Spectrométrie optique

La spectrométrie est l’étude de la distribution d’amplitude ou de puissance (carré de l’amplitude) d’une grandeur en fonction de la fréquence. En optique, le terme « spectrométrie » désigne plus particulièrement l’ensemble des techniques instrumentales d’analyse de la densité spectrale de puissance, la spectroscopie étant plutôt la science des spectres (spectroscopies atomique et moléculaire). La spectrométrie recouvre aussi d’autres domaines, qui ne seront pas étudiés dans cet article : la spectrométrie des rayons X, qui s’apparente à la spectrométrie optique, mais avec des analyseurs très différents, la spectrométrie des rayonnements ionisants, qui étudie leur répartition en fonction de l’énergie des particules ou des quanta, la spectrométrie des signaux électriques (analyseurs de spectres), la spectrométrie des radiofréquences (résonance magnétique nucléaire, RMN, ou résonance paramagnétique électronique, RPE), enfin la spectrométrie de masse, qui n’a plus de lien avec les fréquences et qui sépare les espèces chimiques par leur masse moléculaire.

La spectrométrie optique a joué un rôle essentiel dans l’histoire de la physique. C’est d’abord Isaac Newton qui fit progresser notre connaissance du monde avec l’analyse et la synthèse de la lumière blanche. Ce fut ensuite Max Planck qui, voulant interpréter le spectre d’émission du corps noir incandescent, résolut l’une des plus grandes énigmes scientifiques connue sous le terme de « catastrophe ultraviolette ». Il apporta une réponse magistrale au problème de l’émission du corps noir dans l’ultraviolet en introduisant la notion du quantum, dont l’existence fut confirmée par Einstein dans l’interprétation de la photoémission électronique. Ce fut enfin l’étude du spectre de l’atome d’hydrogène par Niels Bohr que la mécanique quantique, introduite par Louis de Broglie d’après les idées initiales de Planck, permit d’expliquer de manière exemplaire, avant de résoudre les innombrables phénomènes qui se manifestent dans les interactions entre atomes ou molécules et rayonnements électromagnétiques.

La majeure partie de notre connaissance actuelle de la structure des atomes et des molécules d’une part, et de celle des étoiles, des nébuleuses et des galaxies d’autre part, est issue de la spectrométrie optique.

La formidable quantité d’informations contenue dans un spectre optique à moyenne ou haute résolution, liée aux progrès récents faits dans la construction des spectromètres et leur automatisation, fait de la spectrométrie optique une technique aux applications nombreuses , depuis les contrôles de processus...