorber deux photons et ne monter que d’un niveau, ni descendre de deux niveaux en n’émettant qu’un photon.

Sauf que si, et merci pour la question qui m’a permis d’apprendre ce qui suit. (donc il faut toujours demander “est-ce que” avant de demander “pourquoi” …)

a montré en 1931 que l’ peut se produire, et ça a été vérifié expérimentalement en 1961, après l’invention des lasers.

Le problème est que la fluorescence est dans ce cas une , dont la somme des énergies est égale à la somme des énergies des photons excitateurs. Et le spectre d’énergie des photons émis est très large… (encore cette saleté de deuxième principe de la thermodynamique, je parie.)

Bref, si vous envoyez deux photons infrarouges à, disons 1000 nm de longueur d’onde, vous avez une faible probabilité d’en obtenir un dans le visible (entre 500 et 780 nm), mais l’autre sera désespérément infrarouge voire radio…

En cherchant si ça avait déjà été expérimenté, je n’ai rien trouvé, mais j’ai trouvé mieux : la “ ” :

En 2019, une équipe de l’Université de Columbia a développé une substance qui convertit effectivement deux photons infrarouges en lumière visible grâce à ce phénomène auquel je n’ai provisoirement rien compris, mais qui se produit au niveau moléculaire, pas atomique :

L’application mentionnée est l’imagerie médicale.

Sources:

Un corps chauffant émet-il obligatoirement dans le spectre infra-rouge ?

Mon, 30 Mar 2020 00:00:00 +0000

Réponse publiée

Le spectre d’un objet chaud est déterminé par le . Il a cette forme en fonction de la température :

Pour qu’il n’émette quasiment pas d’infra rouges, il faut que le maximum du spectre se décale beaucoup à droite, car on considère que les ont une longueur d’onde allant de 0.7 um à 100, voire 1000 um.

En fait à 0°C , le maximum du spectre est encore à 10um environ : même votre mojito avec plein de glace dedans émet des infrarouges !

Ce n’est que vers 10K environ (-263°C) que votre “corps chauffant” n’émettra quasi plus d’infrarouges.

J’ai mis “chauffant” car comme la température de l’Univers est de 2.7K environ, toute ce qui est plus chaud est un corps chauffant ;-)